CN107645241A - 一种无谐波智能变频控制器及控制方法 - Google Patents

一种无谐波智能变频控制器及控制方法 Download PDF

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李文斌
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Abstract

本发明公开了一种无谐波智能变频控制器及控制方法，涉及变频器技术领域。主要包括隔离变压器、可控硅软启动器、交流测电感、功率变换桥路、直流侧滤波电容和控制系统；控制系统包括DSP处理器、单片机处理器、缺相检测电路、软启动电路、驱动保护电路、交流测采样电路和直流侧采样电路；通过在三相静止坐标系中建立三相电压型PWM整流器的数学模型，通过坐标转换,推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型；在两相同步旋转坐标系下的PI调节电流控制,将实际电流与给定电流的差值作为PI调节器的输入量,通过PI调节器得到整流器交流侧的指令电压矢量,从而控制功率管的导通,实现系统的稳定运行，提高了系统的运行效率。

Description

一种无谐波智能变频控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及变频器技术领域，尤其涉及一种无谐波智能变频控制器的控制方法。
背景技术
变频器自20世纪60年代左右问世，到20世纪80年代在主要工业化国家已经得到广泛应用，行业内知名企业主要包括瑞士ABB、德国SIEMENS、日本安川、日本三菱、美国艾默生等。
变频器最初的使用并不是为了节能，而是交流传动代替直流传动，并满足过程化控制的要求。随着自动化、电力电子等技术的发展，变频器作为电机调速节能关键设备，改变了普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无需任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗，达到系统高效运行的目的。
目前，一般变频器的节电率在20％～30％左右，最高甚至可超过50％，变频器的节能效果与应用环境的工况参数十分相关。电动机运行工况的参数设置是否合理、所带负载的变化特性，以及设备最初的调节、调速方式均可以直接影响变频器的节电效果着变频技术的高速发展与产品功能的拓展，变频器在水泥、电梯、印刷、电力等现代化产业以及医学、通讯、交通、运输、电力、电子、环保等领域得到空前的发展和应用，几乎国民经济各行各业都与变频器密不可分。据统计，我国仅待调速节能的风机就有4000万台，耗电约1500亿kWh，节能潜力达450kWh/年；我国电网总容量为3亿kW，电机年耗用量约为86724亿kWh，其中高压电机占50％-60％，这是一个庞大的市场。
变频器的整流环节是变频器的重要组成部分，整流装置在使用时会产生大量的谐波和无功功率，主要表现在以下几个方面：
1)谐波造成电网设备和传输线路的附加损耗；
2)谐波电流会导致用户端的电压波形产生严重畸变,会引起电气设备故障及电容器、电缆等设备的绝缘老化；
3)谐波会对电力设备附近的电子和通信设备造成千扰,降低通信质量,或引起通信系统紊乱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无谐波智能变频控制器，通过插入电抗器，减少脉冲状的电流波形的峰值，从而改善电流波形；采用PWM控制方式的整流电路，有效地防止通用变频器在使用中对其它自动化设备的传导和辐射干扰；采用了DSP+单片机的双处理器，实现了控制系统的核心算法处理，隔离变压器的使用，有效的切断了输入侧的谐波电流，通过可控硅软启动器保证了直流侧电压的稳定及稳定启动PWM控制，使整流器平稳的进入正常的工作状态。
为解决技术问题还提供了一种无谐波智能变频控制器的控制方法，该方法是通过在三相静止坐标系中建立三相电压型PWM整流器的数学模型，并通过坐标转换,推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型；通过在两相同步旋转坐标系下的PI调节电流控制,将实际电流与给定电流的差值作为PI调节器的输入量,通过PI调节器得到整流器交流侧的指令电压矢量,从而控制功率管的导通,实现系统的稳定运行，提高了系统的运行效率；并且通过PI调节可实现无静差调节,系统具有良好的动静态性能,并且可以实现电流解稱,简化了电流控制。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种无谐波智能变频控制器，主要包括隔离变压器、可控硅软启动器、交流测电感、功率变换桥路、直流侧滤波电容和控制系统；所述控制系统包括DSP处理器、单片机处理器、缺相检测电路、软启动电路、驱动保护电路、交流测采样电路和直流侧采样电路，所述DSP处理器用于实现控制系统的算法处理并与单片机处理器交互连接，所述交流测采样电路和直流侧采样电路分别采集交流测和直流侧的电压、电流信号并传送至DSP处理器进行运算处理，将处理后的信号传送至驱动保护电路进而驱动功率变化桥路动作，所述单片机处理器用于软启动控制、保护控制并分别与缺相检测电路、软启动电路和直流侧采样电路交互连接。
进一步优化的技术方案为智能变频控制器的输入端和输出端分别串接有相适配的电抗器。
进一步优化的技术方案为所述DSP处理器采用型号为TMS320F240的芯片。
进一步优化的技术方案为所述可控硅软启动器采用双向反并联可控硅模块，芯片型号为BHC6M三相通用可控硅。
一种无谐波智能变频控制器的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
1)采用三相电压型PWM整流器，根据基尔霍夫电压、电流定律，建立三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系中的数学模型；
2)通过坐标转换，推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型；
3)通过同步电路检测得到ωt值与ia和ib的检测值进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换，并计算出电流在两相同步旋转坐标系中的分量id和iq；
4)对两相同步旋转坐标系d、q分量进行前馈解耦，计算得出交流侧的电压、电流表达式；
5)通过PI调节器得到直流侧电流指令值id*和交流侧电压d、q轴给定值；
6)最后通过SWPWM发生器变换得到功率变换桥路的开关信号Sa、Sb、Sc。
进一步优化的技术方案为所述步骤1)中的建立三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系中的数学模型，具体为，
进一步优化的技术方案为所述步骤2)推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型，具体步骤为：
A、从三相静止坐标系(a，b，c)到静止坐标系(α，β)的变换C3S/2S为：
B、从两相静止坐标系变换到三相静止坐标系的变换C2S/3S为：
C、假设两相同步旋转坐标系(d，q)的d轴在初始时刻与α轴重合，则两相静止坐标系(α，β)到两相同步旋转坐标系(d，q)的变换为：
上式(4)中的C2S/2r为两相静止坐标系到两相旋转坐标系的Park变换矩阵为：
D、对上式(5)求导得到坐标系中电流的关系为：
E、通过Clark变换矩阵将上式(6)变换到两相静止坐标系(α，β)中，其矩阵形式为：
上式(7)中可得出，当直流侧电压恒定不变时，三相电压型PWM整流器在两相静止坐标系中的交流测电流(iα，iβ)实现解耦；得到的电压和电流为正弦变量；
F、通过Park变换矩阵，将上式(7)变换到两相同步旋转坐标系(d，q)中，其矩阵形式为：
从上式(8)中可得出，通过变换得到的两相同步旋转坐标系(d，q)中的电压、电流量为直流量。
进一步优化的技术方案为所述步骤4)中对两相同步旋转坐标系d、q分量进行前馈解耦，所述前馈解耦的具体步骤为：
A、由式(8)可得三相电压型PWM整流器在两相同步旋转坐标系中的交流侧电压、电流表达式为：
上式(9)中，ud，uq分别为交流侧电压的d轴分量和q轴分量，则：
B、通过PI调节器调节，由电流的实际值与给定值调节得到：
C、将式(10)和式(11)代入式(9)中，可得到电流完全解耦的线性模型为：
进一步优化的技术方案为所述步骤6)中的通过SWPWM发生器变换得到功率变换桥路的开关信号Sa、Sb、Sc，主要步骤为：
首先，在两相同步旋转坐标系中,定义电网电压矢量与d轴同相,要实现单位功率因数运行,则交流侧电流矢量需要跟踪电网电压矢量,因此交流侧电流矢量只含有d轴分量,其q轴分量为零；
其次，对PI调节器进行调节，当单位功率因数运行时，交流侧电流与电网电压同相，计算式为：
直流侧电流Idc与交流侧电流ia，ib，ic的关系可由开关函数Sa、Sb、Sc表示：
idc＝Saia+Sbib+Scic (14)
当系统的控制开关频率足够高时，只考虑开关函数的低频分量，则为：
上式(15)中，θ为初始相位角,m为调制比(m≤1)。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过插入电抗器，减少脉冲状的电流波形的峰值，从而改善电流波形；采用PWM控制方式的整流电路，有效地防止通用变频器在使用中对其它自动化设备的传导和辐射干扰；采用了DSP+单片机的双处理器，实现了控制系统的核心算法处理，隔离变压器的使用，有效的切断了输入侧的谐波电流，通过可控硅软启动器保证了直流侧电压的稳定及稳定启动PWM控制，使整流器平稳的进入正常的工作状态。同时采用TMS320F240芯片的DSP处理器保证了控制系统在计算速度、信息容量存储灯方面的性能，独立的程序和数据空间使其具有高速的数据运算能力。
通过在三相静止坐标系中建立三相电压型PWM整流器的数学模型，并通过坐标转换,推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型；通过在两相同步旋转坐标系下的PI调节电流控制,将实际电流与给定电流的差值作为PI调节器的输入量,通过PI调节器得到整流器交流侧的指令电压矢量,从而控制功率管的导通,实现系统的稳定运行，提高了系统的运行效率；并且通过PI调节可实现无静差调节,系统具有良好的动静态性能,并且可以实现电流解稱,简化了电流控制。
附图说明
图1是本发明硬件结构框图；
图2是本发明控制原理框图；
图3是本发明实施例仿真空载时A相交流侧电流和直流侧输出电压波形图；
图4是本发明实施例仿真额定负载时A相交流侧电流和直流侧输出电压波形图；
图5是本发明实施例仿真额定负载A相电压和电流的波形图；
图6是本发明实施例仿真A相交流侧电流谐波含量测量结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明公开了一种无谐波智能变频控制器，主要包括隔离变压器、可控硅软启动器、交流测电感、功率变换桥路、直流侧滤波电容和控制系统；所述控制系统包括DSP处理器、单片机处理器、缺相检测电路、软启动电路、驱动保护电路、交流测采样电路和直流侧采样电路，所述DSP处理器用于实现控制系统的算法处理并与单片机处理器交互连接，所述交流测采样电路和直流侧采样电路分别采集交流测和直流侧的电压、电流信号并传送至DSP处理器进行运算处理，将处理后的信号传送至驱动保护电路进而驱动功率变化桥路动作，所述单片机处理器用于软启动控制、保护控制并分别与缺相检测电路、软启动电路和直流侧采样电路交互连接。
进一步优化的实施例为智能变频控制器的输入端和输出端分别串接有相适配的电抗器,吸收谐波和增大电源或负载的阻抗，达到抑制谐波的目的，以减少传输过程中的电磁辐射。通过抑制谐波电流，将功率因数由原来的0.5～0.6提高至0.75～0.85。
进一步优化的实施例为所述DSP处理器采用型号为TMS320F240的芯片；它是美国TI公司专为电机控制而推出的一种16位定点数字信号处理器，工作时钟为20mhz，一个指令周期为50ns。它集成DSP的高速信号处理能力和适应于电机控制的外围电路于一体。
进一步优化的实施例为所述可控硅软启动器采用双向反并联可控硅模块，芯片型号为BHC6M三相通用可控硅,BHC6M型三相交流调压与全控整流通用型可控桂触发板是移相型的电力控制器,其核心部件采用国外生产的高性能、高可靠性的军品级可控桂触发专用集成电路,输出触发脉冲具有极高的对称性及稳定性,且不随环境温度变化。软启动器电路可以使PWM整流器在正常工作前,母线电压上升到一定值,在此基础上启动整流器,可以使直流母线电压平缓上升,不会出现较大冲击,有效保护了功率器件。
如图2所示，本发明公开了一种无谐波智能变频控制器的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
1)采用三相电压型PWM整流器，根据基尔霍夫电压、电流定律，建立三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系中的数学模型；
2)通过坐标转换，推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型；
3)通过同步电路检测得到ωt值与ia和ib的检测值进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换，并计算出电流在两相同步旋转坐标系中的分量id和iq；
4)对两相同步旋转坐标系d、q分量进行前馈解耦，计算得出交流侧的电压、电流表达式；
5)通过PI调节器得到直流侧电流指令值id*和交流侧电压d、q轴给定值；
6)最后通过SWPWM发生器变换得到功率变换桥路的开关信号Sa、Sb、Sc。
进一步优化的实施例为所述步骤1)中的建立三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系中的数学模型，具体为，
进一步优化的技术方案为所述步骤2)推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型，具体步骤为：
A、从三相静止坐标系(a，b，c)到静止坐标系(α，β)的变换C3S/2S为：
B、从两相静止坐标系变换到三相静止坐标系的变换C2S/3S为：
C、假设两相同步旋转坐标系(d，q)的d轴在初始时刻与α轴重合，则两相静止坐标系(α，β)到两相同步旋转坐标系(d，q)的变换为：
上式(4)中的C2S/2r为两相静止坐标系到两相旋转坐标系的Park变换矩阵为：
D、对上式(5)求导得到坐标系中电流的关系为：
E、通过Clark变换矩阵将上式(6)变换到两相静止坐标系(α，β)中，其矩阵形式为：
上式(7)中可得出，当直流侧电压恒定不变时，三相电压型PWM整流器在两相静止坐标系中的交流测电流(iα，iβ)实现解耦；得到的电压和电流为正弦变量；
F、通过Park变换矩阵，将上式(7)变换到两相同步旋转坐标系(d，q)中，其矩阵形式为：
从上式(8)中可得出，通过变换得到的两相同步旋转坐标系(d，q)中的电压、电流量为直流量。
进一步优化的实施例为所述步骤4)中对两相同步旋转坐标系d、q分量进行前馈解耦，所述前馈解耦的具体步骤为：
A、由式(8)可得三相电压型PWM整流器在两相同步旋转坐标系中的交流侧电压、电流表达式为：
上式(9)中，ud，uq分别为交流侧电压的d轴分量和q轴分量，则：
B、通过PI调节器调节，由电流的实际值与给定值调节得到：
C、将式(10)和式(11)代入式(9)中，可得到电流完全解耦的线性模型为：
进一步优化的实施例为所述步骤6)中的通过SWPWM发生器变换得到功率变换桥路的开关信号Sa、Sb、Sc，主要步骤为：
首先，在两相同步旋转坐标系中,定义电网电压矢量与d轴同相,要实现单位功率因数运行,则交流侧电流矢量需要跟踪电网电压矢量,因此交流侧电流矢量只含有d轴分量,其q轴分量为零；
其次，对PI调节器进行调节，当单位功率因数运行时，交流侧电流与电网电压同相，计算式为：
直流侧电流Idc与交流侧电流ia，ib，ic的关系可由开关函数Sa、Sb、Sc表示：
idc＝Saia+Sbib+Scic (14)
当系统的控制开关频率足够高时，只考虑开关函数的低频分量，则为：
上式(15)中，θ为初始相位角,m为调制比(m≤1)。
在MATLAB/SIMULINK环境下建立了三相电压型PWM整流器的仿真模型；仿真参数为：三相电网电源380V/50HZ,交流侧电感L＝5mH,线路等效电阻＝0.5Ω,直流侧电容C＝4700uf,直流侧负载RL＝20Ω/10Ω,直流侧电压Vdc＝600V,控制频率fs＝10kHz电压外环PI参数为Kp＝0.5,Ki＝10.7；电流内环的PI参数为Kp＝60,Ki＝100。
从稳态仿真结果可以看到,(参照图3至图6)三相电压型PWM整流器工作在整流状态时,无论是空载还是额定负载情况下,直流侧输出电压稳定工作在给定电压600V,交流侧电流为正弦波,且与电压同相位,功率因数接近1,谐波含量THD＝1.98％。

Claims (9)

1.一种无谐波智能变频控制器，其特征在于：主要包括隔离变压器、可控硅软启动器、交流测电感、功率变换桥路、直流侧滤波电容和控制系统；所述控制系统包括DSP处理器、单片机处理器、缺相检测电路、软启动电路、驱动保护电路、交流测采样电路和直流侧采样电路，所述DSP处理器用于实现控制系统的算法处理并与单片机处理器交互连接，所述交流测采样电路和直流侧采样电路分别采集交流测和直流侧的电压、电流信号并传送至DSP处理器进行运算处理，将处理后的信号传送至驱动保护电路进而驱动功率变化桥路动作，所述单片机处理器用于软启动控制、保护控制并分别与缺相检测电路、软启动电路和直流侧采样电路交互连接。
2.根据权利要求1所述的一种无谐波智能变频控制器，其特征在于：智能变频控制器的输入端和输出端分别串接有相适配的电抗器。
3.根据权利要求1所述的一种无谐波智能变频控制器，其特征在于：所述DSP处理器采用型号为TMS320F240的芯片。
4.根据权利要求1所述的一种无谐波智能变频控制器，其特征在于：所述可控硅软启动器采用双向反并联可控硅模块，芯片型号为BHC6M三相通用可控硅。
5.一种无谐波智能变频控制器的控制方法，其特征在于：该控制方法包括以下步骤：
1)采用三相电压型PWM整流器，根据基尔霍夫电压、电流定律，建立三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系中的数学模型；
2)通过坐标转换，推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型；
3)通过同步电路检测得到ωt值与ia和ib的检测值进行三相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换，并计算出电流在两相同步旋转坐标系中的分量id和iq；
4)对两相同步旋转坐标系d、q分量进行前馈解耦，计算得出交流侧的电压、电流表达式；
5)通过PI调节器得到直流侧电流指令值id*和交流侧电压d、q轴给定值；
6)最后通过SWPWM发生器变换得到功率变换桥路的开关信号Sa、Sb、Sc。
6.根据权利要求5所述的一种无谐波智能变频控制器的控制方法，其特征在于：所述步骤1)中的建立三相电压型PWM整流器在三相静止坐标系中的数学模型，具体为，
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7.根据权利要求5所述的一种无谐波智能变频控制器的控制方法，其特征在于：所述步骤2)推导出两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系中的数学模型，具体步骤为：
A、从三相静止坐标系(a，b，c)到静止坐标系(α，β)的变换C3S/2S为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> </msqrt> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mfrac> <msqrt> <mn>3</mn> </msqrt> <mn>2</mn> </mfrac> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <msqrt> <mn>3</mn> </msqrt> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>c</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mn>3</mn> <mi>S</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>S</mi> </mrow> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>c</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
B、从两相静止坐标系变换到三相静止坐标系的变换C2S/3S为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>b</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>c</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mn>2</mn> <mn>3</mn> </mfrac> </msqrt> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mfrac> <msqrt> <mn>3</mn> </msqrt> <mn>2</mn> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <msqrt> <mn>3</mn> </msqrt> <mn>2</mn> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mn>3</mn> <mi>S</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>S</mi> </mrow> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>a</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
C、假设两相同步旋转坐标系(d，q)的d轴在初始时刻与α轴重合，则两相静止坐标系(α，β)到两相同步旋转坐标系(d，q)的变换为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>S</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
上式(4)中的C2S/2r为两相静止坐标系到两相旋转坐标系的Park变换矩阵为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>sin</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>r</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>S</mi> </mrow> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>x</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
D、对上式(5)求导得到坐标系中电流的关系为：
<mrow> <mfrac> <mi>d</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>d</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>S</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>S</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mi>d</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>dC</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>S</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>r</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mi>S</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mi>d</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>+</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mi>&amp;omega;</mi> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
E、通过Clark变换矩阵将上式(6)变换到两相静止坐标系(α，β)中，其矩阵形式为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>L</mi> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mi>L</mi> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mi>C</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>dv</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>R</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>R</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>R</mi> <mi>L</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>+</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>e</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>e</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
上式(7)中可得出，当直流侧电压恒定不变时，三相电压型PWM整流器在两相静止坐标系中的交流测电流(iα，iβ)实现解耦；得到的电压和电流为正弦变量；
F、通过Park变换矩阵，将上式(7)变换到两相同步旋转坐标系(d，q)中，其矩阵形式为：
<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>L</mi> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mi>L</mi> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mi>C</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>d</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>q</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>dv</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>R</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mi>&amp;omega;</mi> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>d</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>R</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>q</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>S</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> <mtd> <msub> <mi>S</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>+</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>e</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mfrac> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>R</mi> <mi>L</mi> </msub> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
从上式(8)中可得出，通过变换得到的两相同步旋转坐标系(d，q)中的电压、电流量为直流量。
8.根据权利要求5所述的一种无谐波智能变频控制器的控制方法，其特征在于：所述步骤4)中对两相同步旋转坐标系d、q分量进行前馈解耦，所述前馈解耦的具体步骤为：
A、由式(8)可得三相电压型PWM整流器在两相同步旋转坐标系中的交流侧电压、电流表达式为：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>e</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>u</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>Ri</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>L</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>d</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;omega;Li</mi> <mi>q</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>u</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>Ri</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>L</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>di</mi> <mi>q</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;omega;Li</mi> <mi>d</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
上式(9)中，ud，uq分别为交流侧电压的d轴分量和q轴分量，则：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>u</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>e</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;omega;Li</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;u</mi> <mi>d</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>u</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;omega;Li</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;delta;u</mi> <mi>q</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>10</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>
B、通过PI调节器调节，由电流的实际值与给定值调节得到：
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C、将式(10)和式(11)代入式(9)中，可得到电流完全解耦的线性模型为：
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9.根据权利要求5所述的一种无谐波智能变频控制器的控制方法，其特征在于：所述步骤6)中的通过SWPWM发生器变换得到功率变换桥路的开关信号Sa、Sb、Sc，主要步骤为：
首先，在两相同步旋转坐标系中,定义电网电压矢量与d轴同相,要实现单位功率因数运行,则交流侧电流矢量需要跟踪电网电压矢量,因此交流侧电流矢量只含有d轴分量,其q轴分量为零；
其次，对PI调节器进行调节，当单位功率因数运行时，交流侧电流与电网电压同相，计算式为：
直流侧电流Idc与交流侧电流ia，ib，ic的关系可由开关函数Sa、Sb、Sc表示：
idc＝Saia+Sbib+Scic (14)
当系统的控制开关频率足够高时，只考虑开关函数的低频分量，则为：
上式(15)中，θ为初始相位角,m为调制比(m≤1)。
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