內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)使用PWM整流器的方法研究

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第24卷第2期電力科學(xué)與工程Vo1．24．No．2Mar．．200892008年3月ElectricPowerScienceandEngineering內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)使用PWM整流器的方法研究馬長(zhǎng)嘯，王艾萌，石新春(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北保定071003)摘要：對(duì)斬波式內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)低的問(wèn)題進(jìn)行分析。將PWM整流器引入內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，代替原有的晶閘管逆變部分，使逆變側(cè)工作在負(fù)阻或容性狀態(tài)，從而提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。介紹了采用

2、PWM整流技術(shù)的內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)及其控制策略，最后給出了仿真結(jié)果和相應(yīng)的結(jié)論。關(guān)鍵詞：串級(jí)調(diào)速；PWM整流器；功率因數(shù)中圖分類(lèi)號(hào)：TM93文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A變流系統(tǒng)將該電勢(shì)串入電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，改變其串0引言入電勢(shì)的大小即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。普通串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是通過(guò)改變逆變角來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但隨著逆變角的增電氣傳動(dòng)在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)中占有很大的大，系統(tǒng)的無(wú)功功率增加，功率因數(shù)降低，為此提比重，特別是風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)這些負(fù)載的消耗占能源消出了斬波式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。原理圖如圖1。耗的比重很大，因此風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)的節(jié)能問(wèn)題是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中的主

3、要問(wèn)題之一。采用晶閘管實(shí)現(xiàn)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)節(jié)能的有效手段。這種調(diào)速方法與變頻調(diào)速相比具有性能良好、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速，而且節(jié)約電能20％～40％左右。但是功率因數(shù)比較低是傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)突出的缺點(diǎn)，高速滿(mǎn)載的情況下約為0．6，低速時(shí)約為0．4，對(duì)能源造成了很大的圖1串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖浪費(fèi)，并對(duì)電網(wǎng)造成很大的污染，影響了它的推廣整流橋輸出電壓為：-2．34sE2o應(yīng)用。由此，本文提出了新型的串級(jí)調(diào)速方案，即逆變器輸出電壓為：=2．34cos用PWM整流器代替晶閘管逆變，

4、從而提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式：功率因數(shù)。=竿1斬波式內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分析所以：，z=，zo【1--Uncosfl。(T-r))式中為調(diào)節(jié)繞組相電壓，r為斬波器的占空比。內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速以繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串附因此控制占空比就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。加電勢(shì)進(jìn)行調(diào)速的理論為基礎(chǔ)，其調(diào)速電機(jī)在定子上增設(shè)了一套三相對(duì)稱(chēng)繞組，稱(chēng)為調(diào)節(jié)繞組，而原2功率因數(shù)分析來(lái)的定子繞組成為主繞組。附加電勢(shì)就是由調(diào)節(jié)繞組從主繞組感應(yīng)過(guò)來(lái)的電勢(shì)所提供的。通過(guò)可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)可以表示為收稿日期：2007-10-1

5、2．作者簡(jiǎn)介：馬長(zhǎng)嘯(1982一)，男，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院碩士研究生維普資訊http://www.cqvip.com10電力科學(xué)與工程2008定DD∞夯韌)式中P-為電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)中吸收的有功功率；P為回C0·C饋到電網(wǎng)的有功功率；Q為電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收的感性無(wú)功功率；Qr為逆變器從電網(wǎng)吸收的感性無(wú)功功率。圖3純電感特性運(yùn)行圖4正阻特性運(yùn)行由(1)式可以看出，應(yīng)用斬波器的內(nèi)反饋串DID級(jí)調(diào)速系統(tǒng)雖然固定了逆變角，但由于需要留有l(wèi)裕度，一般為30。，這樣逆變側(cè)還會(huì)吸收大量的C0-C感性無(wú)功功率。而且當(dāng)

6、電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，增大，系統(tǒng)功率因數(shù)會(huì)進(jìn)一步的降低。圖5純電容特性運(yùn)行圖6負(fù)阻特性運(yùn)行3PWM整流內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分析因此，在保證直流側(cè)輸出電壓為恒定的情況下，就可以使交流側(cè)輸入電流和交流側(cè)電壓呈負(fù)阻將PWM整流器應(yīng)用到內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)特性或容性，即使Q產(chǎn)0或Q『=一Q，從而提高系統(tǒng)中，代替晶閘管逆變器，可以得到新型串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，如圖2。的功率因數(shù)。4PWM整流器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三相PWM整流器交流側(cè)均為時(shí)變交流量，不利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此引進(jìn)電機(jī)矢量控制的思想，通過(guò)坐標(biāo)變換將a，b，c坐標(biāo)系統(tǒng)換成以電網(wǎng)基

7、波頻率同步旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)系d，q來(lái)解耦。這圖2PwM整流式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖樣，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，a，b，c軸中的基波正弦變量轉(zhuǎn)化為d，q軸中的直流變量，簡(jiǎn)化了控制PWM整流器是一種交、直流側(cè)可控的四象限系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中，d，q軸中的g軸與電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)運(yùn)行的變流裝置。當(dāng)以電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量為參考時(shí)，矢量重合，則電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量d軸分量P0。其通過(guò)控制交流電壓矢量即可實(shí)現(xiàn)PWM整流器中g(shù)軸分量表示有功分量參考軸，d軸分量表示無(wú)的四象限運(yùn)行。若假設(shè)l不便，因此lvLl=o~tltl也功分量參考軸。固定不變，在這種情況下

8、，PWM整流器交流電壓三相PWM整流器由模型可描述為矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)成了一個(gè)以ll為半徑的圓。(2)當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)位于圓軌跡點(diǎn)時(shí)，電流矢量J[J[Lpco+LRL-po+RL][II]+[VqJ比電動(dòng)勢(shì)矢量JE『滯后90。，此時(shí)PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈純電感特性，如圖3所示；當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)丟(+Vqiq)=運(yùn)動(dòng)至圓軌跡點(diǎn)時(shí)，電流矢量J與電動(dòng)勢(shì)矢量JE『式中e由eq為電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量的d，q分量；平行且同向，此時(shí)PWM整