三相异步电机双PWM驱动控制系统
29页1、光电学院10级 电力电子与电力拖动研究生考试日期:月日印刷份数:份形式开卷闭卷密编号:上海理工大学研究生试题2010 /2011 学年第 二 学期课程名称:电力传动系统驱动与控制技术教师签章:年 月 日教研室主任审查意见:签 章:年 月 日1.试题原稿请于考试前2周送研究生部2.编号栏由研究生部填写。上海理工大学研究生课程试题*共2页第2 页2010/2011学年第二学期考试课程电力传动系统驱动与控制技术学号_姓名得分三相异步电机双PWM驱动控制系统设计与仿真常规功率变换器能实现交流电压幅值、频率和相数的改变,并能改善电能质量,在实际 中得到非常广泛的应用。但常见的功率变换器,由于其整流环节不可控,存在网侧功率因数 低、谐波含量高等缺点,因而限制了它的应用范围。双PWM变换器采用全控型功率开关器 件,并引入PWM控制技术实现对整流部分的控制,能有效地消除变频装置对电网的谐波污 染,提高功率因数,实现再生能量向电网回馈。三相双PWM变频电源可分为PWM整流器和PWM逆变器两部分。本文在双PWM变 换器拓扑结构的基础上,分析了三相PWM整流器结构及其控制方法和三相PWM逆变器结 构及其控制
2、方法。分析了 PWM变换器能运行在整流和逆变状态的原理。PWM整流器采用 双闭环的控制结构,即电压外环和电流内环。PWM逆变器采用电压滞环比较控制方案实现 控制目标。在理论分析的基础上,利用MATLAB simulink建双PWM功率变换器的系统仿 真模型,并进行了系统仿真。仿真结果表明能对PWM整流器输出直流电压和网侧输入交流 电流进行有效控制,使他们的相位基本一致,三相交流输入的功率因数接近1, PWM 逆变 器也能实现逆变输出电压的频率和幅值均可调,并且逆变波形为三相准正弦波。一、引言能源短缺是全球人类所面临的世纪性难题,节能减排也成为我国的基本国策。国家制定了节 能中长期专项规划,为实现规划目标,国家发展和改革委员会启动了“十一五”国家重点 节能工程,电动机系统节能工程是其中之- 1。电动机是电能消耗的最大户,也是节电潜力 最大的用户。据统计,我国电动机总装机容量4亿多千瓦,其年用电量约为15000亿千瓦时, 约占全国总发电量的65%70%2。因此,研究电动机系统的节能问题具有重大的现实意 义和深远的可持续发展意义。电动机系统能耗大、效率低的原因有两个方面。其一是由于大*注:考
3、题全部写在框内,不要超出边界。内容一律用黑色墨水书写或计算机打印,以便复 印。部分电动机系统为直接拖动,造成大量的能源浪费。其二是在牵引、矿井等需要频繁四象限 运行的场合,大量的电动机制动时的再生能量通常被直接消耗掉,在大功率场合同样造成了 能源的极大浪费。随着电力电子技术的不断发展,功率器件的不断更新,控制技术的不断完善,针对第一 个问题,目前越来越多的场合采用PWM(PulseWidt hModulation)逆变器对电机实施调速,能 够有效地改善系统运行效率,极大地节约了能源。然而,大多数的交流调速系统前端整流器 采用二极管整流,对于上述第二个问题束手无策。因此,用PWM逆变器取代二极管整流, 与PWM逆变器一起,构成双PWM变换器,则不但能够解决第一个问题,而且能在负载制 动时将能量直接回馈给电网,实现真正高性能的、高效的电动机系统。二、双PWM变换器基本原理及发展现状21双PWM变换器原理双 PWM 拓扑结构如下图所示图 1.1在双PWM结构,整流桥和逆变桥都采样全控的IGBT管,由于IGBT管的全控性,可 任意控制其关断,这样当出现能量回馈时,能进行快速关断,不会产生过电流
4、,实现交流电 机快速四象限运行。通过PWM整流控制,可以实现整流环节网侧电流正弦化,运行于单位 功率因数,且能实现能量的双向流动。电压型PWM可逆整流器采用全控器件,器件工作在 高频状态,用高速度、高运算能力的 DSP 产生 PWM 控制脉冲,由于开关器件的开通和关 断均是可控的,所以PWM整流器的电流波形也是可控的,其理想状态是交流输入电压和电 流可保持同相位或反相位,即整流时为同相位,逆变时为反相位。此时网侧功率因数近似为 1,输入电流的谐波含量接近零,消除对电网的谐波污染。由于PWM整流器采样直流输出 电,因此还能对直流电压进行调整,在负载变化时,具有较快的响应速度,使直流输出电压 稳定在一定的设定值。因此说采用PWM整流器取代传统交一直一交变频器中不可控整流部 分,不仅克服了上述传统变频器的缺点,还具有网侧电流为正弦波,网侧功率因数近似为1, 较快的动态响应,易于模块化,易于冗余设计和电能双向传输等诸多优点,实现了调速节能 和“绿色环保”的高度结合。2.2 国内外研究现状1964年,德国学者A.Sch?nung和H.Stemmler在BBC评表上发表文章,率先提出 了脉宽调制变
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