四象限变流器控制策略的探讨

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1、四象限变流器控制策略的探讨1,概述交流传动技术是我国铁路牵引动力发展的主要方向。对于单和供电牵引主变流器來说,电源侧四彖限变流器是整个牵引系统的重要组成部分，对四彖限变流器的控制策路对电网中的动率因数和电网电流屮的高次谐波的含量有着决定性的影响。对四象限变流器的控制必须达到以下两个目的：①但电网电压或负载发生变化时，维持小I'可冋路直流电压的恒定；②使电网电流接近正弦波，电网功率因数接近丁1,电网电流中的高次谐波的含量尽可能小，满足轨道电路对谐波电流限值的要求。2,单相四象限变流器工作原理2.1,单相四象限变流器主电路原理图图1单个四象限变流器主电路原理图图1屮：方框部分是变压器牵

2、引绕组的等效电路，AN和处分别为折合到二次侧的牵引变压器绕组的漏感和电阻。12和62构成二次滤波回路，G为百流侧支撑电容。6N为变压器二次侧电压矢量，7N1为变压器二次侧电流的基波矢量，VI〜V4为可关断电力电子开关器件，D1〜D4为功率二极管，通过对VI〜V4进行适当的导通与关断控制可以对总流侧电压进行调制，从而在四象限变流器的输入端A、B生成一个与电网同步的脉宽调制波，记为LS。2.2,单相四象限变流器交流电网侧等效电路对于图1所示的单相四彖限变流器主电路原理图，交流电网侧电路对以等效为图2。图2四象限变流器交流电网侧等效电路图图2四象限变流器交流电网侧等效电路图1.1,二次侧

3、交流回路电压方程由图2可以得到二次侧交流回路的矢量电压方程：Un=Us—INRn—jo)LnIn(1)假设5和UsZ间的相位差为屮，在牵引工况下，Un和In的相位差应为0。，则用该方程表示牵引工况的矢量如图3@)所示，此时Us滞后In；而对于再牛:制动工况，5和In的相位差应为180。，该工况下的矢量如图3(b)所示，此时US超前Un。(a)牵引工况(b)再生工况图3四彖限变流器控制欠量图由方程⑴和矢量图町知：如果变压器二次侧电压Un和电感In为已知量,那末只要控制了5的幅值和相位，也就控制了In的幅值和相位。反之，只要控制了R的幅值和相位，也就控制了5的幅值和相位，因此方程⑴是实

4、现四象限变流器控制的基本公式。通常采用的双闭环控制的原理就是由此而来，它是通过控制Us的幅值来调节In的相位，保证交流侧电网的基波功率因数为1；而通过调节Us的相位來调节In的幅值，保证直流侧电压5的稳定。1,单相四象限变流器控制策略要使四象限变流器工作吋达到单位功率因数，必须对电流进行控制，保证其为正弦且与电压同相或反相。根据冇没冇引入电流反馈可以将这些控制方法分为两种：没冇引入交流电流反馈的称为间接电流控制，间接电流控制也称为相位幅值控制；引入交流电流反馈的称为直接电流控制。3.1间接电流控制⑴间接电流控制工作原理间接电流控制没有引入交流电流控制信号，而是通过控制四象限变流器的

5、交流输入端电压，间接控制输入电流，故称间接电流控制。乂因其总接控制量为电压，所以乂称为相位幅值控制。间接电流控制具体的数学公式为：12=©(%-5)+1/1汀(5-Ud)dt【N2=IdId/UnIn=【ni+】N2us(t)=uN(t)-(INRNsin31+In3LNcos31)(2)式中：Kp和Ti为PI调节器的参数；Udg为中间直流侧电压给定值，5分别为屮间直流电压实际值；Id分别为屮间肓流电流实际值；Un为交流侧电压的冇效值；uN⑴为交流侧电压的瞬吋值；In为交流侧电流幅值的给定值；3为网侧电压角频率；Us(t)为电压的调制信号。将电压调制信号Us(t)与三介载波比较，产

6、生控制用的PWM信号，控制主电路的工作。⑵间接电流控制原理图框图如图图2间接电流控制框图图中：PLL为锁相坏，用于保证所产生的i(T)与电网同步。屮间肓流电压给定值Udg与反馈的屮间宜流电压实际值5进行比较，若Udg=Ud时，误差AE=0,IN1保持恒定；若时，误差△E>0,INI增大，In增大，输入分率增大；若时，误差AE<0,IN1减小，In减小，输入功率减小。通过电压反馈，改变输入电流的大小，调节输入的功率，从而维持中间直流电压的稳定。交流侧指令电流幅值In，经过两个乘法器转换成输入电流的有功分量ip和无功分量iq，分别经R和3L环节，转换成电压信号。再与电源电压山⑴相减麻，

7、便得到给定电压的调制信号u&)。将调制信号g与三角波比较，产生控制用的PWM信号，控制主电路的工作。⑶间接电流控制的优缺点这种控制方式的电路简单。但由于缺少了电流坏，响应速度受到一定程度的影响；另外,用到了电路参数R、L,电路参数与给定参数一致性较差，也会影响控制的精度。3.2直接电流控制与间接电流控制不同，在控制电路中引入交流输入电流反馈信号，对输入电流进行直接控制，称为直接电流控制。根据电流跟踪方法的不同，直接电流控制可分为滞环电流控制、定时瞬时值电流控制、瞬态直