基于空间电压矢量的变频器能量回馈系统研究
基于空间矢量控制的双PWM变频器研究_陶海军
基于空间矢量控制的双P WM 变频器研究陶海军,郑 征(河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作 454003)摘要:针对传统变频器网侧功率因数低,能量不可逆等缺点,介绍了一种新型的双P WM 变频器.它是在通用变频器的基础上,引进可逆P WM 整流器来取代不控整流,并采用空间矢量控制策略,实现了单位功率因数运行,直流输出稳定,动态性能好,几乎不产生谐波,且能量可以双向传输.实验结果证明了这种理论的正确性和可行性.关 键 词:双P WM;变频器;空间矢量中图分类号:TN 786 文献标识码:A 文章编号:1673-9798(2007)05-0540-05Study on dual-P WM converter on t he basi s of space vect or controlTAO H ai-j u n,Z H E NG Zheng(School of E lectric a lE ng ineeri ng and Au to ma tion,H enan Pol y te chnic Universit y ,J i aozuo 454003,China )Abst ract :A ne w dua l-P WM converter is introduced because o f trad itional converter has so m e dra w backs ,such as l o w ac-si d e po w er facto r ,un-reversi b le po w er flo w etc .On the base o f general converter ,by in -troduc i n g uncontro lled rectifier w ith P WM rectifier and e m ploy i n g space vector contro l strategy ,dua l-P WM converter can active l y eli m inate ac-side har monic po ll u ti o n o f i n verter ,raise ac-side po w er facto r ,andw ork w ellw ith steady outpu t vo ltage and b i-d irecti o na l po w er fl o w .The experi m ent resu lts are proved correctand feasible .K ey w ords :dua l-P WM;converter ;space-vector0 引 言交流调速系统是自动化领域研究的重点课题之一.随着矢量控制理论的提出、P WM 技术的不断完善,微机技术、电力电子器件和其他相关技术领域的发展,国内外学者设计了许多不同的方案[1-3].国内学者提出的多种不同的实现方法,多数仍然处在理论阶段,可用于产品化开发的并不多.与交流调速系统一样,P WM 整流技术在自动化领域中也备受关注[4-5].近几年来,随着电力电子装置的应用日益广泛,电网中谐波电流和无功功率对电力系统的污染也日益严重.消除谐波污染、提高功率因数、节约能源已经成为电力电子技术中的一个重大课题.作为解决这一问题的途径之一,能够实现任意功率因数运行,直流输出稳定,动态响应好,几乎不产生谐波,且能量可以双向传输的P WM 整流器已成为重要研究对象.P WM 整流电机调速系统具有重要的实际价值和应用前景[7-9].本文介绍将P WM 整流和P WM 变频调速系统进行整合,用P WM 整流取代传统的整流方式,与P WM 逆变器组成交一直一交变频器,再结合交流电机变频调速理论设计电机控制器,构成双P WM 变频调速系统的方法.第26卷第5期2007年10月河南理工大学学报(自然科学版)J OURNA L O F HENAN PO LYTEC HN IC UN IVERS I TY (NATURAL SC IE N CE)V o.l 26 N o .5O ct .2007收稿日期:2007-04-07基金项目:河南省自然科学基金资助项目(2006510005);河南理工大学青年基金资助项目(Q2006-48) 作者简介:陶海军(1980-),男,河南驻马店人,讲师,从事电力电子与电力传动研究.E -m ai:l taoh j 99@hpu .edu .cn1 传统变频器存在的问题进入21世纪后,在全球经济发展中,能源与环保成为人们日益关注的焦点,但通用变频器大都为交一直一交电压型结构,整流端为二极管不可控整流或晶闸管相控整流.这种结构具有以下缺点:(1)电网侧电流波形严重畸变,谐波大,对公共电网造成污染.在不控整流侧,输入电流是非正弦的,因此电流的高次谐波注入电网;而一般的相控整流电路在额定工作状态下,如果没有输入滤波器,输入电流的谐波含量将达到28%以上,严重干扰附近的用电设备.(2)整流器处于深度相控状态时,电网侧功率因数低,与电网交换大量的无功功率,降低了发电和输电设备的利用率,同时产生大量的附加损耗.(3)由于器件结构的单向性,功率传递只能从网侧到负载侧,使系统不能在再生状态下运行,无法实现能量的再生利用.为了解决这些问题,有人采取在通用变频器的直流侧加制动电阻来消耗电机的回馈能量,从节能的角度来看,能量将被白白地消耗在电阻上,不利于节约能源,此种方案不好.若在整流器侧加回馈单元把电机的回馈能量反馈到电网,实现电机的四象限运行,一般需选择一自耦变压器,但此方案易造成逆变失败.因此,对通用变频器进行改进变得非常迫切.从适应环保的要求来看,新型的变频器应着重考虑变频器的低能耗,低电磁和低谐波干扰.电磁干扰和谐波污染已成为现代变频器设计时必须考虑的问题.从节能概念上看,应考虑变频器的效率及功率因数等.要从根本上消除通用变频器的上述缺陷,要求新型变频调速系统的整流环节能实现网侧电流正弦化,运行于单位功率因数,且能实现能量双向流动.P WM 控制为减少谐波提供了一个技术性的方案,随着高频电力电子器件如GTO,GTR,I GBT 价格的降低,以及电压和电流等级的提高,该控制方法越来越成为减少谐波污染的首选技术方案.电压型P WM 可逆整流器采用全控型器件,器件工作在高频状态,由于开关器件的开通和关断都可以控制,所以整流器的电流波形是可以控制的,其理想的状态是和输入相电压同相(或反相)的正弦波,此时网侧功率因数接近1,输入电流的谐波含量接近零,而且能够对直流电压进行调整,使之稳定在一定的设定值,在负载变化时,具有较快的响应速度.因为具备上述优点,将其作为交一直一交变频调速系统中的整流环节,构成高功率因数双P WM 变频调速系统,使该变频调速系统具有输入电压、电流频率固定,波形均为正弦,功率因数接近1,输出电压、电流频率可变,电流波形也为正弦的特点,可实现四象限运行,从而达到能量双向传送的目的,实现调速节能和绿色环保的高度结合.2 双P WM 变频器的基本原理双P WM 交流变频调速系统是已广泛应用的交-直-交变频调速系统的一个分支.在双P WM 变频调速系统中P WM 整流环节取代了传统的整流方式,与P WM 逆变变频调速系统共同构成交-直-交变频结构,由于在两次变换过程中均采用了脉宽调制(P WM )技术,因此称为双P WM 变频调速系统[15].双P WM 变频器主电路如图1所示,图中u a ,u b ,u c 为三相电网电压,e a ,e b ,e c 为转子三相绕组的反电动势,L 1,R 1分别为交流进线电抗器的电感和等效电阻,L 2,R 2分别为转子一相绕组的漏感和电阻.为了实现双P WM 控制,系统主回路中的整流桥和逆变桥都必须采用可控自关断电力电子器件.P WM 整流器一般采用B OOST 型电路结构,为实现能量传递需要在交流侧串联电抗器作为储能元件,这是和传统整流电路不同的.在双P WM 交流变频调速系统中,整流部分采用P WM 技术,为得到最佳的整流性能,必须对整流部分的控制给予足够的重视.电压空间矢量P WM (SVP WM )控制策略是依据变流器空间电压矢量切换来控制变流器的一种新颖思路的控制策略.空间矢量控制策略早期由日本学者在20世纪80年代初针对交流电动机变频驱动而提出,其主要思路在于抛弃了原有的正弦波脉宽调制(SP WM ),而是采用逆变器空间矢量的切换来获得准圆形旋转磁场,从而在不高的开关频率下,使交流电机获得了较SP WM 控制更好的性能.主要表现在SVP WM 提高了电压型整流器的电压利541第5期 陶海军等:基于空间矢量控制的双P WM 变频器研究用率和电动机的动态响应性能,同时还减小了电动机的转矩脉动等.另外,简单的矢量模式切换更易于数字化实现.3 P WM 整流器的空间矢量控制3.1 空间矢量调制算法空间矢量脉宽调制(SVP WM )是把三相整流器的输入端电压在复平面上合成为空间电压矢量,并利用整流器不同开关状态形成的8个空间矢量去逼近电压圆,以形成SVP WM 触发波.三相电压型整流器6个开关共有8个可能的运行状态,即(000),(001),(010),(011),(100),(101),(110),(111).由此得到8个基本空间矢量V k =23u d e j(k-1)P3(k =1,2,,,6)V 0=V 7=0.(1)从式(1)可以看出,三相整流器不同开关组合时的交流侧电压可以用一个模为2u d /3空间电压矢量在复平面上表示出来,如图2所示.除2条零矢量外,其余6条非零矢量对称分布在复平面上,将复平面均分成6个扇形区域.对于任一扇形区域中的电压矢量V *均可由该扇形区两边的空间电压矢量来合成[9].三相VSR P WM 整流器的SVP WM 调制步骤为:(1)计算整流桥输入端合成指令电压矢量V *.(2)判断V *所在扇区.(3)选择开关矢量及其发送顺序.(4)计算开关矢量作用时间,合成三相P WM 触发信号.3.2 新颖SVP WM 算法的实现3.2.1 电压矢量所在扇区判断经过坐标变换,可求出矢量V *的两相静止坐标系分量V *a ,V *b .由V *a ,V *b 可求出该矢量在三相静止坐标系(a,b ,c)上的投影分别为V *a ,V *b ,V *c ,再根据V *a ,V *b ,V *c ,的极性以及矢量分布图即可确定V *所在扇区[3].进行坐标变换可得V *a =V *a , V *b =-12V *a +32V *B , V *c =-12V *a -32V *B .(2)根据V *a ,V *b ,V *c 的波形可知:¹在Ñ,Ö扇区时,V *a >0,则V *a >0;º在Ó,Ô扇区时,V *a <0,则V *a <0;542河南理工大学学报(自然科学版) 2007年第26卷»在Ò扇区时,V *a 由正向负过渡,V *a 也应由正向负过渡;¼在Õ扇区时,V *a 由负向正过渡,V *a 也应由负向正过渡.根据以上分析可得图3中6个扇区的分布情况.下面推导由图3判断扇区的逻辑关系.令X ab =si g n (V *a -V *b ), X bc =si g n (V *b -V *c ), X ca =si g n (V *c -V *a ).(3)式中si g n (x )=1 (x >0)0(x <0).(4)画出式(3)的关系曲线如图3所示,可总结出获得V *区域判别的逻辑运算关系如下:R V (1)=X ab #X bc # X ca , R V (2)= X a b #X bc # X ca , R V (3)= X ab #X bc #X ca , R V (4)= X ab # X bc #X ca , R V (5)=X ab # X bc #X ca , R V (6)=X ab # X bc # X ca .(5)式中R V (1)~R V (6)为V *区域Ñ~Ö的逻辑变量.若V *位于i 区域时,R V (i)=1,否则R V (i)=0,其中i :[Ñ~Ö].3.2.2 合成方法及最佳脉冲发送顺序(1)合成方法.对于任一扇区中的电压矢量V *,均可由该扇区两边的标准空间矢量和零矢量来合成.零矢量的作用时间只是为了形成一个P WM 控制周期,从而使得开关周期固定.这样一来我们可以对零矢量有不同的处理方法,从而形成了不同的SVP WM 控制方式.对于零矢量的选择,主要考虑选择V 0或V 7应使开关状态变化尽可能少,以降低开关损耗,在1个开关周期中,令零矢量插入时间为T 0,7,若其中插入V 0的时间为T 0=kT 0,7,则插入V 7的时间则为T 7=(1-k )T 0,7,其中0[k [1为常数.从图4可以看出,该调制方法在1个开关周期中,C 相功率管不动作,分析可知每相开关在1个周期里分别有120b 时间不动作,所以有效开关次数可减少1/3,开关损耗降低33%.每1个采样周期里选择矢量的原则是遵循开关次数最小,保证每次转换只有1个开关动作.这样,矢量作用顺序只能以固定的方式作用,即1个采样周期内有1个桥臂不动作,而另外2个分别动作2次,因而也就降低了变流器的开关损耗.(2)最佳矢量发送顺序的确表1 单一零矢量(V 0)时矢量发送顺序Tab .1 V ecto r d ispa tch i n g sequence w ith si n g le zero vector (V 0)扇区开关矢量发送顺序100010011010000020000101100100003000010011010000400010110010100050000010110010006000100101100000定.固定选用零矢量V 0(或V 7),每次只切换1只开关管,矢量发送顺序如表1所示.在一个周期内每相桥臂在该相电压的负半周都有120b 的扇区不动作,从而将开关总次数减少1/3.在不动作区域,该相为正或负且幅值最大,从而避开了最大开关电流,大大减小了管子损耗,且543第5期 陶海军等:基于空间矢量控制的双P WM 变频器研究容易实现数字化.4 实验结果及分析根据上述分析,研制了10k W 的P WM 整流器装置.实验参数为:直流输出电压V d c =660V;直流输出功率P 0=10k W;交流输入电压U a =220V;开关频率f =10k H z ;连接电感L = 2.2mH;图5为整流器直流母线电压波形.图中显示,直流输出电压的纹波非常小,满足输出恒定直流的要求.图6给出了网侧电网电流的谐波含量和电网功率因数.从实验结果可以看出,电网电流中的3次、5次谐波含量分别为1.95%,1.32%,取得了很好的效果.5 结 论本文介绍了一种新型的双P WM 变频器,整流部分由开关器件组成,采用空间矢量P WM 控制策略,克服了传统变频器网侧功率因数低、谐波污染大、能量不能双向传输等缺点,实现了单位功率运行,直流电压稳定,大大节约了能源,提高了变频器的性能.参考文献:[1] 余天明,冼伟伦.双P WM 变频器在船舶上的应用前景[J].船电技术,2006,26(5):12-14.[2] 白 晶,赵广山,叶延亮,等.双P WM 变频器整流控制策略的研究[J].北华大学学报:自然科学版,2006,7(4):371-373.[3] 邱 涛,陈林康.变频器中P WM 整流器的设计及仿真[J].微特电机,2006,34(5):17-19,46.[4] 李 宋,陈 梅.交流励磁双馈风力发电机双P WM 控制系统的仿真研究[J].防爆电机,2006,41(1):11-14.[5] 田 丰,彭晓南.基于TM S320LF2407的小型变频器设计[J].河南科技大学学报:自然科学版,2005,26(6):11-14.[6] 任吉林,伍家驹,刘桂英,等.MAT LAB 环境下变频器系统仿真的研究与实现[J].计算机仿真,2000,17(5):53-55.[7] 刘 玮,沈传文,张 琳.基于功率直接反馈的双P WM 变频器仿真研究[J].电气传动自动化,2005,27(6):1-5.[8] 沈安文,朱晓琳,郑定富.用于磁场定向矢量控制的空间电压矢量PWM [J].电力电子技术,2005,39(5):118-119.[9] 郑 征,史祥翠,张 科.三相P WM 整流器空间矢量简化算法[J].河南理工大学学报:自然科学版,2006(6):502-506.(责任编辑 王得胜)544河南理工大学学报(自然科学版) 2007年第26卷。
基于空间电压矢量的变频器能量回馈系统研究
摘要 ： 出了一种新 型的基于 空间 电压矢量脉 宽调￥ （ｐ ｃ ｅｔ ｕｓ ｄｈＭ ｄ ｌｔ ｎ 简称 Ｓ Ｐ 提 ￣Ｓ ａｅＶ ｃ ｒ ｌ Ｗｉ ｏ ｕａｏ ， ｏＰ ｅ ｔ ｉ Ｖ ＷＭ） 的整 流器定频控制 方案 ．通 过理论分析得 出了整流器工作在整流状态 和逆变状 态下实现 Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ 调制 的统一 占空比计
维普资讯 ຫໍສະໝຸດ 第４ １卷 第 ７期 ２０ ０ ７年 ７月
电 力 电 子技 术
Ｐ ｗ ｒＥｌｃ ｒｎ ｃ ｏ ｅ ｅ ｔｏ ｉｓ
Ｖｏ ． １ １ ．Ｎｏ７ ４ ．
Ｊｌ，０ ７ ｕｙ ２ ０
基于空问电压矢量的变频器能量 回馈系统研究
尹忠刚 ，钟彦儒 ，刘 静 ， 向 东 孙
（ ｉ吼 Ｕ ＆ ｎｉ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉａ １０ ８ Ｃ ｉ ） Ｘ ’ ｎ ｅ ｔ ｏ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ Ｘ ’ｎ７ ０ ， ｈｎ ｙｆ ｏ ４ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｎ ｖ ｌ ｏ ｓａ ｔ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｔ ｌ ｃ ｅ ｏ Ｗ Ｍ ｅ ｔ ｅ ａ ｅ ｎ ｓ ａ ｅ ｖ ｌ ｇ ｅ ｔｒｉ ｐ ｐ ｓ ｄ ａ ｄ ｓ ｒ ｃ ： ｏ ｅ ｎ ｔ ｎ — ｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｒ ｈ ｍｅｆ ｒＰ ｃ ｆ ｏ ｓ ｒｃ ｉ ｒｂ ｓ ｄ ｏ ｐ ｃ ｏｔ ｅ ｖ ｃｏ ｒ ｏ ｅ ｎ ｉ ｆ ａ ｓ ｏ ｔ ｅ ｕ ｉ ｒ ｄ ｔ ａｉ ｏ ｍｕ ａ ｒ ｉｅ ｎ ｅ ｈ ｃｉ ｉ ｇ ａ ｄ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔ ｇ ｓ ａｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｒ ｎ ｌｓｓ ｉ ｈ ｓ ｈ ｎｆ ｍ ｕ ｙ ｒｔ ｆｒ ｌｓ ａｅ ｇｖ ｎ ｕ ｄ ｒｔ ｅ ｒ ｔ ｙｎ ｎ ｅ ｅ ａｉ ｔｔ ｓ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｏ ｙ ａ ａｙ ｉ ｎ ｔ ｉ ｏ ｏ ｅ ｆ ｅ ｎ
基于TMS320F2811的变频器能量回馈系统的设计与实现
图 #$ 能量回馈控制策略框图
万方数据
— #. —
基于 62/%!.>!?## 的变频器能量回馈系统的设计与实现
《 电机与控制应用》 !..3 ， %% （ #! ）
!" !" #$ 电流环 变频器回馈电网的能量分为有功分量和无功 分量。无功分量对电网造成污染， 应该严格限制 其大小， 所以系统电流环采用两个控制器分别对 无功电流 （ !" ） 和有功电流 （ !# ） 进行控制， 并通过 设定 ! " 给定值为零减少无功分量。 下面结合图 % 说明电流环的工作原理： !% 、 ! & 经过 逆变器三相回馈电流检测信号 ! $ 、 &’()* 变换环节实现三相到二相变换。变换后的 ! ( 和相位同步模块 （ +,, ） 提供的相位 二相值 ! ’ 、 值 ! 通过 +()* 旋 转 变 换， 得到等效直流电流量 ! # 。这两个量就是电流环的反馈量。 !" 、 $ $ 经过 &’()* 和 +()* 两次变换后， 系统采用两 ! "! 个 +- 调节器分别对 ! " 和 ! # 进行控制。其中， 为 ! " 给定值， 设定为 . ； ! # ! 为 ! # 给定值， 其值为
［ +］
的作用是通过整流、 储能、 平波、 逆变等， 实现电网 — &2 —万方数据
"""""#
! ! 摘! 要：介绍了变频调速系统能量回馈原理， 运用 "# 公司高性能数字信号处理器 "$%&’()’*++ 进行变 频器能量回馈系统的设计。对设计方案分硬件设计和软件设计两部分作了介绍。实际应用测试表明， 该方法 有效地起到了节能作用。 关键词：变频器；能量回馈；空间矢量脉冲宽度调制；数字信号处理器 中图分类号：",--&! 文献标识码： .! 文章编号： +/-&0/12( （ ’((/ ） +’0((&20(/
基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现_陈小佳
基于空间电压矢量的电压前馈死区补偿方法研究与实现＊陈小佳, 黄苏融, 洪文成, 邹海晏(上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072) 摘 要:为减小逆变器死区效应引起的电压、电流畸变及电机转矩脉动的影响,提出一种基于空间电压矢量脉宽调制(S V P WM )的电压前馈型死区补偿方法。
该方法依据电流环的给定电流来确定电流矢量的位置;并以此加入电压前馈来削弱逆变器输出的5、7次谐波电流,从而减小谐波电流对电机电磁转矩脉动的影响。
永磁同步电机系统死区补偿仿真及试验结果验证了该方法的有效性。
关键词:空间电压矢量脉宽调制;死区补偿;电压前馈中图分类号:T M 301.2 文献标识码:A 文章编号:1673-6540(2009)04-0006-04S t u d y a n dI m p l e m e n t a t i o no f V o l t a g e F e e d -F o r w a r d D e a dT i m e C o m p e n s a t i o n Me t h o dB a s e d o nS V P WMC H E NX i a o -j i a , H U A N GS u -r o n g , H O N GW e n -c h e n g , Z O UH a i -y a n(C o l l e g e o f M e c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t i o n ,S h a n g h a i U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200072,C h i n a ) A b s t r a c t :T o r e d u c e t h e v o l t a g e d i s t o r t i o n ,c u r r e n t h a r m o n i c s a n d t o r q u e r i p p l e c a u s e d b y t h e d e a d t i m e e f f e c t s ,a v o l t a g e f e e d -f o r w a r d d e a d t i m e c o m p e n s a t i o n m e t h o d b a s e d o n S V P W M i s p r e s e n t e d .Wi t h t h e p o s i t i o no f t h e g i v e n c u r r e n t v e c t o r o f t h e c u r r e n t l o o p ,t h i s m e t h o d c a n d e c r e a s e t h e 5t ha n d 7t h h a r m o n i c c u r r e n t s b y a p p l y i n g t h e f e e d -f o r w a r d v o l t a g e t o t h e v o l t a g e v e c t o r ,a n d t h e n r e d u c e i t 's e f f e c t s t o t h e t o r q u e r i p p l e .T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s a n d e x -p e r i m e n t r e s u l t s v e r i f yt h e e f f e c t i v e n e s s o f t h i s m e t h o d .K e yw o r d s :s p a c e v e c t o r p u l s e w i d t hmo d u l a t i o n ;d e a d -t i m ec o m p e n s a t i o n ;v o l t a g ef e e d -f o r w a r d＊国家自然科学基金项目(50277024);国家863节能与新能源汽车重大项目课题(2006A A 11A 168)0 引 言空间电压矢量脉宽调制(S p a c e V e c t o r P u l s e W i d t h M o d u l a t i o n ,S V P W M )技术由于其较低的谐波输出含量和较高的母线电压利用率等优点,在电机控制中逐渐成为一项标准化技术得以广泛应用。
基于矢量控制的三相变频器控制系统性能分析
基于矢量控制的三相变频器控制系统性能分析矢量控制是一种电力电子技术，广泛应用于各种工业领域，特别是交流电机驱动系统。
三相变频器控制系统是一种基于交流电机驱动技术的系统，是矢量控制技术在工业控制领域的应用之一。
本文将对基于矢量控制的三相变频器控制系统进行性能分析，包括系统结构、控制原理以及性能分析等方面。
一、系统结构基于矢量控制的三相变频器控制系统主要由多级逆变器、电机、传感器、控制器等组成。
其中，逆变器是将直流电转换成交流电的设备，而电机是将交流电转换成机械能的装置。
传感器探测电机的转速和位置信息，并将其反馈给控制器，以控制电机的运行状态。
控制器是一种计算机设备，它通过对传感器反馈的信息进行处理，控制逆变器输出的交流电电压和频率，从而实现对电机的控制。
二、控制原理基于矢量控制的三相变频器控制系统的核心是电机动态模型和空间矢量控制原理。
在此基础上，通过使用DSP和FPGA等高级数字信号处理器，可以实现对三相电机旋转相关参数的闭环控制。
具体来说，控制器读取测量的电机转速、电流和位置数据，然后计算电机的动态方程。
控制器发送运行指令和电机参数到逆变器，控制逆变器输出三相交流电，从而控制电机的转速和转动方向。
这种控制方法能够减小电机的机械振动，提高电机的效率和响应速度。
三、系统性能分析1. 运行平稳性基于矢量控制的三相变频器控制系统能够实现较高的运行平稳性。
其动态响应速度快，传感器反馈控制精度高，电机旋转速度可以更加平滑。
同时，该系统采用先进的变频调制算法，能够有效提高电机转差率和防止电机震动。
2. 能耗节约性基于矢量控制的三相变频器控制系统可以实现对电机的精细调节，根据负载变化实时调整输出功率，有效调节能耗。
此外，其快速启动和停止功能，有效避免了机械损耗，进一步提高了能耗效率。
3. 控制精度基于矢量控制的三相变频器控制系统能够实现对电机运行状态的精细控制，具有较高的控制精度。
该系统采用闭环控制方法，实时检测电机的运行状态，可以对电机的速度、位置、加速度等参数进行精确控制，使其维持在预定的工作状态之内。
基于空间电压矢量法(SVPWM)的三电平逆变器的研究的开题报告
基于空间电压矢量法(SVPWM)的三电平逆变器的研
究的开题报告
一、选题背景
三电平逆变器作为一种新型的逆变器拓扑结构，因其具有更低的谐波含量、更小的开关损耗以及更高的输出电压质量等优势受到了广泛关注。
而空间电压矢量法(SVPWM)则是一种广泛使用的控制方法，其控制策略简单、实现方便、控制精度高等特点，使其成为了三电平逆变器控制的一种重要方法。
因此，本文将研究基于SVPWM的三电平逆变器控制方法，以期能够更加深入地了解其控制原理和性能特点，为三电平逆变器的实际应用提供技术支持。
二、研究目的
本文的研究目的是通过对三电平逆变器的控制方法进行深入的分析和研究，探讨其控制原理和特性，为提高三电平逆变器控制器性能和应用贡献一份力量。
三、研究内容
本文将以以下内容为主要研究内容：
1. 对三电平逆变器的基本原理进行分析和介绍，包括三电平逆变器的拓扑结构和控制方法等。
2. 对SVPWM控制方法进行介绍，包括其基本原理、控制策略和实现方法等，以及与传统PWM控制方法的比较。
3. 基于SVPWM控制方法，对三电平逆变器进行仿真模拟，研究其输出电压波形和谐波含量等性能指标，并与传统PWM控制方法进行对比分析。
4. 在仿真模拟基础上，进一步设计和实现基于SVPWM的三电平逆变器控制系统，对其性能进行实际测试和验证。
四、研究意义
通过本文的研究，不仅能够深入了解三电平逆变器的控制方法和SVPWM技术的特点，还能提高三电平逆变器控制器的性能，为其在实际工程应用中的推广和应用提供技术支持。
同时，本文的研究也为其他相关领域的研究提供了借鉴和参考。
基于空间矢量PWM的变频控制技术研究
基于空间矢量PWM 的变频控制技术研究一、变频控制技术概述变频控制技术是一种通过改变电机供电频率来控制电机转速的技术，广泛应用于工业自动化、家用电器、电动汽车等领域。
它能够提高系统的能效、精确控制速度和转矩，同时减少机械磨损，延长设备使用寿命。
随着电力电子技术的发展，变频控制技术已经成为现代电力传动系统中不可或缺的一部分。
1.1 变频控制技术的核心特性变频控制技术的核心特性主要体现在以下几个方面：- 调速范围宽：通过改变供电频率，可以实现电机在宽广的速度范围内精确调速。
- 启动平滑：变频启动可以避免电机直接启动时的电流冲击，减少启动时的机械冲击。
- 节能效果显著：变频控制可以根据负载变化自动调整电机转速，减少不必要的能耗。
- 控制精度高：变频控制技术可以实现对电机转速和转矩的精确控制，满足高精度控制需求。
1.2 变频控制技术的应用场景变频控制技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 工业自动化：在工业生产线上，通过变频控制技术可以精确控制输送带、升降机等设备的速度。
- 家用电器：空调、洗衣机等家用电器通过变频控制技术实现节能和舒适运行。
- 电动汽车：电动汽车的驱动电机通过变频控制技术实现高效、平稳的驱动。
二、基于空间矢量PWM的变频控制技术基于空间矢量PWM（SVPWM）的变频控制技术是一种先进的变频控制方法，它通过生成适当的PWM波形来控制电机的电压和频率，从而实现对电机的精确控制。
2.1 空间矢量PWM的原理空间矢量PWM是一种基于三相交流电动机的磁通矢量控制方法。
它将三相交流电动机的定子电流矢量分解为两个直轴分量和一个零序分量，通过控制这三个分量的大小和相位，可以精确控制电机的磁通和转矩。
2.2 空间矢量PWM的实现实现空间矢量PWM需要以下几个关键步骤：- 电流检测：首先需要检测电机的三相电流，以获取电流矢量的信息。
- 磁通估计：通过电流检测和电机参数，估计电机的磁通矢量。
- 矢量控制算法：根据磁通矢量和转矩需求，计算出需要的电流矢量。
基于空间矢量算法的双PWM变频器设计
文章编号:1008-1402(2009)03-0369-04基于空间矢量算法的双PWM 变频器设计①赵 魁1, 韩 华1, 范长宝2(1.佳木斯大学信息电子技术学院,黑龙江佳木斯154007;2.沈阳工业大学电气工程学院,辽宁沈阳110178)摘 要: 本文所提出的基于空间矢量算法的双PW M 的方案,采用PW M 整流技术,具有功率因数为1,能量可实现双向流动的特性;采用PWM 逆变和空间矢量控制技术,有效地控制电机所产生的转矩,使系统具有良好的动态特性.关键词: 双PW M 变频;PW M 整流;电压空间矢量;DSP 控制中图分类号: TS642 文献标识码: A0 引 言交流变频技术,大多采用交-直-交变频方案.本文提出一种在整流和逆变环节都采用PW M 技术的方案,其整流部分具有输入电流相位可调,功率因数为1,可以实现能量回馈电网等优点[1];其逆变部分采用矢量控制技术(SVPW M ),基本思想是通过坐标变换分解出独立的励磁电流分量和转矩电流分量,将交流电机等效成直流电机来控制,使系统能够精确的控制转矩,具有低频转矩大、控制灵活、动态特性好等一系列优点.而电力电子器件和计算机控制技术的发展为交流调速技术的发展提供了良好的契机.智能型功率模块(IPM )将功率开关原件、保护与检测电路全都集成在一个芯片当中,开创了功率半导体开关器件新的发展方向.数字信号处理器(DSP )的快速发展以及新颖控制理论和技术的完善,如磁场定向矢量控制、直接转矩控制等,使变频调速系统在性能指标上接近直流调速系统,并广泛应用.1 双PWM 变频系统的硬件设计本文采用美国德州仪器(TI )公司生产的TMSLF2407型DSP 芯片和两片富士公司生产的6MBP30RH060型智能功率模块(IP M )组成整个系统.以DSP 构成运算与控制核心,以两片IPM 分别构成PW M 整流和PWM 逆变功率变换电路,并辅以电流、电压传感器、光电耦合器构成检测与驱动单元.其系统框图如图1所示.1.1 功率开关元件的选择从图1中可以看出,三相双PWM 变频器需要两组共12个功率开关元件.如果采用单独的I GB T 再加上续流二极管,势必会使得变频器的体积变的很大,又增加了设计的复杂性和成本.本文采用富士公司的6MB P20RHO6O 型智能功率模块(IP M ),该模块采用低功耗、高性能、软开关技术的IGB T 开关管,并且内置有过电流保护、短路保护、控制电压欠压保护、过热保护及故障输出端口.这就大大简化了硬件电路的设计,缩小了装置体积,缩短了开发周期,又很好的解决了引线间的寄生电感、寄生电容问题(表现为过电压、过电流毛刺),提高了系统的安全性和可靠性[3].1.2 运算与控制芯片的选择运算与控制部分是整个系统的核心,担负着PW M 整流、PW M 逆变的两套坐标变换和SVPW M 算法的实现任务,且系统要求的实时性很强,要求控制芯片有高速的运算能力和丰富的外设资源.本设计采用TMS32OLF2407型DSP ,它是一款专为电机控制设计的DPS ,主频率可达40MHz ,指令周期20ns ,双10位A D 转换器,28个可独立编程的多路复用I O 引脚,带有锁相环的时钟模块,带中断的看门狗定时器模块等.另外具有两个事件管理器,共12路PW M 输出,可用于控制双PW M 变频调速系统的12个开关管的控制.丰富的外设资源简化了用于产生同步脉宽调制PWM 信号的控制软件①收稿日期:2009-03-11作者简介:赵魁(1980-),男,黑龙江佳木斯人,佳木斯大学信息电子技术学院助教,在读研究生,研究方向:永磁电机及其控制技术. 第27卷第3期 佳木斯大学学报(自然科学版) Vol .27No .3 2009 年05月 Journal of Jiamusi University (Natural Science Edition ) May 2009和外部硬件,只需占用很少的CUP 时间便可产生所需的PWM 波,适合控制多个PW M 输出的装置,价格便宜,减少了控制系统的体积,系统的性能价格比较高.图1 系统的硬件电路框图1.3 系统电源的选择电源的好坏将直接影响到整个系统的工作性能.可以采用通用开关电源,电压范围是13.5V ～16.5V .需要注意的是:每个IP M 模块的上桥臂三组电源及下桥臂一组电源各自组成一个回路,不可将其共地.两组IPM 模块要使用两套电源,否则会造成短路事故.1.4 驱动电路的选择由于I GBT 的驱动需要高频开关动作,可选用安捷伦(Agilent )公司的高速、高共模比的HCPL -4504型光耦.该光耦具有极短的寄生延时,高瞬时共模;能够实现IPM 的电气隔离,TTL 兼容等特点.1.5 检测电路的选择电流检测采用莱姆(LEM )公司的LTS25-NP 型电流传感器,可以测量直流量、交流量及脉冲量,可根据需要选择±25A ,±12A ,±8A 三种测量范围,响应时间≤200ns ,输出电压2.5±0.6V .为了更好利用A D 转换器的性能,先将电压范围提高到7.6～12.4V ,再与参考电压V REF 相比较,调至0～4.8V (考虑一定的裕量)送入DPS 的A D 单元.电压检测采用莱姆(LE M )公司的LV28-P 型电压传感器,可以用于测量直流、交流和脉冲电压.性能为:工作电压15V ±、测量范围10～500V 、原边额定有效值电流I p n =10mA 、副边额定有效值电流I s n =25mA .副边输出电流经过电阻转换成电压量,将输出限制在0～5V 之间,送入DSP 的A D 单元.2 双PWM 调制原理2.1 三相ABC 到两相αβ的坐标变换变频调速的空间矢量控制方法,就是根据电机统一控制理论,把三相静止坐标系下的定子相电压u AN ,u BN ,u C N ,通过三相到二相变换等效成两相静止坐标系下的交流电压u s a ,u s β,从而产生转矩电流i α和励磁电流i β,且二者相互独立,即可实现对其励磁和转矩的直接控制,如图2所示:图2 三相静止ABC 到两相静止αβ的坐标变换则任一电压空间矢量可表示为:u vs =23(u AN+au BN +a 2u C N )=u s α+ju s β=U m ej (ωt +φA )如果三相正弦电压的幅值、频率恒定,则电压空间矢量u vs 的旋转角速度恒定,矢端轨迹是一个圆.370佳木斯大学学报(自然科学版)2009年2.2 开关函数三相逆变器和整流器都由6个IGBT 组成,且同一桥臂的上下开关状态是互补的,即同一桥臂上开关导通则下开关必须关断,并将这个状态记为S k =1,(k =U ,V ,W ).同理,将同一桥臂上开关关断而下开关导通记为状态S k =0,(k =U ,V ,W ).根据开关状态S u ,S V ,S W 逆变器的输出相电压可以表示为直流母线电压U dc 和开关状态的函数:u U =U dc S U u V =U dc S V u W =U d c S W将电压空间矢量也写成开关状态S u ,S V ,S W的函数.u vS (S U ,S V ,S W )=23U dc (S U +aS V +a 2S W )=u s α+ju s β三个桥臂不同开关状态组合(S U ,S k ,S V )给出了八个基本电压空间矢量,可表示为“000”,“100”,“110”,“010”,“011”,“001”,“101”,“111”,其中“000”,“111”为零矢量.它们在空间的分布关系如图3所示,两个零矢量位于中心,六个非零电压空间矢量相隔60°构成六个扇区,如图3中的V 4,V 6,V 2,V 3,V 1,V 5所示.按着462315的开关顺序,顺序开通6个I GBT ,将得到一个正六边形的旋转电压空间矢量.如果交流电动机仅由这六拍阶梯矢量供电,磁链轨迹将是六边形的旋转磁场.要想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场,就必须在每一个60″期间内出现多个工作状态,也即提高开关频率以形成更多的相位不同的电压空间矢量.图3 电压空间矢量分布图2.3 实现功率因数为1的整流方法以A 相为例,若整流器交流侧电压u U 的基波分量频率与电网侧的工频信号频率相同,则输入电流i a 也为与电源频率相同的正弦波,其幅值和相位仅由u U 中的基波分量u Uf 的幅值及其与u a 的相位差来决定.改变u Uf的幅值和相位,就可以使i a 和u a 同相位(功率因数为1,整流状态)、反相位(逆变状态),甚至以电容性状态运行,如图4所示.图4 PWM 整流电路的运行状态相量图3 双PWM 变频系统的软件流程根据定制电压空间矢量的要求,通过坐标变换和SVPW M 信号调制,产生PW M 触发信号,通过最小开关切换方式使得逆变器输出的相电压和相电流中的谐波减小,使直流电源电压的利用率要比直接正弦电压脉宽调制技术更高[3].3.1 主程序流程系统开始,执行自检程序,初始化,设置通用AD 转换器,等待中断.如图5所示.3.2 PW M 中断子程序流程整流环节采用电压外环,电流内环的双闭环控制系统.直流侧电压采样值与电压给定值相比较,得到直流电压偏差量,通过数字PI 调节得到q 轴电流给定值,其目的是保持直流电压恒定;交流侧电流采样,得到q 轴电流和d 轴电流实际值.实际值与给定值相比较得到q 轴和d 轴电压,再经过dq -αβ坐标变换,得到直轴和交轴电压,送给SVPW M 调制器,即可得到6路PWM 触发信号.逆变环节采用速度外环,电流内环的双闭环控制系统,其控制原理与整流环节相同.SVPW M 中断子程序流程图,如图6所示.371第3期赵 魁,等:基于空间矢量算法的双PW M 变频器设计4 结 论本文研究了基于TI公司的TMS320LF2407型DSP控制的双PW M变频调速系统,取得了阶段性的成果.双PW M变频调速系统采用PW M整流技术,使系统具有了网侧电流接近正弦波,网侧功率因数近似为1,较快的动态响应,电能双向传输等诸多优点,也适用于风力发电场合的变速恒频双馈电机的控制与驱动.采用SVPW M逆变技术可以精确的控制电机的转矩和动态性能,而采用IPM模块又降低了系统开发的复杂性,缩小了产品体积,提高了系统的可靠性.参考文献:[1] 王兆安、黄俊.电力电子技术[M].第三版.北京:机械工业出版社.[2] 于振福,吴玉广.智能功率模块及其应用[J].微电机,2003,36(1):52-55.[3] 谢宝昌、任永德.电机的DSP控制技术及其应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005,193-204.[4] 周海燕.桥式P WM驱动电路的设计[D].成都电子科技大学,2006.[5] 李宋,陈梅.交流励磁双馈风力发电机双P WM控制系统的仿真研究[J].防爆电机,2006,41(1):11-14.Design of Dual PWM Frequency Converter Based on SVPWM ArithmeticZHA O Kui1, HA N Hua1, FA N Chang-bao2(1.College of Information an d Electronic Technology,Jiamusi Univers ity,Jiamusi154007,China;2.College of E lectrical Engineering,She-nyang University of T echnology,Shenyang110178,China)A bstract: Dual-PW M variable frequency speed regulation system based on SPWM arithmetic was put for ward in this paper.PW M contr ollable rectifier was adopted in the system.It has several advantages such as its AC-side current like sine-wave approximately,power factor close to1and bidirectional power transmission.PW M Inventer and SVPWM technologies are adopted,which has quick dyna mic response.Key words: dual PWM frequency converter;PW M rectifier;SVPW M;DSP control372佳木斯大学学报(自然科学版)2009年。
基于TMS320F28335的变频器能量回馈系统
基于TMS320F28335的变频器能量回馈系统毛康宇;宁国云【摘要】按照变频器能量回馈原理,利用美国TI公司高性能数字信号处理器TMS320F28335进行变频器能量回馈系统的设计.阐述软件设计和硬件设计方法,并进行实际应用测试.测试结果表明:能量回馈器能够实现高功率因数回馈功能.【期刊名称】《湖北工业大学学报》【年(卷),期】2013(028)001【总页数】4页(P97-100)【关键词】能量回馈器;变频器;空间矢量脉宽调制;数字信号处理【作者】毛康宇;宁国云【作者单位】武汉大禹电气有限公司,湖北武汉430205【正文语种】中文【中图分类】TM464变频器广泛应用于工业领域，在很多情况下，其负载会回馈能量.大多数变频器属于两象限变频器，不具有把负载的再生能量回馈到电网的功能，只能通过配备制动单元，将电机的再生能量通过制动电阻发热消耗掉.在变频器内部设计一个能量回馈器，可以实现将再生能量回馈到电网，避免使用制动电阻耗能.本文设计了一种基于TMS320F28335的变频器能量回馈器，并进行了试验.1 变频调速系统能量回馈原理具有能量回馈功能的电压型变频器基本拓扑结构如图1所示［1］.图1 具有能量回馈功能的变频器结构变频器的硬件电路由主回路和控制回路两部分组成.主回路由变流器1、变流器2、直流支撑电容组成，2个变流器均可工作于整流和逆变状态；控制回路由模拟采样电路、驱动电路、人机界面电路等构成.主回路通过整流、储能、逆变等方式，实现电机与电网的能量交换；控制电路完成对变流器的驱动控制、电压控制、电流控制以及各种保护功能.当电机处于电动状态时，在变流器1的控制下，对电网三相交流电进行PWM整流或者不控整流，再经直流支撑电容滤波，然后在变流器2的控制下进行逆变，输出三相交流电.在此过程中，能量从电网流入变流器，送到电机，转换成机械能输出.当电机处于发电状态时，电机的机械能会有一部分转变成电能，通过变流器2进行整流，输入到直流支撑电容上，使电容端电压持续上升.当电容电压上升到设定阈值后，变流器1在控制电路的作用下转换到有源逆变状态，把电容上的能量回馈到电网.在此过程中，能量从电机流入变流器，然后回馈到电网中［2］.从上述分析可以得知，若要变流器工作于能量回馈状态，必须满足以下条件：1）网侧变流器必须能够在整流和逆变两种状态下工作，因此变流器必须可控，变流器通常为由IGBT组成的三相半桥；2）直流母线电压要高于回馈阈值，回馈阈值的设定取决于电网电动势值和变流器的器件耐压值；3）变流器回馈时的频率必须和电网电压频率同步，变流器必须能够实时采样电网频率［3］.2 直接电流控制回馈算法2.1 三相电压型变流器模型三相电压型变流器的电路拓扑结构如图2所示.图2 三相电压型变流器的电路拓扑结构图图2中：eL为直流电动势；L为网侧滤波电感；ea（t），eb（t），ec（t）为电网三相电动势；va（t），vb（t），vc（t）为三相半桥输出电压；C 为直流侧滤波电容；RL为直流侧负载电阻，Rs为功率管以及线路上的等效损耗电阻.忽略电阻Rs，在三相静止坐标系中，由三相交流侧易得网侧电感端电压分别为经过坐标变换后，在同步旋转d－q坐标系中，有以下公式式中：u为直流母线电压，ud和uq为三相变流器交流侧输出电压的d－q分量. 2.2 电能回馈控制策略系统采用SVPWM技术来控制变流器的开关，实现回馈控制.控制框图如图3所示［4］.从图3可以看到，系统采用双闭环控制策略实现回馈电流和直流母线电压控制.电压环为外环，电流环为内环.图3 能量回馈控制框图2.2.1 电流内环工作原理变流器回馈到电网的电能可以分解成有功分量和无功分量，进行回馈的时候，要求回馈的有功能量比例越大越好，因此要求回馈时，具有较高的功率因数，并且能够实时检测并调节有功分量.在d－q坐标系下，网侧电流的d轴分量Id为有功分量，q轴分量Iq为无功分量.变流器需要采用两个电流控制器，以便分别调节Id和Iq的值，以减少无功分量的输出.在图2中，回馈时，变流器网侧三相电流Ia、Ib、Ic经过采样检测处理后，进行Clark变换，实现静止三相坐标系到静止两相坐标系的变换，得到Id和Iq；同时变流器的电网频率检测和同步模块（PLL）计算出此时的电网相位值θ，经过Park 旋转变换后，得到同步旋转坐标系下等效直流量ID和IQ，作为电流环的反馈量. ID和IQ分别经过Clark和Park变换后，再送入各自的PI调节器，分别对ID和IQ进行控制.在进行能量回馈的时候，要求变流器工作在高功率因数下，因此，IQ 的给定值一般设为0，ID的给定值来自于电压环输出值.ID和IQ经过各自PI运算后，得到各自的控制量，然后根据相位值θ经过反Park 变换以及SVPWM运算后，得到变流器三相半桥各个开关管的驱动脉冲宽度，经过驱动电路送到开关管上，开关管把直流母线上的能量回馈到电网.2.2.2 电压外环工作原理电压环为系统控制的外环，系统把检测到的直流母线电压作为反馈量，和直流母线电压给定值相减后输入到电压PI调节器进行控制运算，运算的结果作为ID的给定值，送入电流内环.3 变频器能量回馈器硬件设计3.1 主回路设计主回路分为4个部分：网侧电感、网侧变流器、直流支撑环节、负载侧变流器.网侧变流器1为1个三相半桥，由T11～T16 IGBT构成，每个IGBT内部具有一个反并联二极管D11～D16，直流支撑环节为大容量电解电容；负载侧变流器2同样为1个三相半桥，分别由T21～T26 IGBT及其反并联二极管D21～D26组成（图4）.主回路可以在电动状态和回馈状态两种状态工作.3.1.1 电动状态在电动状态下，网侧变流器1工作于整流状态，如果对网侧变流器1进行控制，此时，网侧变流器的IGBT成为boost升压斩波器，网侧电感L成为boost升压电感，对直流电容进行充电；如果不对网侧变流器1的IGBT进行控制，那么IGBT反并联二极管将工作在不控整流状态，网侧电感L可以看成输入电抗器. 图4 主回路结构直流回路充电后，在控制回路的控制下，负载侧变流器工作在逆变状态，拖动电机正转或者反转.3.1.2 能量回馈状态电机工作在回馈状态时，电能通过负载侧变流器2送入直流支撑环节.随着电机能量不断输入，直流支撑电容持续充电，使直流母线电压持续上升.当母线电压超过设定的阈值后，控制电路根据回馈算法，控制网侧变流器1工作在有源逆变状态，把直流环节电容存储的能量回馈到电网.3.2 控制回路设计图5 控制回路原理框图变频器能量回馈器控制回路部分原理框图如图5所示［5］.其硬件系统由DSP处理器、IGBT驱动电路、模拟／数字信号采样检测电路、键盘和液晶屏界面、上位机通信电路、辅助开关电源电路组成.3.2.1 处理器 TMS320F28335是美国德州仪器公司生产的一款高性能、32位浮点电机控制用数字信号处理器.本系统采用此处理器来进行系统控制，系统内核时钟工作在150MHz，进行各路模拟／数字量采集和坐标变换处理、实时SVPWM算法处理、IGBT驱动、外部通信、键盘扫描和液晶屏控制.3.2.2 关键电路本系统关键信号为网侧电流信号、直流母线电压和交流电网过零信号.网侧电流信号由霍尔电流传感器采样，直流母线电压由霍尔电压传感器采样，送入控制板上的采样电路进行调理运算后，转换成0～3V的电压信号，然后送入到DSP的AD端口.交流电网过零信号由3个变压器组成的电路进行滤波和采样，变压器原边电压为滤波后的电网电压信号，接法为Y接法，副边为Δ接法，经过数字逻辑电路处理后，电网三相电压信号每次过零，会输出一个高电平，送至DSP的捕获口.4 软件结构设计系统软件主要分为模拟／数字采样模块、PLL模块、电压环PI模块、有功电流PI 模块、无功电流PI模块、坐标变换模块、SVPWM计算模块、PWM发生模块、通信模块、系统时序控制模块、系统保护模块.模拟／数字采样模块用于采集系统的电压、电流信号以及外部开关量信号；PLL模块用于采集电网频率，用于回馈器与电网同步；电压环PI模块用于计算和调节变频器直流母线电压；有功电流PI模块和无功电流PI模块用于完成电流控制；坐标变换模块用于将三相电流进行坐标变换，然后送入电流环运算；电流环的运算结果送到SVPWM模块，生产三相SVPWM脉冲宽度，送入PWM发生模块；PWM发生模块产生三相半桥6桥臂的驱动；通信模块实现系统与上位机的串行通信；系统时序控制模块，用于控制系统的上下电、初始化、整流和有源逆变切换等功能；系统保护模块进行故障保护，能够进行过欠压、过流、过温、开关管故障等保护.5 测试结果5.1 测试条件1）电网电压三相380V，50Hz；2）网侧电感0.2mH；3）回馈电流7A.5.2 测试波形稳态工作时，实际测试波形如图6所示.图6 能量回馈器网侧电流电压波形1－网侧电感电流波形；2－网侧电压波形在图6中，电流波形为泰克A621实测波形，电压波形经过降压后送至示波器中. 5.3 结果分析从波形图上分析，实际测试电流波形非常接近正弦波，在回馈电流7A的情况下，电流相位和电网相位基本相同，用三相电能质量分析仪，测出三相功率因数均达到0.9.［参考文献］［1］胡崇岳.现代交流调速技术［M］.北京，机械工业出版社，1998.［2］陈伯时，陈敏逊.交流调速系统［M］.北京：机械工业出版社出版社，1998. ［3］减英杰，吴守篇.交流电机的变频调速［M］.北京：中国铁道出版社，1984. ［4］张崇巍，张兴.PWM整流器及其控制［M］.北京：机械工业出版社，2003. ［5］李永东.交流电机数字控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2002.。
基于空间矢量控制技术的有源能量回馈单元的研究
基于空间矢量控制技术的有源能量回馈单元的研究随着科技的不断发展，能源问题成为全球关注的焦点。
传统能源的有限性和对环境的不良影响促使人们寻找可再生能源的替代方案。
其中，有源能量回馈单元作为一种新兴的能源回收技术，引起了广泛的关注。
有源能量回馈单元是一种通过收集和转换环境中的能量来提供电力的装置。
它与传统的被动能量回收装置相比，具有更高的效率和更广泛的应用范围。
而基于空间矢量控制技术的有源能量回馈单元更是在技术和应用层面上取得了重要突破。
基于空间矢量控制技术的有源能量回馈单元的核心思想是利用矢量控制技术实现能量的高效转换和传输。
通过将多个传感器和执行器分布在空间中不同的位置，可以实现对环境中能量的全面感知和收集。
同时，借助于矢量控制技术，可以将收集到的能量进行高效的转换和传输，从而实现对电力设备的供电。
在基于空间矢量控制技术的有源能量回馈单元的研究中，需要解决以下关键问题：首先，如何设计合理的能量收集装置，以实现对环境中能量的高效感知和收集；其次，如何利用矢量控制技术实现对能量的高效转换和传输；最后，如何实现对电力设备的稳定供电，以满足实际应用的需求。
为了解决这些问题，研究人员通过对能量收集装置的优化设计和矢量控制技术的改进，不断提高有源能量回馈单元的性能。
同时，他们还开展了大量的实验和仿真研究，验证了该技术在不同应用场景下的可行性和有效性。
基于空间矢量控制技术的有源能量回馈单元在未来的能源领域具有广阔的应用前景。
它可以应用于智能家居、物联网、无线传感器网络等领域，为电力设备提供稳定可靠的能源供应。
同时，它还可以作为可再生能源的重要补充，减轻传统能源的压力，促进可持续发展。
总之，基于空间矢量控制技术的有源能量回馈单元是一项具有重要意义的研究。
通过不断改进和创新，它有望成为未来能源领域的重要技术之一，为人类解决能源问题做出重要贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第４ｌ卷第７期电力电子技术Ｖ０１．４ｌ，Ｎｏ．７圣墼！量！星墅些！曼！星！墅些！型￥：！竺！
由表１可见，当系统运行于整流状态即Ｉ区间咕Ｕ。
＝１２０Ｖ，Ｌ＝ＩＯｍＨ，Ｃ＝２２００斗Ｆ，魄４＝３１０Ｖ，开关频时，开关ＶＳ。
’对于矢量阢和以的状态为“ｏｆｆ”，开关率．ｆｉ＝５ｋＨｚ。
ＶＳＪ对于矢量奶的状态为“ｏｎ”，矢量巩的状态为
“ｏｆｆ＇’，由此可以得到ＶＳ。
’，ＶＳ。
’的导通率：
ｆｄ恼。
１一乃纶弘列△强１一（２Ｍａ’＋Ｍｎ’）７魄（６）
【ｄｖｓｂ，＿１一Ｔ２／ＡＴ＝Ｉ—ｕａ＇＋２ｕｂ’）／Ｇ、’
由于ＶＳ。
一直处于“ｏｆｆ＇’状态，则其导通率为：
ｄｖｓ。
＝Ｏ（７）
同理可知，当系统处于逆变状态时，ＶＳ。
，ＶＳ。
，
ＶＳ。
７的导通率分别为：
ｆｄｖＳａ＝矸／△ｎ列△阽（２ｕ。
’＋‰…魄
｛ｄｖ铲ＴＪＡＴ＝（ｕ。
＇＋２ｕｂ’）／魄（８）
ｌ弧。
ｌ
比较式（６）、式（７）和式（８）可知，在同一区间内，
表３ＳＶＰＷＭ开关算法处于整流状态时．某
区间矢量导通率
砜以＝（２ｕ。
’＋地’），￡ｋＩＵｌｄｂ＝（Ｕｓ７＋２ｕｂ７），魄
巩ｄｏ＝０
以五＝ｌ＋（２‰’＋ｕ。
’），玑。
Ⅱ巩ｄｂ＝１
玑ｄｏ＝ｌ＋（ｕａ’＋２ｕ。
’），％
玩ｄ．－－－０
Ⅲ以ｄｂ＝（２ｕｂ＇＋Ｕｃ’），魄
玑ｄｅ＝（Ｕｂ’＋２ｕ。
’），魄
阢ｄａ－ｌ＋（２‰７＋Ｍｂ’），砜。
Ⅳ阢ｄｂ＿ｌ＋（Ｈ。
’＋２ｕｂ’），魄玑文＝ｌ
砜ｄ产（２‰’＋ｔｔ。
’）／％Ｖ阢姑０
玩ｄｅ＝（Ｕａｔ＋２ｕ。
’），魄
￡，ｌｄａ－ｌ
Ⅵ玩ｄｂ－ｌ＋（２ｕｂ＇＋‰’），￡丘玑ｄｏ＝ｌ＋（Ｕｂ＇＋２Ｕ。
７），玩：一桥臂的上管一直为“ｏｆｆ＇’：处于逆变状态时．同一桥臂的下管一直为“ｏｎ”。
通过上述分析。
以及对比表１和表２可以发现。
整流状态和逆变状态下相应区间中．用于合成电压矢量的基本矢量是一致的。
而且，无论是需要控制的开关还是对应开关的占空比计算公式，都呈互补关系．因此，整流状态与逆变状态下的开关占空比计算公式是统一的．全部开关算法如表３所示。
４变频器能量回馈实验
以ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ型ＤＳＰ为内核搭建了硬件电路．并对ＰＷＭ整流器及其控制方法进行了实验验证，完成了变频器的能量回馈实验。
ＰＷＭ整流器负载为变频器拖动一台１．１ｋＷ的异步电机机组，图５示出其硬件电路。
当电机正常运行时，ＰＷＭ整流器工作在整流状态；当电机转速快速下降时，电机向直流母线电容回馈能量，从而使直流母线电压升高。
当直流母线电压高于指令直流电压Ｗ时，ＰＷＭ整流器工作在逆变状态。
实验参数为：电源频率ｆｉ＝５０Ｈｚ，三相输入相电压有效值Ｕａ＝８
图５变频器能量回馈系统控制框图
图６给出了变频器能量双向流动实验波形。
由图６ａ可见．从二极管整流到ＰＷＭ整流过渡时，过渡过程大约为０．００５ｓ：当ＰＷＭ整流器稳定运行在整流状态时，ａ相输入电压配。
和电流ｉ。
同相位，且电流正弦度较好，网侧功率因数接近１。
由图６ｂ可见，当电机突加负载时，直流侧电压魄几乎没有变化，说明系统有较强的带载能力；由图６ｃ可见，当电机突加负载时，ｉ。
能够实现从空载到带载的平稳过渡；由图６ｄ柯见，当电机转速突然下降时，ＰＷＭ整流器开始从整流状态向逆变状态过渡．过渡过程大约为０．０６ｓ；在逆变状态时，Ｍ。
与ｉ。
的相位相反，网侧功率因数接近１。
图６实验波形
（下转第４４页）
圣塑！垒！旦墅！！！曼！皇！！墼堂！
！坚！！：兰垒竺
流内环对于包含在环内的扰动，如死区时问的影响、
后，主电路Ｍ。
与该相”耐的实验波形。
相位补偿控制
变压器铁心励磁特性非线性的影响、电感参数的变到１．５。
，相对于开环不进行相位补偿控制时，滞后的
化、负载电流的变化等都能起到及时的调节作用，使相角减小了很多，可见相位补偿控制取得了明显的系统的稳态特性、动态特性、对非线性负载的适应性
效果。
并且正弦度有所改善。
等大大提高。
５
结诊
４
实验结果
研究了一种由３个独立单相逆变电路并联而成根据上述研究，制作了一台单相１．５ｋＶＡ逆变
的三相逆变电源及其控制系统。
该电源完全具备了电源实验样机，实验样机参数为：直流输入３１０Ｖ，电带任意不平衡负载的能力。
该控制系统采用多环反源正弦波输出１１５Ｖ，频率４００Ｈｚ，变压器变比Ⅳ＝馈结构，其中电压瞬时值环对电源进行相位补偿控１．５，滤波电感Ｌ＝Ｉ．５ｍＨ，滤波电容Ｃ＝１５１ｘＦ，载波频制，使三相电源每一相输出相位严格跟踪该相给定率ｆ＝２５．６ｋＨｚ。
图３示出阻感负载下的实验波形。
标准正弦波的相位，从而实现了相位的精确控制。
实验结果证明了该方案的可行性和有效性。
多环控制
系统的采用，使得系统的稳态特性、动态特性、抗扰性和对非线性负载的适应性等都大大提高。
这种控
制系统特别适用于高性能逆变电源．同时也适用于不间断电源（ｕｐｓ）、变频器等领域。
参考文献
［１ｌ
Ｈｏｕ
ＺｈｅｎＹｉ，ＳｕｎＪｉｎ．Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒ
Ｔｈｒｅｅ－
ｐｈａｓｅＦｏｕｒ—ｌｅｇＩｎｖｅｒｔｅｒＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ【Ａ】．ＩＥＣＯＮ’０４［ｃ１．
［２］孙进，卢家林，苏彦民．三相四线逆变电疆解耦控制方
一法的研究叨．电气传动，２００２（４）：３－１２．
图３输出电压实验波形
［３１
Ｌｕ
ＪｉａＬｉｎ，ＳｕＹａｎＭｉｎ・ＡＮｏｖｅｌＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＨｉｇｈ－。
黔为。
｛望环魁！璺堂多．警登堂电曼／ｔｏ
高嚣＝∞们～轧ｐｐｌｉｅｓ陋ｌ磁∞¨叭实验波形。
由图可见，额定阻感负载下，波形品质仍
【４】蟊羔二：二‘一二。
ｖ０１ｔ８９ｅ
ｃｏｎｔｍｌ
ｓｔｍｔ。
ｇｙｆｏｒｃｕ玳ｎｔ．
然很高。
图３ｂ为未采用相位补偿控制时，ｕ。
与标准
～Ｒ。
二ｌａｔ。
，ＰＷＭＩｎｖｅｒｔｅ糟赢ＩＥＥＥＴｒａｎ。
．二Ｐ０ｗ。
，Ｅｌ。
一
正弦ｕ耐实验波形。
由图可知，不加相位控制环时主ｔｍｎｉ。
．１９９６，１１（１）：７。
１５．
电路Ⅱ。
的相位滞后该相Ｍ耐的相位较大，实验测试
［５１卢家林。
苏彦民．一种新型的大功率高性能逆变电源控制
结果为滞后了２２．５。
图３ｃ为采用相位补偿控制以
方案【Ｊ］．电２１２电能新技术，２００２，２１（１）：７３～７７．
（上接第８页）由图６ｅ可见，当电机快速停机时，玩升
参考文献
高，呈现凸状，在这段时间内，三相交流电流反向，向［１１王士湖，王莉，张新荣．变频器泵升电压控制电路的设
电网回馈能量，从而实现变频器能量的双向流动。
计叨．电力电子技术，２００２，３６（６）：６４～６６．５结束语
［２１
ｓｗｉＳ汕ｈｅｎ批ｇ－ｄＨｅｕａＲ：２篙慧：瓮≥：＝ｍＰ－。
Ｂ把ａ陀ｓｅ！
将空间电压矢量引入整流器的控制中，提出了ｓｉ。
ＰｗＭＳｃｈ。
ｍｅ叨．ＩＥＥＥ１ｈｎ。
．。
ｌ：Ｐ二。
，Ｅｌ。
：ｍｎｉｃｓ．
一种新型变频器能量回馈系统控制策略。
搭建了以
２００４．９（６）：１４１７～１４２５．
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ
ＤＳＰ为内核的硬件电路，对变频器
【３】ＳＫｗａｋ。
Ｈ
Ａ
Ｔｏｌｉｙａｔ．ＯｐｔｉｍｉｓｅｄＰｏｗｅｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｔｏ
Ｍｉｎ．
能量回馈系统进行了实验验证，并完成了变频器的
ｉｍｉｚｅＰｏｗｅｒ
ＲａｔｉｎｇｏｆＰａｒａｌｌｅｌｅｄ
Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ［Ｊ】．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
能量双向流动实验。
结果表明，该系统能有效抑制注Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００４，４０（５）：１７～１９．入电网的谐波，使网侧电流连续，且为正弦波；能实［４１
Ｊｏｓ６ＲＲｏｄｒｉｇｕｅｚ，ＪｕａｎＷＤｉｘｏｎ．ＰＷＭＲｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅＲｅｃ‘
现网侧单位功率因数控制；能量可以双向流动，从而
‘ｉ６ｅｒｓ：ｓ‘出ｏｆ‘ｈ。
Ａｎ叽１ＥＥＥ１协ｓ・。
ｎ
１ｎｄｕｓｍａｌＥ１ｅｃ。
实现变频器的能量回馈。
赢逆变状态时的茗流波
［５１
ｔＫｒｏｕｎ篡＝盖翟王忽Ｓｕｎ∥“ｓｉｍｐｌｅ
ｓｃｈ。
ｍｅ
形正弦度较差，有待进一步研究。
该系统对于研究新ｂａｓｅｄ。
：ｌｓ：ａｃ。
．Ｖｅｃｔ。
ｏｒＰｕｌ。
ｅ－ｗｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉ。
』ｆｏ，Ｔｈｍｅ．
型的变频器四象限运行系统具有重要的借鉴意义。
ｐｂａｓｅＲｅｃｔｉｆｉｅｒ［Ａ】．ＰＣＣ，ＩＥＥＥ［Ｃ］．Ｏｓａｋａ
：
～．
，２００２１２６２
１２６６。