一種無過渡過程的PWM 整流器間接電流控制

王 森，張謝天，萬 鵬

（1. 海軍裝備部駐上海地區(qū)第一軍事代表室, 上海 201913；2. 上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

傳統(tǒng)PWM 間接電流控制為輸入電流開環(huán)控制，由于沒有輸入電流反饋，PWM 整流器的動態(tài)響應(yīng)慢，表現(xiàn)為輸入電流暫態(tài)過程存在明顯的直流偏置，也導(dǎo)致PWM 整流器穩(wěn)定性差。本文提出一種基于零極點(diǎn)對消的無過渡過程的PWM整流器間接電流控制方法，能明顯消除PWM 整流器暫態(tài)過程的直流偏置，提高了PWM 整流器 的動態(tài)性能和穩(wěn)定性[1-2]。

1 間接電流控制原理

基于間接電流控制的PWM 整流器數(shù)學(xué)模型如圖1 所示，圖1a)為PWM 整流器的等效物理模型，圖1b)為dq 坐標(biāo)系下PWM 整流器空間矢量圖，SU→為網(wǎng)側(cè)電壓矢量，mU→為整流橋側(cè)電壓矢量，I→為三相輸入電流矢量[3]。

4 仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于零極點(diǎn)對消的無過渡過程的間接電流控制效果，對加補(bǔ)償器前與加補(bǔ)償器后的2種控制方式進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)。圖4a)為不加補(bǔ)償器基于整流器穩(wěn)態(tài)方程的間接電流控制的直流母線電壓、A 相交流輸入電壓和A 相交流輸入電流仿真波形，圖4b)為加入補(bǔ)償器的無過渡過程的間接電流控制相應(yīng)的仿真波形。

圖4 2 種間接電流控制仿真波形

仿真條件為模擬負(fù)載從空載切換至75%額定負(fù)載，圖4a)仿真波形顯示整流器的輸入電流存在明顯的直流偏置和較大的超調(diào)，且過渡過程有7個正弦波周期，直流母線電壓振蕩明顯，且有將近70 V 的跌落。圖4b)基于零極點(diǎn)對消的間接電流控制的三相交流輸入電流沒有暫態(tài)過程，沒有直流偏置和超調(diào)，且直流母線電壓只有30 V 的跌落，比傳統(tǒng)間接電流控制的動態(tài)性能有明顯改善， 說明基于零極點(diǎn)對消的間接電流控制能有效地改善電流的動態(tài)響應(yīng)，由于輸入電流和直流母線電壓沒有振蕩，從而也明顯提高了整流器的穩(wěn)定性。

同時在工程樣機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證如圖5 所示。對比圖4 和圖5，實(shí)驗(yàn)波形與仿真波形基本一致，從圖5a)可以看出，采用傳統(tǒng)間接電流控制的整流器三相輸入電流暫態(tài)過程明顯，存在明顯的直流偏置，且振蕩了將近4 個正弦波周期才趨于穩(wěn)定，基于零極點(diǎn)對消的間接電流控制則極大改善了電流的動態(tài)響應(yīng)，三相輸入電流幾乎沒有暫態(tài)過程，電流暫態(tài)過程幾乎沒有直流偏置。說明基于零極點(diǎn)對消的間接電流控制對改善電流的動態(tài)響應(yīng)和提高整流器的穩(wěn)定性是有效的。

圖5 2 種間接電流控制實(shí)驗(yàn)波形

5 結(jié)論

為提高采用間接電流控制的PWM 整流器的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性，本文提出了基于零極點(diǎn)對消的間接電流控制方案，在電流控制環(huán)路中引入一時間常數(shù)Tc為的一階小慣性環(huán)節(jié)，與控制對象的感抗大慣性極點(diǎn)對消，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明采用零極點(diǎn)對消的間接電流控制極大地加快了PWM整流器的電流動態(tài)響應(yīng)，過渡過程無超調(diào)且震蕩小。