基于直接功率控制的双PWM变频调速系统

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1、万方数据第39卷第3期2011年3月华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．39No．3March2011文章编号：1000-565X(201I)03．0067-06基于直接功率控制的双PWM变频调速系统木汪万伟尹华杰管霖(华南理工大学电力学院，广东广州510640)摘要：研究了基于直接功率控制的双PWM变频调速方案，以实现电机四象限运行，消除网侧谐波污染，提高电机的动态响应性能．并在Matlab／Simulink环境中建立了该方案的仿真模型．仿真结果

2、表明，相对于直接电流控制的双PWM控制方案，该方案的控制更为简单，其稳态、动态响应能力以及抗扰动能力也优于直接电流控制策略．关键词：双脉宽调制；PI调节；直接功率控制；四象限运行；异步电机；仿真中图分类号：TM461doi：10．3969／j．issn．1000-565X．2011．03．014目前，变频器已广泛应用于工农业生产的各个领域，用于驱动电机或作为变频电源．通用变频器大多采用二极管整流的电压型AC-DC．AC拓扑结构，不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速场合，因为二极管整流电路的能量传输是不可逆的⋯．由脉宽调制(PWM)整流器和PWM逆变器构成的双PWM

3、可逆整流控制系统(如图1所示)无需增加任何附加电路，只需通过对变换器的开关器件按照一定的控制规律进行通断控制，即可消除网侧谐波污染，实现高功率因子及能量双向流动，方便电机四象限运行心‘3J，并且电机动态响应时间短，是高质量能量回馈技术的最新技术之一．．埝当^!率审硌l谁硌硌陡冲y础H以片惜lM‘、_J_1月mJ!l一⋯啼难一蚌．难硌哲图1主电路拓扑图Fig．1Maincircuittopology现行的电压型PWM整流器控制策略主要分为3类，即间接电流控制‘4j1、直接电流控制‘63和直接功率控制：7-s]．其中，间接电流控制的动态特性较差，而直接电流控制的控制结构则较复杂，

4、参数整定困难．不仅如此，在由电流控制策略构建的双PWM控制方案中，为了在不加大电容的情况下避免大的直流电压波动，都需要对整流器和逆变器进行协调控制【9d0【，这更增加了系统的复杂程度．为了克服上述缺点，文中提出了基于直接功率控制的双PWM变频调速方案，网侧整流器采用基于瞬时功率理论的直接功率控制(DPC)策略．并基于Matlab／Simulink对该控制方案进行了仿真，验证了其可行性．1双PWM变频调速系统网侧整流器的直接功率控制模型1．1网侧整流器的功率控制模型三相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构如图1左侧虚线框所示，网侧电路采用三相对称的无中线连接方式，功率开关管桥路采

5、用三相桥式全控整流电路、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)和续流二极管并联作为桥臂开关器件．对于图l中网侧的三相桥式mI变流器，定义三相桥臂开关函数S。、Js。、s。为：。『l，尼相上桥臂导通，七=口，6，c，，、吼一10，I

6、}相下桥臂导通，k=口，b，c¨7可根据图1得到三相PWM整流器在三相静止坐标系下的方程：收稿日期：2010-04-14木基金项目：国家自然科学基金资助项目(50777022)作者简介：汪万伟(1982-)，男，博士生，主要从事电力电子和电力传动研究．E-mail：wang．wanwei@mail．scut．edu

7、．cn万方数据华南理工大学学报(自然科学版)第39卷『面d屯=i1“。一iR屯一丢玑。(s。一÷。互．。瓯)l面‘a2i‰一ik—i％cI屯—歹。垒，≮Jj盖屯=丢‰一譬瓦一{魄(

8、s。一÷。磊．，t)。2，I面dk．=T1‰一譬t—i1讥。(s。一了1。善，S)【d出Udc_一詈+吉(眠+Sbi。+踮)式中：M，为各相网压；i，为各相电流；i。为负载电流，并以整流方向为正；工=a，b，c；L、R为交流侧的滤波电感和阻抗；U。。为直流输出电压．将三相静止坐标系下的变量变化到两相旋转d-q坐标系下，其数学樟型为盖‘=}u。一罢屯+∞‘一扣。％。面k2iud—i。d+似口一i5d

9、udc未i，=i1‰一譬i。一coid-芦1。％(3)j；‘-21_配-一1_。一一1P一“如(3)蔷玑。=一吾+吉(s疵+s^)式中：S扑S。分别为整流桥的d—q坐标系下的开关函数；％、‰和i扑i。分别为网侧电动势和电流的d、q分量；∞为角频率．可以用有功功率平衡方程来描述直流侧的电压动态过程．交流侧输入有功功率用P。。表示，直流侧吸收的有功功率用P水表示，则有P。=Udid+Uai。(4)Pdc=Udcidc=CUdcdd产U+去玩。(5)式中：R。为负载等效电阻；CUd。dUd。／出为直流侧支撑电