提高厂矿负载电能利用率的仿真设计.DOC

提高厂矿负载电能利用率的仿真设计徐冬1，方祥2，曾志勇3（安徽理工大学电气学院 淮南 邮编 232001）摘要：由于矿山中的大型负载设备的电能使用效率不高，会造成产生污染供电网的谐波，并且增加成本。从改善负载的功率因数方面，设计一种基于PWM双闭环控制的整流逆变装置，提高负载的功率因数，使得电能的利用率得以提高，从而减小谐波对电网的影响，降低成本，增强企业的竞争力。关键词：功率因数；PWM整流；仿真研究Design on Raising the Efficiency of Factories Electric Equipmentsxudong 1,fangxiang2,zengzhiyong3(Electrical Engineering Department,Anhui University of Science and Technology)Abstract: Now, the efficiency of factories electric equipments is low, to get the cost become high. In this paper, give a design according to PWM double shuts wreath control of AD-DC,DC-AC. Make the efficiency high. Strengthen the competition ability of business enterprise.Keywords：Power-factor; PWM rectifier; simulation study1.引言现代工业系统中,诸如炼钢电弧炉,电气化铁道,矿井提升机,可逆式大型轧钢机等均属于动态变化的非线性快速变化,导致供电电压的波动和闪变,供电电压的波形畸变,功率因数恶化以及不平衡负荷引起三相供电电压的动态不平衡,从而使电网电能质量变坏.并且造成巨大的经济浪费,本文中以矿山中常用的矿井提升机为负载，设计一种使负载的电压电流相位近似保持一致，增加负载从电网中获取的有功功率的比例常数，提高电能的使用效率，降低线损节省生产开支并且改善电网的供电环境。2.三相VSR的基本原理与数学模型2.1三相VSR的拓扑结构电路采用双极性控制方式。a、b、c三相的PWM控制通常会用一个三角载波；三相的正弦调制信号、且其幅值、频率相等，相位依次相差120。三相VSR的拓扑结构如图1所示。图1三相VSR的拓扑结构图2.2三相VSR稳态数学模型一般三相VSR交流侧电感的寄生电阻阻值很小，可以认为。则，三相VSR交流侧单相（a相）下图的等效电路图表示。 图2 VSR交流侧单相等效电路图 图3相量关系图图中： （1） （2） （3）根据图2，它们应满足图3所示的相量关系图。图中，因为相量I与UL垂直，所以有故 （4）根据正弦定理有：得 （5）把（4）代入（5），得 （6）此外，当系统稳定时，还满足静态功率平衡关系，即 （7）其中，把（6）式代入上式，化简为 （8）如果用正弦波脉宽调制（SPWM），忽略高次谐波的影响，系统达到稳态时，与存在如下关系： （9）式中：调制度把式（9）代入（8），经化简得 （10）这样就得到了三相AC-DC电压源型变流器的交流侧稳态数学模型。3.矿井提升机PWM整流逆变系统的设计及仿真3.1控制系统的结构图4三相电压型整流器控制结构图在控制系统中，为了保证整流器的输出电压恒定，采用电压闭环调节，电压的偏差量经比例积分调节器，其输出量表示期望的交流电流的有功分量，图中用表示。根据期望的功率因数角，可得对应的交流电流的无功分量期望值。若期望的功率因数为1，则为零。同时，为了提高交流电流的快速响应，提高功率因数控制的准确性，采用电流闭环调节，即设置了、两个电流环。电流调节器的输出电压为期望的调制电压。为了提高电流的响应速度，设置了前馈控制环节，即由调节器的输出电压和、构成。由调节器的输出电压和构成。在旋转坐标中，根据期望的调制电压在d、q轴上的分量，经反旋转变换，得到静止坐标系中的与其对应的、。变换矩阵为：采用正弦波脉宽调制（SPWM）方法得到六相脉冲，需经过2/3变换，得在a、b、c三轴上的分量。图中将检测到的三相交流电流、电压经过3/2变换和旋转变换，得到其电流电压在旋转坐标中对应的分量。变换矩阵如下：上述变换中所用到的，由图中的锁相环得到。根据提升机的工作状态，整流器应可以工作在整流和逆变两种工况。下面将对整流和逆变两种工况下，整流器的稳态性能进行仿真分析。3.2仿真结果：仿真参数如下：电源交流侧相电压有效值40V；电感5mH；直流侧电容2350F；负载电阻25；直流电压期望值200V；整流器开关频率6KHZ。1整流工况的稳态分析 图5交流侧电压和电流稳态2逆变工况的稳态分析图6交流侧稳态电压和稳态电流据上面各波形，可以得到整流器无论工作整流工况还是逆变工况，系统各方面的稳态性能均能到达带提升机负载的要求。4.结语通过设计一种适合厂矿大型用电设备的改进方法，使得负载的输入输出电压电流的相位得到改善，减小矿山大型机械的谐波产生，提高了负载的用电效率节约能耗，降低成本，使得厂矿的竞争能力得到增强。为将来该类设备的改进具有一定的参考价值。参考文献：1王晓晨.矿井提