PTS-系列之PEK-100系列教學(xué)

PEK-130模塊之

三相獨(dú)立逆變器

PEK-130

三相逆變器模組

簡(jiǎn) 述：

三相獨(dú)立式逆變器的常見控制方式為PI雙閉環(huán)控制。由于PI對(duì)交流量無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差追蹤，因此，需要將被控量進(jìn)行坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換為對(duì)直流量的控制并且便于解耦合。考慮到逆變器對(duì)不平衡帶載時(shí)的電壓調(diào)整率，通常在電壓環(huán)增加一個(gè)電壓有效值環(huán)路。

三相三線式逆變器控制方法模型推導(dǎo)

三相三線式的逆變器電路如圖二所示，其中n為電壓中性點(diǎn)。傳統(tǒng)的控制方法為采用雙回路電感電流控制即如圖二所示。

三相逆變器原理圖

由逆變器電路可得：

由于三線式電路滿足：

故：

逆變器最常采用的開關(guān)方式為三相正弦PWM，三相各臂使用相移120度的控制電壓分別與三角波比較獲得開關(guān)管的觸發(fā)信號(hào)。各臂的輸出電壓可表示為：

其中Vtm為三角波的振幅。

軸變換：

根據(jù)推導(dǎo)三相SPWM控制電壓與各相電流的關(guān)系可知，各相電流控制不僅受該相控制電壓決定，也受其他相控制電壓影響，同時(shí)各相電流也未解耦合，因此如果直接在abc靜止坐標(biāo)系上設(shè)計(jì)控制器，在三相不平衡負(fù)載條件下，各相間將相互影響，控制的性能將受到影響。為了解決這一問題，一般常用的方法是利用坐標(biāo)軸變換的方法將其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行解耦。如圖三所示的abc為三相靜止坐標(biāo)系，可用以表示三相逆變器的相電壓和相電流等變量，而α和β是兩相靜止坐標(biāo)系，可以將三相各相差120°的交流量轉(zhuǎn)換為兩相各差90°的交流量。在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下可將三相交流量轉(zhuǎn)換為兩軸直流量。

坐標(biāo)變換示意圖

三相靜止坐標(biāo)系到dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換公式為：

將電流電壓方程進(jìn)行坐標(biāo)變換，

控制器設(shè)計(jì)：

　根據(jù)坐標(biāo)變換后的電流方程可得電流環(huán)的控制框圖如圖四所示。由圖四可知，d、q軸分量之間存在耦合，可以通過前饋補(bǔ)償?shù)姆绞较藬_動(dòng)。根據(jù)該流程框圖可以設(shè)計(jì)電流環(huán)控制器為Kp、PI或者二型控制器。

電流環(huán)d軸控制框圖

電流環(huán)q軸控制框圖

電壓環(huán)控制流程框圖如圖五所示。假設(shè)電流環(huán)的帶寬高于電壓環(huán)四倍以上，則電流環(huán)的響應(yīng)在分析電壓環(huán)時(shí)可看作1。電壓環(huán)的設(shè)計(jì)與電流環(huán)類似，同樣可以通過前饋補(bǔ)償來(lái)抵消擾動(dòng)。

電壓環(huán)d軸控制框圖

電壓環(huán)q軸控制框圖

為了獲得良好的電壓調(diào)整率，且在三相負(fù)載不平衡下也能獲得三相電壓平衡，則各個(gè)線電壓必須能夠分別調(diào)整RMS值。本文提出電壓均方根值控制器如圖六所示，其分別計(jì)算三相輸出線電壓的均方根值，再與均方根值的給定比較及經(jīng)過補(bǔ)償器調(diào)整后產(chǎn)生一振幅修正信號(hào)，加上原來(lái)線電壓的振幅給定值，得到最終的線電壓振幅值。

電壓均方根值控制框圖

仿真結(jié)果：

在psim環(huán)境下搭建的仿真圖如圖七所示，其中輸入為直流電壓100V，輸出相電壓有效值為40V，負(fù)載為三相不平衡負(fù)載（A：28.9*28.9/100Ω、B：28.9*28.9/100Ω、C：28.9*28.9/50Ω）。

三相獨(dú)立逆變器仿真電路圖

輸出電壓（衰減倍數(shù)0.01）和負(fù)載電流（衰減倍數(shù)1/3.375）如圖八所示：