摘要：在建立三相PWM整流器的非線性數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)PI控制難以達到良好的控制效果的問題，采用電壓外環(huán)為滑模變結(jié)構(gòu)控制，電流內(nèi)環(huán)為前饋解耦控制的方法，并且以DSP為主控芯片搭建實驗樣機，為降低開關(guān)損耗，采取五段式空間矢量調(diào)制，實驗結(jié)果驗證了控制策略的可行性和優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：整流器；滑?？刂?/strong>；前饋解耦；空間矢量調(diào)制
1 引言
三相PWM整流器具有四象限運行，功率因數(shù)高，輸入電流諧波含量小等優(yōu)點，符合“綠色能源”的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前多采用雙環(huán)PI控制策略，但由于系統(tǒng)的非線性和強耦合性，很難達到良好的控制效果。滑模變結(jié)構(gòu)控制具有自適應(yīng)性，動態(tài)響應(yīng)快，快穩(wěn)定范圍等優(yōu)點，特別適合電力電子系統(tǒng)的開關(guān)控制。針對此，這里采用電壓外環(huán)滑?？刂撇呗?，電流內(nèi)環(huán)采用傳統(tǒng)的前饋解耦策略，實驗結(jié)果證明這種混合控制具有較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)用前景良好。
2 PWM整流器的數(shù)學模型
三相電壓型PWM整流器的主拓撲如圖1所示。ua，ub，uc為三相輸入交流電，L，R為輸入電感和電路等效內(nèi)阻，C為輸出側(cè)直流電容，RL為負載，定義開關(guān)函數(shù)：
可得到其狀態(tài)方程為：
通過坐標變換則可以得其d，q旋轉(zhuǎn)坐標系數(shù)學模型為：
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3 滑模電壓控制
滑模控制迫使系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡沿著設(shè)計好的滑模面運動到平衡點，系統(tǒng)一旦進入滑動模態(tài)，在一定條件下對外界干擾及參數(shù)擾動具有不變性，從而具有比魯棒性更加優(yōu)越的完全自適應(yīng)性，具有抗擾性強，動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點。選取狀態(tài)變量偏差ev=Uref-Udc，Uref為電壓給定量，則滑模面為：
在三相平衡系統(tǒng)中，單位功率因數(shù)若要實現(xiàn)，則穩(wěn)態(tài)時，iq=uq=diq／dt=0，則Sq=-ωLid／Udc，在穩(wěn)態(tài)條件下id為直流量，可令Lid ／dt=0，得Sd=-(ud-Rid)／Udc，等功率坐標變換下，Ums為輸入交流電相電壓的有效值。又直流電壓給定為恒定值，則dUref／dt=0，將Sd，ud代入式(5)化簡得：
4 電流環(huán)前饋解耦控制
由式(3)可知：
可見，為了達到d，q軸解耦的目的，單位功率因數(shù)運行時，iqref=0。[!--empirenews.page--]
5 五段式空間矢量調(diào)制方式
對于理想的三相正弦電壓，電壓空間矢量定義為U=ua+aub+a2uc，其中。
三相VSR的空間矢量共有8條．其中2條為零矢量，其分布如圖2所示，對于任意給定參考電壓矢量，均可由這8條矢量合成，傳統(tǒng)合成方式是在開始、結(jié)束和中間穿插U0和U7，每個開關(guān)周期每個開關(guān)均有一次開關(guān)動作。這里采取在一個開關(guān)周期內(nèi)保持一開關(guān)不動作，僅有兩個開關(guān)管動作，即零矢量只用U0或U7，這樣開關(guān)頻率降低為傳統(tǒng)方式的2／3。圖中，在任意一扇區(qū)內(nèi)均有一開關(guān)管保持不變，有效地降低了開關(guān)的損耗。
6 實驗結(jié)果
搭建實驗平臺，控制芯片為TMS320F2812，主電路電感選取4 mH，電容為兩個4700μF串聯(lián)，IGBT選用CM150DY-24H型IGBT橋臂模塊，最大電壓為1200 V，最大通態(tài)電流為150 A，開關(guān)頻率設(shè)置為15 kHz，直流輸出電壓650 V，帶30 Ω純電阻負載，額定功率在14 kW。根據(jù)電路參數(shù)設(shè)計了電壓電流雙環(huán)控制參數(shù)，采取五段式空間矢量調(diào)制方式，有效地降低了開關(guān)損耗。圖3a為額定功率下a相電壓電流波形，功率因數(shù)接近于1，圖3b分別示出由空載到帶載時，帶載時由不控到可控和空載時由不控到可控的Udc和ia波形。
7 結(jié)論
實驗結(jié)果表明樣機功率因數(shù)接近于1，額定功率時諧波含量為2％，滑?？刂?/strong>響應(yīng)速度快且無明顯超調(diào)，在負載擾動時，電壓無明顯波動，電流響應(yīng)好，驗證了控制思想的正確性和優(yōu)越性。采取五段式空間矢量調(diào)制，明顯降低了開關(guān)損耗，提高了效率，在中大功率應(yīng)用場合具有一定的發(fā)展前景。
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