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