基于IGBT有源逆變內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)的研究.pdf

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1、維普資訊http://www.cqvip.com2008年第8期東北電力技術(shù)基于IGBT有源逆變內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)的研究ResearchonSelf-feedbackCascadeSpeedControlSystemBasedonIGBTActiveInverter孔鵬(華北電力大學(xué)電力工程學(xué)院，河北保定071~3)摘要：晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)是一種廉價、簡易的調(diào)速系統(tǒng)，傳統(tǒng)內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)存在功率因數(shù)低，諧波污染嚴(yán)重等弊端，采用斬波控制雖然可以有效改善系統(tǒng)功率因數(shù)，但并不能從本質(zhì)上解決功率因數(shù)低的問題。采用可控器件IGBT構(gòu)成的逆變結(jié)構(gòu)取代原有串調(diào)

2、系統(tǒng)晶閘管逆變部分，不僅可以使調(diào)節(jié)繞組側(cè)電流正弦化，減少諧波，還可以向電網(wǎng)提供容性無功，用于補償串調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的感性無功，從而提高整個系統(tǒng)的功率因數(shù)。提出跟蹤電壓矢量的SPWM直接電流控制策略，通過對三相電壓源型逆變器及逆變器在串級調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用仿真，結(jié)果表明有效可行。關(guān)鍵詞：IGBT逆變；SPWM控制策略；功率因數(shù)[中圖分類號]TM714．3；TM464[文獻標(biāo)識碼]B[文章編號]1004—7913(2008)08—0027—03在我國電力、石化、礦山、冶金及給排水等領(lǐng)功率因數(shù)。域，風(fēng)機和泵類負載是應(yīng)用最廣泛、耗電量最大的1IGBT有源逆變一類生

3、產(chǎn)機械。這些負載在使用中存在運行效率低、電能損耗大的缺點，而且對系統(tǒng)動靜態(tài)特性要1．1三相電壓源型PWM逆變原理求不是很高，所以這類負載的節(jié)能潛力相當(dāng)大。目電壓源型PWM逆變技術(shù)就是通過改變原有串前調(diào)速方法比較理想的是轉(zhuǎn)子端串級調(diào)速和定子端級調(diào)速系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，把晶閘管逆變結(jié)構(gòu)改為由變頻調(diào)速。但是對于大容量高壓電機，如果直接在IGBT組成的逆變結(jié)構(gòu)(如圖1)，并采用SPWM控定子端采用高壓變頻器調(diào)速與串級調(diào)速比較，存在制策略，在保留串級調(diào)速優(yōu)點的同時，又利用了電能損耗大，運行環(huán)境苛刻和調(diào)速控制設(shè)備價格昂PWM逆變技術(shù)的優(yōu)點，在保證直流側(cè)輸出電壓U，

4、貴等問題。內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)可以用容量比較小(圖1中電容兩端電壓)為恒定值的情況下，使交的變流裝置在轉(zhuǎn)子端調(diào)節(jié)高壓、大功率繞線式異步流側(cè)輸入電流為與輸入電壓同相位的正弦波，從而電動機的轉(zhuǎn)速，從而把定子端的高壓調(diào)速轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)達到提高功率因數(shù)和消除諧波的目的。子側(cè)的低壓調(diào)速。同普通串級調(diào)速相比，還可以省去逆變變壓器，從而減小裝置的體積和成本n]。內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)在傳統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在直流回路部分增加斬波器，這種拓撲結(jié)構(gòu)是通過改變斬波器的占空比大小來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，而不是通過改變晶閘管逆變器移相角來改變電機轉(zhuǎn)速。此時逆變器的觸發(fā)角固定為允許的最小逆

5、變角不變，這就導(dǎo)致了無功功率依然存在，功率因數(shù)不圖1基于IGBT有源逆變的內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)是很理想。同時由于晶閘管本身的特性，存在發(fā)生1．2三相電壓源型逆變器的d—q模型和控制策逆變顛覆故障的可能。為了解決這個問題，從拓撲略[]結(jié)構(gòu)人手，引入PWM控制技術(shù)，用可控器件IGBT三相靜止對稱坐標(biāo)(口，b，C)中的逆變器數(shù)組成的逆變結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的晶閘管逆變部分。仿真學(xué)模型具有物理意義清晰、直觀的特點，但在這種結(jié)果表明，可以有效地減少諧波，提高整個系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中，其交流側(cè)均為時變交流量，不利于控維普資訊http://www.cqvip.com東北電力技

6、術(shù)2008年第8期制系統(tǒng)設(shè)計。因此，可以通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將三相對稱靜止坐標(biāo)系(口，b，c)轉(zhuǎn)換成以電網(wǎng)基波頻率同f：=一(I=P+))+步旋轉(zhuǎn)的(d，q)坐標(biāo)系。這樣，經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變1vo；=一(扣+)‘)一換后，三相對稱靜止坐標(biāo)系中的基波正弦分量將轉(zhuǎn)換成同步坐標(biāo)系中的直流分量，簡化了控制系統(tǒng)設(shè)(2)計。三相靜止對稱坐標(biāo)系中的電壓源型逆變器式中：vo：、：為坐標(biāo)系中三相電壓源型逆變器指(見圖2，當(dāng)逆變器直流側(cè)電壓高于交流側(cè)電壓即令電壓；：、i：為指令電流J?？蛇\行于有源逆變狀態(tài))一般數(shù)學(xué)模型經(jīng)同步坐由式(2)可知這種控制算法實現(xiàn)了三相電壓標(biāo)變化后，轉(zhuǎn)換成

7、電壓源型逆變器的d、q模型。源型逆變器電流內(nèi)環(huán)(ii)的解耦控制，從而』k一實現(xiàn)了逆變器輸出有功功率和無功功率的解耦控制，其控制策略框圖如圖3所示J。EL船Sa，sbsb圖2三相電壓源型逆變器拓撲結(jié)構(gòu)CSC，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d、g)中，三相電壓源三角波型逆變器輸出有功功率和無功功率的靜態(tài)表達式為P=。d。id+。q。iq圖3控制策略框圖Q=ed。q—eq。id由圖3可知，三相電壓源型逆變器網(wǎng)側(cè)指令電由于所選坐標(biāo)變換使得口軸與d軸重合，垂直流(：、i：)與所測電網(wǎng)側(cè)電流實際值(ii)于口軸的為g軸且口軸與d軸的初始相位角為0。，的差值通過PI調(diào)節(jié)運

8、算獲得了逆變器交流側(cè)指令則e=O，所以逆變器輸出的有功功率和無功功率電壓矢量(：、：)。其交流側(cè)指令電壓矢量可以簡化為(：