基于空间矢量控制的三相PWM整流器设计与仿真

1、基于空间矢量控制的三相整流器设计与仿真马宁丽西安航空职业技术学院电子工程系控制下开通或关断，由于输入电感的滤波作用，忽略三相交流网侧输出电压的谐波，三相可以看作可控的正弦三相电压源。它输出的基波电压矢量与电网电压矢量共同作用于输入电感和交流网侧等效电阻上，产生输入电流矢量，适当调节可控交流电压的幅值和相位，可以获得所需幅值和相位的输入电流，实现单位功率因数整流或逆变。证电流快速跟踪，又要抑制谐波电流。当电流过零时，电流的变化率最大，此时电感应足够小，以满足电流快速跟踪的要求；在正弦波电流峰值处，谐波电流脉动最大，此时电感应该足够大，以满足抑制谐波电流的要求。满足以上电流瞬态跟踪指标时，三相电感

2、参数的范围是：、空间电压矢量控制策略空间矢量控制策略是依据变流器空间电压（电流）矢量切换来控制变流器的一种新颖思路的控制策略。将应用于控制中，主要继承了电压利用率高，动态响应快等优点，本文采用基于固定开关频率的电流控制，即利用同步旋转坐标系（，）中的电流调节器输出的空间电压矢量指令，再采用使的空间电压跟踪电压矢量指令，从而达到电流控制的目的。三相电压型整流器的电流解耦控制如图所示，此控制方案采用电压外环和电流内环的双闭环串级控制结构，物理意思清晰，控制结构简单，控制性能优良，由于电流内环的存在，只要使电流指令限幅，可以使整流器工作于恒流状态，这对半导体功率器件的保护非常有利。、三相电压型整流电

3、路的拓扑及其基本工作原理其中：为电网电动势相电压峰值；为直流侧额定电压值；为交流侧相电流基波峰值；为电网电压角频率；为最大允许谐波电流脉动量；为控制周期。根据公式（）可以计算出三相单位功率因数整流交流侧电感最小取值。设三相系统参数为：网侧电动势相电压有效值为，直流侧电压，负载，最大允许谐波电流脉动量为额定电流的，系统控制频率，则可以通过公式（）求得三相交流侧电感最小值。在实际应用中都是从理论出发，求得系统所需电感的最小值，然后按照一定的余量进行选取。本次仿真取电感值为。交流侧等效电阻的选择一般按来选取，则，本次仿真取。直流侧电容的选取一般而言，从满足直流电压控制的跟随性能指标出发，直流侧电容应

4、尽可能的小，以确保直流侧电压的快速跟踪控制；而从满足直流电压环控制的抗扰性出发，直流侧电容应尽可能大，以抑制负载扰动时的直流电压动态压降。根据直流电压跟随性能指标，可以求得三相直流侧电容的范围为：（）其中：为三相直流侧电压从初始值上升到额定值的最大允许上升时间；为额定直流侧负载电阻。根据直流侧电压的抗扰性指标，图整流器的解耦控制图三相电压型整流器（）工作原理图中的三相电压型整流器（）主电路。由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组成。其中交流回路包括交流电压以及网侧电感和网侧等效电阻；直流回路包括直流电容，负载电阻和负载电压等。在稳态工作时，三相输出直流电压不变，开关器件在、三相电压型整流器系

5、统参数的设计交流侧电感及等效电阻参数的设计在三相系统中，交流侧电感的作用至关重要，其值的大小不仅影响三相电流响应的动、静态性能，并且还制约着三相的输出功率、功率因数以及直流测电压等。电感参数的大小既要保可以求得三相直流侧电容的范围为：其中：为三相直流侧电压最大动态压降；为三相直流侧额定电压值；为三相直流侧电压最大动态压降相对值；为三相额定直流侧负载电阻。根据以上推导，可以计算出三相直流侧电容取值范围。但在实际应用中，式（）和式（）不能同时满足，这时应根据负载的特性以及实际的工作场合对理论值进行合理的选取，最好通过仿真对选取的参数进行验证。本仿真最终选取直流侧电容。调节器参数的设计电压外环的主要

6、作用是控制三相直流侧电压，而电流内环的作用主要是按电压外环输出的电流指令进行电流控制，实现单位功率因数正弦波电流控制。控制器均采用调节器。其传递函数形式为（）电流内环控制系统设计由于两电流内环的对称性，两电流调节器得参数值应该是相同的。当考虑电流内环需获得较快的电流跟随性能时，可按典型型系统设计电流调节器。按典型型系统设计时，参数值如下整个系统实质上是由一个电压环和两个电流环组成的双内环单外环的双环控制结构，电压环不仅控制直流输出电压，并将电压环调节器的输出作为有功电流的给定，无功电流的给定可以直接设为零。在电流电压双环系统中，作为内环的电流环直接决定着整个系统动静态特性的优劣。对系统参数进行

7、设置，具体参数见表。表电流解偶控制算法仿真参数图突减负载时交流侧三相电流波形通过以上仿真结果可以看出：基于空间电压矢量的电流解耦控制算法，使三相在稳态时交流侧电流波形对称且为正弦，相电流与相电压同相位，且直流侧电压稳定，负载突变时，电压有一定波动，但很快在一个周波内跟上给定值。可见系统具有较强的鲁棒性。在暂态过程中，电流具有快速的跟随性能，系统暂态过渡时间短。在负载突变发生时，都能保持电流波形正弦，并且保持高功率因数运行。三相的基于空间电压矢量的电流解偶控制，直流侧电压更稳定，纹波更小，功率因数较高。三相可运行在单位功率因数整流状态亦可运行在单位功率因数逆变状态。设置好参数后可对系统进行仿真，仿真中电压、电流以及时间皆采用国际单位。仿真波形如下。式中为三相桥等效增益。电流内环按典型型系统设计时，虽然电流控制具有较好的跟随性能，但系统抗扰动能力较差。电压外环控制系统设计电压外环控制的目的是为了稳定直流侧电压。综合考虑电压外环控制系统的抗扰性及跟随性，计算得电压环调节器参数为：图突增负载时交流侧电压电流波形与直