基于臺達(dá)AFE2000的四象限變頻控制
圖6 控制系統(tǒng)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電壓和調(diào)制深度M,并與調(diào)制深度M基本成反比關(guān)系,因此,可以與功率因數(shù)分開,獨(dú)立控制直流電壓。從控制特性上考慮,當(dāng)直流電壓需要穩(wěn)定控制時,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性關(guān)系。而且,閉環(huán)控制時,最好加調(diào)制深度限幅電路,使得調(diào)制深度不要小于MC。
2.3有功無功分解控制
了解到三相PWM整流器的控制原理后,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行算法的深入研究。通過控制原理的了解,我們可以發(fā)現(xiàn),PWM整流器的控制目標(biāo)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(biāo)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(biāo)系,從而進(jìn)行對電流d、q的分量單獨(dú)控制,這樣有功功率和無功功率的單獨(dú)調(diào)節(jié)將會十分簡便。
通過圖1可列出PWM整流器的三相控制電壓方程:
(1)
采用空間坐標(biāo)變換方法,將上述方程變換到兩相靜止坐標(biāo)中,其變換陣為:
(2)
變換方程為:
(3)
再進(jìn)一步由α-β坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為d-q坐標(biāo)系,變換陣為:
(4)
變換方程為:
(5)
經(jīng)過以上變換后,在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PWM整流器方程為:
(6)
上式中,usd與usq為d-q坐標(biāo)系下的電源電壓,ud和uq為d-q坐標(biāo)系下的橋臂中點控制電壓。再回到三相空間靜止坐標(biāo)下,取三相輸入電壓usa、usb和usc為:
(7)
則經(jīng)過同樣坐標(biāo)變換,在d-q同步坐標(biāo)系下有:
(8)
將式(8)代入式(6)得:
(9)
由式(9)可見,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性化的解耦控制方案,但實時性問題實現(xiàn)起來效果并不好。本文采用電流反饋解耦控制方式實施方便,控制電路簡單。
實際應(yīng)用中,當(dāng)電壓環(huán)的采樣頻率遠(yuǎn)高于電網(wǎng)電壓的頻率時,在方程中造成互耦的ωLid和ωLiq對電流調(diào)節(jié)器性能影響小,忽略這個因素,這樣將電流控制指令 與反饋電流id,iq比較,其誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)得到電壓給定信號,即:
(10)
將式(1)至式(10)的過程整合起來,得到控制框圖如圖7所示:
圖7 PWM整流器矢量變換控制圖
AFE2000是臺達(dá)IABU提出的一款與變頻器匹配的能量回饋裝置,AFE2000采用有功無功電流解耦控制,通過CLARK-PARK變換達(dá)到有功和無功的解耦控制,從而實現(xiàn)功率因數(shù)調(diào)整和能量回饋控制。其外觀圖如圖8所示。
圖8 AFE-2000外觀圖
AFE2000將回生能量通過IGBT逆向回饋至電網(wǎng),改善了傳統(tǒng)的熱電阻消耗的熱能浪費(fèi)、維修困難等缺點。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,但是無法實現(xiàn)功率因數(shù)的改善;另一種為進(jìn)行能量回饋,同時也進(jìn)行功率因數(shù)的改善。AFE2000屬于最高層,即可以進(jìn)行能量回饋,同時也能實現(xiàn)功率因數(shù)的改善,且控制參數(shù)簡便,容易調(diào)整。
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