为保证调速系统对电网的稳定性不产生影响

,

PWM 整流器须具有高阻抗的电流源特性

[

4～6

]

。实现

矢量

g¾

I

r

的控制原理如下

:

根据电流型 PWM 整流器的工作原理

[

2

,

7

]

,

直流侧

输出电流经 PI 调节后

,

可得到反馈电流

i

r

的控制量

i

s

,

设

i

s

x

、

i

s

y

为

i

s

在实轴和虚轴的分量

, i

r

x

、

i

r

y

为 PWM

整流器输出电流的实轴分量和虚轴分量

, R

s

、

C

s

、

L

s

为

电源侧参数

,

令

u

s

=

u

A′

,

则有

i

r

x

= - R

s

C

s

ω

s

i

s

y

- L

s

C

s

ω

2

s

i

s

x

+ i

s

x

(

1

)

i

r

y

= R

s

C

s

ω

s

i

s

x

- C

s

ω

s

u

s

x

-

L

s

C

s

ω

2

s

i

s

y

+ i

s

y

(

2

)

　　为简化计算

,

将

g¾

U

s

矢量固定在同步坐标系的实

轴上

,

如图 5 所示

,

则有

g¾

U

s

x

=

g¾

U

s

,

g¾

U

s

y

= 0 。

将式

(

1

)

、

式

(

2

)

合成可得以电源电压为同步坐

标系的 PWM 整流器输出电流

i

s

3

r

的矢量

, i

s

3

r

的矢量

相对同步坐标系固定

,

在同步坐标系中

,

通过调整式

(

1

)

、

式

(

2

)

中的相关变量

i

s

x

、

i

s

y

,

可实现对

i

s

r

的控

制

,

而

i

s

r

相对固定坐标系是以工频 50 Hz 旋转的

,

设 θ

为同步坐标系与固定坐标系的夹角

,

将其旋转θ角

,

即可变换为可用于控制的固定坐标系变量

i

3

r

= i

s

3

r

e

jθ

(

3

)

　　坐标变换及各变量关系

,

如图 5 所示 。

根据式

(

1

)

、

式

(

2

)

、

式

(

3

) ,

可构建如图 6 所示

的控制系统 。

控制系统中

,

根据反馈电流

i

r

与电源电压

u

s

的

功率因数角的大小

,

通过控制

i

s

x

、

i

s

y

实现对

i

r

的控制

,

利用调速过程中转子的反馈电能对该无功功率进行补
偿

,

实现功率因数近似 - 1

.

0 。

3

　试验结果

利用本文所述方案设计了一套实验系统

,

系统的

具体参数

:

绕线式异步电机型号为 YR160L1

24 ,功率为

11 kW ,定子电压 380 V ,定子电流 22. 5 A ,Δ 接法 ;转子
电压 275 V ,转子电流 26 A , Y 形接法 ;电流型 PWM 整
流器的功率为 4 kVA

,

电容

C

1

=

C

2

=

C

3

= 5 μF

;

电感

L

1

=

L

2

=

L

3

= 3

.

2 mH ; 自耦变压器功率为 4 kVA ,380

V/ 275V 。

PWM 整流器交流侧电容上的电压

u

A

及自耦变压

器低压侧电压

u

A′

的波形

,

见图 7 。此时的逆变器调制

频率为 8 kHz 。

为使上网电能满足国际谐波标准的要求

,

在 PWM

整流器与电网的结合处

,

利用自耦变压器的漏感

L

1

、

L

2

、

L

3

滤波

,

通过对滤波参数适当修正

,

可以避免按功

率因数为 - 1

.

0 控制的上网电流出现相位偏差

,

图 8

为修正前的自耦变压器低压侧电压

u

A′

及 PWM 整流

器输出电流

i

rA

的波形 。

图 9 为滤波参数适当修正后 ,采用矢量控制时 ,调

速系统从电网吸收的电流与电网电压的波形 。可以看

出 ,电机从电网吸收的电流与电网电压同相位 ,即该绕
线电机调速系统从电网吸收电能的功率因数为 1. 0 。
图 9 为用具有 FFT 分析功能的示波器 ( TDS2022) 测得
的调速系统输入电压及吸收电流的波形 ,总谐波含量

3

5

第

3

期

功率因数补偿式绕线异步电机串级调速方法研究