三相電壓型pwm整流器及其控制的設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-17 04:17 本頁面
【文章內容簡介】 圖23 PWM整流器四象限運行矢量圖（a）中，電流矢量與電動勢矢量平行而且同向，此時PWM整流器網側呈現(xiàn)正電阻特性，（b）中，滯后于，和相位正好相同，為正阻特性運行，（c）中；當電壓矢量端點運動至圓軌跡C點時，電流矢量比電動勢矢量超前，此時PWM整流器成現(xiàn)純電容特性運行，（d）中，超前于 ，和相位正好相反，電路工作在逆變狀態(tài)，為負阻性運行。PWM 整流器的數學模型可分為低頻數學模型和高頻數學模型。其中低頻數學模型忽略了與開關頻率相關的高頻諧波，只考慮整流器的基本分量，低頻數學模型適合于系統(tǒng)的分析和參數設計，而高頻數學模型適合于系統(tǒng)仿真。 ABC靜止坐標系下的低頻數學模型圖 22 為電壓型PWM 整流器低頻等效電路圖和a相的向量圖。Rs(a)整流器低頻等效電路圖Rs(b)A相向量圖圖24 PWM整流器輸入向量圖和等效電路模型電壓型PWM整流器輸入向量圖與等效模型電路，如圖24所示，可推理出低頻的電壓方程為Ls+Rsia=usaura (22a)Ls+Rsib=usburb (22b)Ls+Rsic=uscurc (22c) PWM整流器主電路中的直流側的電流方程為idc=C+ （23）交流側與直流側的低頻狀態(tài)方程：（24）從式(24)可以分析出，PWM整流器的輸入電流是受uca，ucb，ucc控制。采用任意一種控制策略，其實都是通過調節(jié)整理器交流側控制電壓實現(xiàn)對整流器輸入電流的控制，這就是PWM整流器控制的本質。在三相電路中，可以引入復平面的矢量空間概念進行分析，就是把三相物理量用一個空間旋轉的矢量在三個靜止對稱軸(a，b，c)上的投影來。在三相電路中，存在的物理量可以是電流、電壓，也可以是三相有功功率和無功功率等。三相靜止坐標系就是靜止的三相ABC坐標系。通過park變換，三相靜止坐標系就變化到了兩相靜止坐標系，Park矢量的表達式如下 X(t)=[Xa(t)+Xb(t)+Xc(t)] （25）式(25)中α為坐標變換旋轉因子，其中=e，Xa(t)，Xb(t)，Xc(t)是三相物理量，可以是電壓，電流和無功功率等。因電壓和電流可以是三相物理量，則可以推理出以下一些變量的空間矢量。三相電壓型PWM整流器在電網側電壓空間矢量可表示為： =(usa+usb e+usc e) （26）可得 =Um e （27）同理，三相電壓型PWM整流器輸入的電流空間矢量為 =(ia+ib e+ic e) =Ime （28）同理，三相電壓型PWM整流器輸入電壓空間矢量為 =(ura+urb e+urc e)=Um e （29）式(29)的交流側低頻方程同理也可以表示成為空間矢量的形式，其矢量方程可以如下 Ls+Rs= （210）將空間矢量方程(210)做成空間矢量圖，即如圖23所示：LsRsiRs圖25 PWM整流器空間矢量圖分析圖25，各個空間矢量在同步旋轉坐標系中的相對位置是保持不變的，但都幅值不變以工頻的角速度進行逆時針旋轉，周期為工頻。有效控制輸入PWM整流器電壓Ur的相位和幅值，就可以有效的對電流空間矢量和和和電壓電網空間矢量相對位置進行控制，那么就可以實現(xiàn)三相PWM整流器在四象限中運行。 兩相坐標系下的低頻數學模型以上分析了關于三相靜止的情況下坐標系中PWM整流器的數學模型，通過對坐標進行變換，可以有效的將三相靜止坐標系下的數學模型變換到兩相坐標系下的數學模型。坐標變換的主要優(yōu)點是：可以使系統(tǒng)的階次降低，并且使系統(tǒng)在分析與處理中變的容易。由于變換前后總功率一定需要保持不變，將三相靜止坐標系下的模型變成兩相靜止坐標系下模型的變換矩陣為 ==C3s/2s （211）那么同理，從兩相靜止坐標系下的數學模型到三相靜止坐標系下的數學模型的變換矩陣為 == C2s/3s （212）式中C3s/2s和C2s/3s互為單位可逆矩陣，即C3s/2sC2s/3s=I(I為單位矩陣)。利用式(211)和式(212)的模型，將三相兩相之間進行轉換，可得 =C3s/2sAC2s/3sC3s/2sB1C2s/3s+C3s/2sB2C2s/3s （213）式中A=，B1= B2=。將A，B1，B2代入式(213)中，可得到三相電壓型PWM整理器交流側在兩相αβ靜止坐標系下數學模型狀態(tài)方程： =+ （214）下面推導三相電壓型PWM整流器在dq軸同步旋轉坐標系下的數學模型。假設dq坐標的d軸在初始時刻，是和αβ坐標的α軸重合的，則靜止坐標系與同步旋轉坐標系之間的變換關系如下 ==C2s/2r （215） == C2r/2s （216）在式(215)和(216)中，C2s/2r和C2r/2s為Park旋轉變換可逆矩陣，C2s/2r是C2r/2s的逆矩陣，得C2s/2rC2r/2s=I。βdαq圖26 αβdp坐標系的變換關系圖26中αβ和dq坐標系的變換關系，其中φ=t，由上述變換關系可得兩種坐標系下的輸入電流之間的關系為 == C2s/2r （217）對式(217)兩邊進行求導，得：== C2s/2r+ =C2s/2r+ C2s/2r (218)將式(218)兩邊同時乘以Ls，可得三相電壓型PWM整理器交流側電壓和電流以及功率在dq同步坐標系中的狀態(tài)方程為 =+ （219）從式(214)和式(219)可以看出，αβ變換和dq變換將兩相交流變量變換成兩相直流變量，這樣可以大大地簡化控制系統(tǒng)的分析與設計。但在兩相靜止坐標系下的數學模型的狀態(tài)方程是解耦的，經過dq變換后會相互存在著功率或電流的耦合，怎樣把dq坐標系中的變量進行解耦才是后面要解決的重大問題。 PWM整流器高頻通用數學模型PWM整理器的低頻模型，適合應用于系統(tǒng)的分析與設計，但不能有效的反映整流器的運行在高開關頻率的工作機理。本小節(jié)在每相開關函數的定義的基礎上，建立了三相電壓型PWM整流器的高頻通用的數學模型。高開關頻率通用數學模型能真實地反映電壓型PWM整流器的高開關頻率的運行機理，是三相電壓型PWM整流器真正意義上的精確數學模型。圖27 三相電壓型PWM整流器開關模型簡圖三相電壓型PWM整流器的高開關頻率模型，可以簡化為圖如圖25示，假設O為電網電壓的理想中點，G為電容的理想中點，C1=C2，ucl=uC2=。開關Sa、Sb、Sc函數的定義如下Sa= （220） Sb= （221） Sc= （222）那么三相
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