基于臺達AFE2000的四象限變頻控制

圖6 控制系統框圖

(2) 電壓控制

PWM整流器的輸出直流電壓基本上取決于交流線(xiàn)電壓和調制深度M，并與調制深度M基本成反比關(guān)系，因此，可以與功率因數分開(kāi)，獨立控制直流電壓。從控制特性上考慮，當直流電壓需要穩定控制時(shí)，必須用到電壓控制環(huán)，由于直流電壓與M成反比關(guān)系，因此，控制電路對電壓控制信號最好具有線(xiàn)性關(guān)系。而且，閉環(huán)控制時(shí)，最好加調制深度限幅電路，使得調制深度不要小于MC。

2.3有功無(wú)功分解控制

了解到三相PWM整流器的控制原理后，在此基礎上進(jìn)行算法的深入研究。通過(guò)控制原理的了解，我們可以發(fā)現，PWM整流器的控制目標是輸入電流和輸出電壓，而輸入電流的控制是整流器控制的關(guān)鍵。輸入電流的控制目標是使電流波形為正弦波且與輸入電壓同相位。

在PWM整流器控制方法上，將三相交流電流變換成d-q坐標系，從而進(jìn)行對電流d、q的分量單獨控制，這樣有功功率和無(wú)功功率的單獨調節將會(huì )十分簡(jiǎn)便。

通過(guò)圖1可列出PWM整流器的三相控制電壓方程：

(1)

采用空間坐標變換方法，將上述方程變換到兩相靜止坐標中，其變換陣為：

(2)

變換方程為：

(3)

再進(jìn)一步由α-β坐標系轉換為d-q坐標系，變換陣為：

(4)

變換方程為：

(5)

經(jīng)過(guò)以上變換后，在同步旋轉坐標系下PWM整流器方程為：

(6)

上式中，usd與usq為d-q坐標系下的電源電壓，ud和uq為d-q坐標系下的橋臂中點(diǎn)控制電壓。再回到三相空間靜止坐標下，取三相輸入電壓usa、usb和usc為：

(7)

則經(jīng)過(guò)同樣坐標變換，在d-q同步坐標系下有：

(8)

將式(8)代入式(6)得：

(9)

由式(9)可見(jiàn)，id,iq之間存在耦合，通常有電壓前饋解耦控制和電流反饋解耦控制兩種，前者雖是一種完全線(xiàn)性化的解耦控制方案，但實(shí)時(shí)性問(wèn)題實(shí)現起來(lái)效果并不好。本文采用電流反饋解耦控制方式實(shí)施方便，控制電路簡(jiǎn)單。

實(shí)際應用中，當電壓環(huán)的采樣頻率遠高于電網(wǎng)電壓的頻率時(shí)，在方程中造成互耦的ωLid和ωLiq對電流調節器性能影響小，忽略這個(gè)因素，這樣將電流控制指令 與反饋電流id,iq比較，其誤差經(jīng)過(guò)PI調節得到電壓給定信號，即：

(10)

將式(1)至式(10)的過(guò)程整合起來(lái)，得到控制框圖如圖7所示：

圖7 PWM整流器矢量變換控制圖

3 臺達AFE2000能量回饋單元

AFE2000是臺達IABU提出的一款與變頻器匹配的能量回饋裝置，AFE2000采用有功無(wú)功電流解耦控制，通過(guò)CLARK-PARK變換達到有功和無(wú)功的解耦控制，從而實(shí)現功率因數調整和能量回饋控制。其外觀(guān)圖如圖8所示。

圖8 AFE-2000外觀(guān)圖

AFE2000將回生能量通過(guò)IGBT逆向回饋至電網(wǎng)，改善了傳統的熱電阻消耗的熱能浪費、維修困難等缺點(diǎn)。兩種模式的狀況對比如圖9所示：

圖9 回生能量消耗方式

通過(guò)圖9可知，能量回饋也分為兩種方式，一種為只進(jìn)行能量回饋，但是無(wú)法實(shí)現功率因數的改善;另一種為進(jìn)行能量回饋，同時(shí)也進(jìn)行功率因數的改善。AFE2000屬于最高層，即可以進(jìn)行能量回饋，同時(shí)也能實(shí)現功率因數的改善，且控制參數簡(jiǎn)便，容易調整。