【正文】 為固定值） ，經過 ASR 調節(jié)，其輸出電壓作為定子電流的勵磁分量期r??望值 。smi?U * nV D2 / 3電流控制變頻器M3 ~A CA CA C磁鏈模型電流模型P AT G/A S RT * ei * s ty uφ s *ψ r *i s 216。 1 *λi α . β *i R . S . T *U n圖 211 電流模型的矢量控制系統(tǒng)的結構圖 、 到 、 的兩相旋轉變換關系為：sei?msi??? （229）2cosinis smsmreei iC???????????????????????????、 到 、 、 的兩相—三相關系式為：si???sAi?BsCi? （230）230123sAssBsCiiiCi ?????????????????????????????????? 在旋轉變換中用到的磁鏈軸的空間位置角 由電流模型得到。電流模型結構如圖 2s?12 所示。安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)22siniaic3/2變 換isaisbcossinФscosФs2s/2r變 換ist /Фsωrωrωs?ωs1/pTr/LmLm/(Trp+1)ismi b圖 212 按轉子磁鏈定向兩相旋轉坐標系上的轉子磁鏈的電流模型轉差角速度 與 的關系為：s??ti （231）msstrrLiT????由此可得旋轉磁通鏈的同步角速度 ，經積分運算得到磁鏈軸的空間位置角 。s s?經矢量運算得到的 、 、 ，與實測的三相定子電流 、 、 相比較后，分別sAi?BsCi? sAi?BsCi?經電流調節(jié)器 ASRASRASR3 調節(jié)，得到期望值的三相定子電壓 、 、 。這AUB?C三個交流量經 PWM 調制電路得到逆變器六個橋臂的驅動信號。本系統(tǒng)可以運行在四象限， 的極性表示正、反轉， 的極性表示轉矩的極性。r?? eT? 異步電動機四象限運行狀態(tài)三相異步電動機各種運行狀態(tài)的定義方法與直流電動機是一致的，若電磁轉矩 T與轉速 n 的方向一致時，電動機處于電動狀態(tài)，若電磁轉矩 T 與轉速 n 的方向相反時，電動機處于制動狀態(tài)。在運行狀態(tài)中，根據 T 與 n 的不同情況，又分為正向電動、反向電動、正向制動、反向制動等。 由三相異步電動機機械特性知，當電動機工作在第一象限時，電動機為正向電動狀態(tài)，其矢量圖如 213 所示。當工作在第三象限時，電動機工作為方向運行狀態(tài)，其矢量圖如圖 214 所示。電動運行狀態(tài)下，電磁轉矩為拖動性轉矩。安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)23is t i sMis md( A )fsTdi s tisi s aMa ( A )??r?s????r?r?圖 213 正向電動矢量圖 圖 214 反向電動矢量圖正向回饋制動中，電動機的轉速 ，轉差率 ，從三相異步電動機等效1n?1ns??電路看來，電動機輸出的機械功率為 （232）230mpIrs??? （233）2M?從 及 知道，實際是系統(tǒng)減少了動能而向電動機輸入機械功率，扣除0mp?M了轉子回路電阻銅損耗 后，變成了從轉子送往定子的電磁功率 了。而23cupIr?? 1p222os0rsx????????????22rEIjIs??????根據以上兩式，畫出正向回饋制動是異步電動機的向量圖，如圖 215 所示。得出290???cos?從向量圖可以看出 1安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)24T di s ti sα ( A )Mψ ri s mλθφ s圖 215 正向回饋矢量圖這樣一來，電動機的輸如功率則為 (234)113cos0PUI??? ，說明有功功率 是電動機送出給交流電網了。這也就是說，回饋制動10P?過程中，轉子邊送過來的電磁功率 ，除了定子繞組上銅耗 消耗外，其余的回饋M1cup給電源。反向回饋制動運行時，電動機的功率關系與正向回饋制動過程是一樣的，電動機是一臺發(fā)電機，它把從負載位能減少而輸入的機械功率轉變?yōu)殡姽β?，然后送回給電網，其矢量圖如圖 216 所示。TMψ ri sα ( A )di s ti s m圖 216 反向回饋矢量圖安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)253 PWM 整流器設計 PWM 整流器的主電路元器件參數計算及選擇 原始參數 本設計中給出的交流鼠籠電動機原始參數為： =300KW, =660V, NPNU=280A， =980rpm。1NINn 主電路圖RaLaRbLbRcLcV1V3V5V4V6V2RLudOOC / 2C / 2PaPbPciaabc~圖 31 三相 PWM 整流器主電路 如上圖所示，整流器側主電路圖，V1V6 為六個開關器件，且每個開關器件分別反并聯二極管，交流側含有濾波電感，直流側含有濾波電容。 整流變壓器的設計 由電動機的原始數據， =660V,故變壓器的二次側線電壓為 660V。由于電動機1NU的容量為 300KW，故整流變壓器的容量可選擇 400KW。 器件的選擇 由圖 31 可知需要進行以下器件的選擇： 在 PWM VSR 中，直流輸出電壓 不僅要滿足負載對電壓的要求，而且要能控制流du過電感 L 中的電流為需要波形，這就必須對 采取一定的限制。從電源控制方面考慮，d過低，不能完成控制 L 中電流的任務； 過高，會提高器件的耐壓定額，增加系統(tǒng)du成本，同時也降低系統(tǒng)可靠性。根據 SPWM 規(guī)律：要保證整流器輸入端線電壓不含有與 PWM 開關頻率無關的低次諧安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)26波，直流電壓 必須不小于交流側線電壓基波 的最大峰值：duabu由 ?為調制系數，當 =1 時，?? 即直流側電壓必須要大于 倍的交流側電壓，這樣才可以保證整個電路的安全。 如果上述要求不能滿足，則輸入端線電壓波形出現畸變，因此電源電流也開始畸變，并且產生相移，從電網吸收無功功率。本設計中具體選擇如下： 當 =1，則 ?? = 660V=1075V? 在設計中，取直流電壓 為 1100V，滿足之路側電壓必須大于 倍的交流側電壓d的要求。 由于 VSR 系統(tǒng)的要求，我們在開關器件的選擇中要考慮其額定電壓、額定電流和開關頻率等因素，由于本設計中冊 iyonglSKHI10/17 IGBT 模塊，其開關頻率滿足本設計的要求，因而在開關器件選擇過程中只需要考慮器件的額定電壓和額定電流。分析主電路可知，開關器件所承受的最大電壓為直流電壓，其所承受的最大電流為三相交流側半波電流的峰值，因此器件的額定電壓 、電流 應為：DNUDNI 10DNUV? A??? 考慮到富裕量和過沖擊，所以在本設計中選擇額定電壓為 1700V，額定電流為 1500A的 IGBT 模塊。 在 VSR 系統(tǒng)設計中，其交流側電感的設計至關重要。這是因為 VSR 交流側電感的取值不僅影響到電流的波形品質，而且還制約著 VSR 輸出功率、功率因數以及直流電壓。通過進一步分析研究，可將 VSR 交流側電感的主要作用歸結如下： （1）隔離電網電動勢與 VSR 交流側電壓。通過 VSR 交流側電壓幅值、相位的 PWM 控制或通過 VSR 交流側電流幅值、相位的 PWM 控制可實現 VSR 四象限運行。 （2）濾除 VSR 交流側 PWM 諧波電流，從而實現 VSR 叫路測正弦波電流或一定頻帶范圍內的任意電流波形控制。 （3）使 VSR 具有 Boost PWM AC/DC 變換性能以及直流側受控電流源特性。 （4）使 VSR 獲得良好電流波形的同時，還可以向電網傳輸無功功率，甚至實現電網側純電感、純電容運行特性。安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)27 （5）使 VSR 控制系統(tǒng)獲得了一定的阻尼特性，從而有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 交流側電感的選擇滿足一下 4 個約束條件： 電感上壓降盡可能小，一般不大于電源額定電壓的 30%：根據 ,????得 mh???? 式中， —整流器輸出功率；P —交流電源相電壓有效值；aE 2f???通過上式可算得電感 L 取值上的上限。交流側電流畸變率 THD 要?。阂?THD 5%?根據 ??maxax5%2dNITHD? 2max31cos34nddskUIfL????????? 由于電機的定子電壓與電網電壓相等，又因為整流器和逆變器的功率因數均為 1，可以由功率互換理論得到網側電流與電機的電流實時相等的結論。因此 =194ANI得 2 %485%4ndsNkUL mhfI??????????????????????即 L mh式中： ——諧波電流最大值；axdI ——調制系數，且 1。 ——交流側額定電流；N ——系數，并取 =；nknk ——整流器輸出電壓；dU ——開關器件的開關頻率（載波頻率） ，取 10KHZ。sf （1）滿足瞬態(tài)電流跟蹤 如使三相 VSR 達到單位功率因數，則穩(wěn)態(tài)時相電流的相位應快速跟蹤上該相相電源電壓的相位。理論上相電流過零時（相電壓也過零）其變化率最大（正弦波） ，此時其實際變化率應大于理論變化率，這樣在相電流為其他值時，都能滿足電流快速要求?？紤]電流過零（ ）處附近一個 PWM 開關周期 T 中的電流跟蹤瞬態(tài)過程，其波形如0t??安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)28圖 32 所示。分別為電流的實際值和理論值變化曲線。i*, ii?2i?1i0T1T2i*0TsttSaUd cSa= 1Ud c圖 32 電流過零時一個開關周期內的電流跟蹤過程穩(wěn)態(tài)條件下，當 時 =0，且10tT?as （31）1()3dcsabcuisLT?????當 時， =1，且1sTt?a （32）2(2)3dcsabcuis所以 內 的變化率為 ；而 的變化率為 。sTi12siT??*iinmsIT?若滿足快速電流跟蹤要求，則必須 （33）12si?inmsIT?mI綜合式（31）~（33），并考慮 ，得bc?安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)29 （34）123dcmsTuLI??當 = ，將取得最大電流變化率，此時 L 取值范圍最大。 （34）可簡化為1Ts （35）23dcmuI?我們可以吧上式作為滿足瞬態(tài)電流跟蹤要求的必要條件。于是可得 ??????即電感上的壓降不能超過直流側電壓的 2/3。式中： ——相電流峰值。mI故電感值為 1 ，額定電流為 300A 的電感。h電容值的準確計算十分重要，直流側電容的選擇是三相 VSR 功率電路設計中的一個重要環(huán)節(jié)，選擇的是否合適將直接影響系統(tǒng)的特性及安全性。1）直流側電容的作用，減小直流側電壓 的諧波分量；dU。當負載突然增加時，會引起 的動態(tài)降落，但是由于交流側電感上的dU電流 不能突變，需要經過一系列的調節(jié)，而在這一過程中只能依靠電容的放電。因aI此從這一角度看，電容的容量應適當大些。，負載性質為感性負載。直流電源和負載之間存在無功交換問題。當提升電動機處于無空載狀態(tài)時，電動機的功率因數較低，會出現瞬時無功功率大于瞬時有功功率，導致瞬時向直流電源饋電現象。因此直流側需設置能量緩沖電路，此能量緩沖電路由電容器構成。2）電容的選擇根據其抗擾性能分析，系統(tǒng)的動態(tài)結構圖為： ()SW1nsk??1iT?1CS()S()SN圖 33 系統(tǒng)結構框圖按照典型 II 型系統(tǒng)設計，ASR 采用 PI 調節(jié)器，取中頻寬 h=5，并且電流環(huán)為開環(huán)，安徽理工大學畢業(yè)設計(論文)30即 iTLR? ???由 225nuiikhCT???其中 = ，nini??當 為階躍信號時， 的最大動態(tài)降落相對值為LidU =?式中 12*LiiTC?那么 *dm