IPM 的全数字双 SV PWM 控制的能量回馈型电
梯传动系统 。
2
电梯双
P WM
控制传动系统的工
作原理
系统主要包括两个部分 :能量回馈单元和进
行异步电机变频调速的矢量控制变频驱动系统 。
主电路由扼流电抗器 、
电网侧变换器 、
电机侧变换
器和电梯曳引电动机组成 。用 6 个全控型功率开
关器件 IGB T 替代了三相二极管整流桥 。整个系
统拓扑如图 1 所示 。
图
1
电梯双
PWM
控制传动系统主电路拓扑图
工作原理如下 。
1) 能量由三相交流电网流向电梯曳引机 。当
曳引机工作在电动状态时 ,电网侧变换器和电机
侧变换器分别工作在整流 、
逆变状态 。网侧变换
器使用 PWM 方式控制交流电网的电流和电压同
相位 ,同时电机侧变换器在 PWM 方式的控制下
使输出电压和工作频率成正比 ,使得交流电机得
到恒转矩特性 ,同时输入到电动机的电流为正弦
波 ,减少了高次谐波电流的损耗
[ 1 ]
。
2) 电梯曳引机产生的再生能量馈入三相电
网 。当曳引机工作在发电状态时 ,网侧变换器工
作在有源逆变状态 ,负责将曳引机产生的 、
聚集在
直流电容上的泵升能量转化为符合并网条件的交
流电
[ 2 ]
,回馈给电网 ,以保持直流测电压的相对恒
定 。整个系统的功率因数约等于 1 。此时储能电
容器 C 也能对交流电源输入电路的漏抗所产生
的无功电流起到补偿作用
[ 1 ,2 ]
。
3
双
PWM
变流器控制方案
3. 1 电网侧变换器的控制
电网侧变换器采取跟踪指令电压 的 SV P
2
WM 电流控制
[ 3 ]
。系统的控制框图如图 2 所示 。
原理如下 :对三相电流
i
a
, i
b
, i
c
采样 ,并进行3
s
/ 2
r
坐标变换 ,得到其在两相旋转坐标系下的电流分
量
i
d
, i
q
(此处
d
轴表示有功分量 ,
q
轴表示无功分
量 。改变
i
3
q
就可以改变功率因数 ,
i
3
q
= 0 时单位
功率因数为 1) ;直流电压与给定参考电压的偏差
经 PI 调节形成
d
轴的参考电流
i
3
d
;
i
3
q
和
i
q
,
i
3
d
和
i
d
各自的偏差经过 PI 调节 ,并通过前馈解耦
运算后输出控制参考电压
V
3
;最后通过 2
r
/ 2
s
坐
标变换 ,将此控制信号输入 SV PWM 控制模块
中 ,使电网侧变换器的空间电压矢量跟踪电压矢
量指令 ,从而达到电流控制的目的 ,使电网侧的输
入电流为正弦波 ,功率因数可调 。矢量控制采用
目前流行的 SV PWM ,可以提高电压利用率 ,减
小谐波 。
图
2
电网侧变换器
SV PWM
控制框图
3. 2 电机侧变换器及异步电机的控制
采用磁场定向矢量控制策略
[ 4 ]
,原理框图如
图 3 所示 。整个系统采用双闭环结构 ,外环为速
度环 ,内环为电流环 。系统通过霍尔电流传感器
测得电机的定子电流
i
a
,
i
b
,并利用
i
c
= - (
i
a
+
i
b
)
求出
i
c
,再通过 3
s
/ 2
s
和 2
s
/ 2
r
坐标变换将所测电
流变成旋转坐标系中的直流量
i
d
,
i
q
;另一方面系
统通过增量式编码器测得电机的机械角位移 ,在
DSP 内将其转换成转速
n
,其与给定转速的偏差
经过速度 PI 调节器 ,输出用于转矩控制的
q
轴电
流分量的
i
3
q
。电流反馈量与参考分量
i
3
q
,
i
3
d
的
偏差经过电流 PI 调节器 ,结合先前用电流 —磁链
位置转换求出的转子磁链位置 ,求得在
d
2
q
旋转
坐标 系 上 的 相 电 压 分 量
V
3
d
,
V
3
q
, 然 后 再 经 过
2
r
/ 2
s
坐标变换将其转换成直角坐标系的定子相
电压矢量
V
3
α
,
V
3
β
。通过 SV PWM 控制使逆变器
的输出电压跟踪指令电压
V
3
α
,
V
3
β
,实现基于转子
磁场定向的矢量控制 ,交流电机得到恒转矩特性 。
以上操作全部采用软件来完成 ,从而实现电
梯的全数字实时控制 。
9
双
PWM
控制能量回馈电梯传动系统的设计
电气传动
2007
年 第
37
卷 第
8
期