基于as矢量控制的PWM整流器SIMULINK建模与仿真

电气传动自动化
2004 年 第 1 期
ref ) UaO = Vref cos (ωt - θ ref Ub O = Vref cos (ωt - θ
uan = udc ( da -
*
1 ( da + db + dc ) ) 3 ( 8)
1 * ( da + db + dc ) ) ubn = udc ( db 3 1 ( da + db + dc ) ) ucn = udc ( dc 3
Ls
其中 : Vn =
1 (2 π (4 π Udc ( Sa + S b e j / 3) + S c e j / 3) ) 3
*
( 6) ( 7)
V4 T1 + V6 T2 = V Ts
di + Rs ic = Uc - udc dc - uNO dt
c
由式 ( 7) 可知 , 电压矢量通过桥臂的通断及通 断时间合成 。如何控制输入电流 ,得到理想的输入 功率因数以及实现能量的双向流动 ,根本任务在于 得到各开关管的控制规律和通断时间 。PWM 技术 已广泛应用于整流系统以提高整流器功率因数并 改善主电路电流波形 。已有的控制方案如滞环比 较法 [4 ] 、 定瞬时法 [5 ] 、 三角波比较法 [6 ] 都存在一定 的缺点 ,难于实现数字化 。为此本文基于空间矢量
Vb 、Vc 的产生是通过 PWM 实现的 , 如何得到开关
( 2) 线电流空间矢量
s + ji s Is = iα β=
( 4)
( 3) 参考电压空间矢量
Uref = Urefα + Urefβ =
2 2 ( Uref a +α Uref b + α Uref c ) ( 5) 3
在矢量控制中 ,将相电压各周期内每π/ 3 划分 一个分区 , 一个控制周期内包含 6 个分区 。首先需 要检测相电压相位 , 即过零检测 ; 然后根据三相电 压的相位判断控制矢量所处的分区 ,每个分区对应 各自不同的开关状态 ; 最后根据采集的相电压和电 流指令的大小 , 决定控制矢量的大小 , 控制矢量的 执行由分区对应的开关状态决定 。桥臂的开关状 态与空间矢量 Vn 关系如表 1 所示 。桥臂开关状态 矢量图如图 3 所示 。
2004 年 第 26 卷 第 1 期 第 18页
电气传动自动化
EL ECTRIC D RIVE AUTOMATIO N
Vol. 26 , No. 1 2004 , 26( 1) : 18～ 20
文章编号 :1005 — 7277 ( 2004) 01 — 0018 — 03
基于矢量控制的 PWM 整流器 SIMULINK 建模与仿真
( 3)
1 uNO = udc ( da + db + dc ) 3
3 空间矢量合成原理
定义如下空间矢量 : ( 1) 电网电压空间矢量
Us = Usα + jUsβ =
2 2 ( Usa +α Usc ) Usb + α 3 2 2 ( isa +α isb + α i sc ) 3
合成原理 , 利用 MAT LAB/ SIMULINK 进行建模与实 时仿真 。根据是否检测整流器的输入电流并将电 流信号作为反馈量进行控制 , PWM 整流器的控制 策略可分为直接电流控制和间接电流控制 。无论 采用间接电流控制 , 还是直接电流控制 , 控制的根 本在于控制整流器输入端电压 Va 、Vb 、Vc , 而 Va 、
如果系统希望通过矢量调制实现参考电压如 式 ( 9) 所示 。式中 Vref 为参考电压的幅值 ,θ ref 为参 考电压与输入电压的相位差 。而参考电压是通过 开关管通断及通断时间所控制的 。开关管的控制 规律如表 1 所示 [7 ] 。 假设此时控制矢量位于第 Ⅰ 扇 [8 ] 区 , 则各开关管的占空比如式 ( 10) 所示 , 其他扇 区的占空比依次类推 。可使整流桥输入端对电源 中点的电压如式 ( 11) 所示 。 ref ) Va ref = Vref cos (ωt - θ 2π ) ref Vb ref = Vref cos (ωt - θ
2
三相电压型 PWM 整流器的动态数学模
型
三相电压型 PWM 整流器的拓扑结构如图 1 所 示 , 开关等效图如图 2 所示 。高频数学模型基于整 流器开关函数的定义 ,充分反映了整流器的开关细 节和高频工作机理 , 是 PWM 整流器的精确数学模 型。 三相 VSR 的数学模型在文献[2 ]已给出 : 式中 , si 为开关函数 ,其表达式如式 ( 1) 所示 。 si = 1 第 i 相上管导通 si = 0 第 i 相下管导通
3 ( 9)
ref Vc ref = Vref cos (ωt - θ
4π ) 3
da =
1 + 2

3 Vref 2 Udc
ref + t-θ ×[cos (ω
π
6
) + sin (ω ref ) ] t-θ
db =
1 + 2
3 Vref 2 Udc
ref + t-θ ×[ - cos (ω
π
6
) + sin (ω ref ) ] t-θ
参考文献 :
[ 1] 包春雨 ,郭 静 . 火电厂辅控车间采用 DCS 技术探讨 [J ].
较大的现场总线技术 , 从而提高系统的安全性与 可靠性 。
电气传动自动化 ,2003 ,25 ( 2) :41 - 43.
5 结束语
随着科学技术的不断进步 , 化学水处理的自 动化技术高度发展 , 成熟的计算机应用技术 、网 络通讯等技术和新的设计理念应用于火电厂化 学水处理自动化中 , 组成了联网级智能自动化控 制信息系统 , 它有如下主要特点 : ① 智能化且无 人值守 , 即各个现场控制设备 ( 站 ) 根据远方指令 独立完成既定的控制任务 ; ② 网络化 , 各个分控
2004 年 第 1 期
朱俊杰 ,王 辉 ,聂卫民
基于矢量控制的 PWM 整流器 SIMULINK 建模与仿真
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开关周期内的平均值代替函数本身 , 得到对时间 连续的状态空间平均模型如式 ( 2) 所示 。式中 di 为一个开关周期内开关函数 si 的平均值 , 由于开 关函数是幅值为 1 的脉冲 , 因此其平均值等于其 占空比 。
ZHU J un-jie , WANG Hui , NI E Wei-min
SIMU L INK modelin g and simulation of PWM rectifier based on vector control
( College of Electric & Information Engineering , Hunan University , Changsha 410082 , China) Abstract : The mathematical model of 3-phase PWM VSR using state space average method is studied under the high switch frequency at frist , then the rate of frequency is given using the space vector technology. Finally , the validity of the mathe2 matical model and its control method are confirmed by both MAT LAB/ SIMULINK simulation and experiment. Key words : MABLAB ; SIMULINK; PWM; VSR ; space vector ; frequency rate
i = a, b, c
式 ( 1) 是一组对时间不连续的微分方程组 , 普 通的数学方法难以求得其解析解 , 造成不连续的 原因在于开关函数的不连续性 。当开关频率很高 时 , 状态空间平均法是解决该问题的一种行之有 效的方法 [3 ] , 根据此概念 , 可以用开关函数在一个
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零矢量
111 111 111 111 111 111
d udc = ia sa + ib sb + ic sc - iL dt d ia + Rs ia = Ua - udc s a - uNO dt d ib + Rs ib = Ub - udc s b - uNO dt d ic + Rs ic = Uc - udc s c - uNO dt 1 udc ( s a + s b + s c ) 3 ( 1)
2004 年 第 1 期
王有会
火力发电厂化学水处理的自动化控制
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厂化学水处理系统中使用 , 如具有 HART( Hi ghway
Addressable Remote Transducer) 协议的智能化仪表 、 CAN 总线 、PROFIBUS-DP 等应用范围较广且影响
制系统通过网络构成一个整体 ; ③ 资源共享信息 化 。它将是新一代功能更强大的自动化控制系 统。
函数及控制规律是本文研究的关键 。定义输入三
( 2) 可得整流器等 相相电压如式 ( 8) 所示 。 由式 ( 8) 、
效电路模型如图 4 所示 。
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