基于IGBT有源逆变内反馈串级调速系统的研究.pdf

维普资讯 2008年第8期 东北电力技术 基于 IGBT有源逆变 内反馈串级调速系统的研究 ResearchonSelf-feedbackCascadeSpeedControl System BasedonIGBTActiveInverter 孔 鹏 (华北电力大学电力工程学院，河北 保定 071~3) 摘要：晶闸管串级调速系统是一种廉价、简易的调速系统，传统内反馈串级调速系统存在功率因数低，谐波污染严重等弊 端，采用斩波控制虽然可以有效改善系统功率因数 ，但并不能从本质上解决功率因数低的问题。采用可控器件 IGBT构成 的逆变结构取代原有串调系统晶闸管逆变部分 ，不仅可以使调节绕组侧 电流正弦化，减少谐波，还可以向电网提供容性无 功，用于补偿串调系统产生的感性无功，从而提高整个系统的功率因数。提出跟踪 电压矢量的SPWM直接电流控制策略， 通过对三相电压源型逆变器及逆变器在串级调速系统中的应用仿真 ，结果表明有效可行。 关键词：IGBT逆变 ；SPWM控制策略；功率因数 [中图分类号] TM714．3；TM464 [文献标识码]B [文章编号]1004—7913 (2008)08—0027—03 在我 国电力、石化、矿山、冶金及给排水等领 功率因数。 域，风机和泵类负载是应用最广泛、耗电量最大的 1 IGBT有源逆变 一 类生产机械。这些负载在使用 中存在运行效率 低、电能损耗大的缺点，而且对系统动静态特性要 1．1 三相电压源型PWM 逆变原理 求不是很高，所以这类负载的节能潜力相当大。目 电压源型 PWM逆变技术就是通过改变原有串 前调速方法比较理想的是转子端串级调速和定子端 级调速系统的拓扑结构，把晶闸管逆变结构改为由 变频调速。但是对于大容量高压电机，如果直接在 IGBT组成的逆变结构 (如图1)，并采用SPWM控 定子端采用高压变频器调速与串级调速比较，存在 制策略，在保留串级调速优点的同时，又利用了 电能损耗大，运行环境苛刻和调速控制设备价格昂 PWM逆变技术的优点，在保证直流侧输出电压 U， 贵等问题。内反馈串级调速系统可以用容量比较小 (图1中电容两端电压)为恒定值的情况下，使交 的变流装置在转子端调节高压、大功率绕线式异步 流侧输入电流为与输入电压同相位的正弦波，从而 电动机的转速，从而把定子端的高压调速转变成转 达到提高功率因数和消除谐波的目的。 子侧的低压调速。同普通串级调速相比，还可以省 去逆变变压器，从而减小装置的体积和成本n]。 内反馈串级调速系统在传统串级调速系统的基 础上，在直流回路部分增加斩波器，这种拓扑结构 是通过改变斩波器的占空比大小来调节电机转速， 而不是通过改变晶闸管逆变器移相角来改变电机转 速 。此时逆变器的触发角固定为允许的最小逆变角 不变，这就导致了无功功率依然存在，功率因数不 图1 基于 IGBT有源逆变的 内反馈 串级调速系统 是很理想。同时由于晶闸管本身的特性，存在发生 1．2 三相 电压源型逆变器的d—q模型和控制策 逆变颠覆故障的可能。为了解决这个问题 ，从拓扑 略[] 结构人手，引入PWM控制技术，用可控器件 IGBT 三相静止对称坐标 (口，b，C)中的逆变器数 组成的逆变结构取代传统的晶闸管逆变部分。仿真 学模型具有物理意义清晰、直观的特点，但在这种 结果表明，可以有效地减少谐波，提高整个系统的 数学模型中，其交流侧均为时变交流量，不利于控