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电压源变频器反馈技术

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2017-10-30

    与前馈方法不一样,反馈技术是根据VSI输出值的偏差来调整其输入量,就是要检测其输出量。一般地说,根据控制目的选取被控量。例如,在交流变速传动中,通常需要保持电动机线电流与一组给定的参考正弦波值相等。因此,被控量就是交流线电流。在VSI中,有多种方法可实现反馈控制,下面艾特贸易小编介绍其中三种。

    1.滞环电流闭环控制  滞环电流控制的主要目的是迫使交流线电流跟踪一个给定的参考值。只要实际电流ioa达到给定的参考值ioaref±Ui/2的范围,则电力电子器件开关S1S4的状态就要发生变化。图10-5所示是a相的滞环电流控制器。其他两相的控制器与a相一样,因为滞环模式只需一个运算放大器即可实现,所以这种控制器的实施是非常简单的,从而控制器和调制器可合并为一个单元。

三相电压源变频器的滞环电流闭环控制(a相)

    10-5    三相电压源变频器的滞环电流闭环控制(a相)

    但是,此技术本身存在几个缺陷。第一,不能像基于载波调制器那样预测开关频率,交流线电压和线电流所含的谐波分量为随机的(见图10-6d),这不利于滤波器的没计。第二,像交流变速传动那样,三相负载没有中性点可连接,此时负载电流之和为零。这意味着在任何瞬间只有两个线电流可独立地控制,因而此时另一个滞环电流控制器就是多余的,这可说明负载电流超过极限的原因和介绍极限环的概念(见图10-6a)。最后,尽管交流负载电流之和为零,但控制器不能保证在一个负载周期内所有负载线电流的直流分量为零。

    2.电压源变频器线性控制的反馈系统  比例(P)和比例积分( PI)调节器也可应用于VSI中。由图10-7所示,其主要目的为产生闭环方式中所需的调制信号ucaucbucc。调制信号可应用于像SPWM这样的基于载波的技术(见图10-7)或空间矢量调制技术。因为负载线电流之和为零,所以参考负载线电流之和也应为零。因而,在一般的实施方案中,由于γ分量总是为零,可通过abc/αβγ坐标系变换把控制器减到两个。这样就避免在交流负载电流中出现极限环。

滞环电流闭环控制三相电压源逆变器的理想波形

    10-6    滞环电流闭环控制三相电压源逆变器的理想波形

   a)负载实际交流电流和参考电流b)开关S1状态

   c)交流输出电压d)交流输出电压频谱

三相VSI具有PI控制电路

    10-7    三相VSI具有PI控制电路

    把静止坐标系abc中的一组变量[x]abc变换到静止坐标系αβ中的一组变量[x]αβ的公式如下:

       (10-11)

    根据调整过程的静态误差、调整时间、超调量等来选择控制器(PPI、…)。图10-8所示的是SPWM技术的VSI相关波形,它是利用图10-7所示PI控制器得到的。

具有PI控制三棚VSI的理想波形

    10-8    具有PI控制三棚VSI的理想波形(ma=0.8mf=15)

   a)交流负载的实际电流和参考电流b)载波信号和调制信号

   c)交流输出电压d)交流输出电压频谱

    从图10-8可看出,交流线电流的实际值ioa与参考值ioaref存在着误差。此误差是线性控制器自身固有的,不可能完全消除,但可提高控制器的增益使其最小化。可是这样,电路中的噪声也增大,这将使整个控制系统的性能变坏。在实践中,需要权衡利弊。不过,由于在许多控制策略中,VSI的被控电流实际是控制系统的内环,其固有误差可由外环来补偿。这就是交流变速传动的情形,即速度外环补偿电流内环。一般来说,如果外环采用直流量(如速度),它可补偿内环的交流量(如交流线电流),可使交流量静态误差为零。

    3VSI线性控制的坐标变换法  坐标变换可把三相交流电路作为直流电路处理。这种变换是基于一种数学运算,即把静止坐标系abc的一组变量变[x]abc换成旋转坐标系dq0的一组变量[x]dq0。可以看到,一是因为三相电流之和为零,所以零分量i0总是为零;二是d分量id,和q分量iq为直流量。因此,线性控制器有助于实现零稳态误差。图10-9所示的控制策略就是一种可供选择的方法,由于负载侧线电流之和为零,则零分量控制器可省略掉。

坐标变换的三相电压源逆变器电路

    10-9    坐标变换的三相电压源逆变器电路

    10-9所示的控制器包含了一个积分器,即使线电流实际值和参考值相等,也能产生适当的直流输出mdmq。这样保证获得零稳态误差。图中的解耦模块用于消除由dq0变换产生的相互之间的交叉影响,使控制器的参数设计更容易。

   dq0变换要求有很强的乘法运算和三角运算功能。这些运算通过数字微处理器极易实现。当然,也可以使用模拟的方法。


 
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