基于PI控制的三相三线VSI死区补偿策略研究

摘要

三相三线VSI常用于各种中、大型功率的重要场合,如工业、交通、金融及科研等多种领域中。通常对于三相三线VSI要求其具有较高的供电质量。快速的动态响应速度、失真度小的输出电压波形,均依赖于控制系统的设计,数字化控制系统为上述性能指标为其提供了可能。围绕三相三线VSI控制器的设计,本文主要做了以下工作:
　　本文首先建立了三相三线VSI在在静止ABC坐标系下的数学模型,得到结论三相三线VSI是一个耦合系统,再通过三相静止到两相静止的变换再到两相旋转的变换,得到了三相三线VSI在静止αβ和旋转dq坐标系下模型,且对三种坐标系下数学模型进行了比较。之后,在旋转坐标系数学模型的基础上通过直接离散化的方法,设计了该模型在离散域下的PI控制器。仿真证明,该闭环系统有较强的性能。
　　本文详细分析了死区对SVPWM控制的三相三线VSI的输出电压的影响。得出感性负载时,设置死区的优点是:通过反并联二极管续流能使开关管ZVS开通,但死区导致较多的缺点:它会导致误差脉冲的产生,从而使输出电压基波幅值减小,并且会产生较多的3、5、7等低频奇次谐波。本文对不同电流极性下的误差电压脉冲分析,并结合IGBT的开关特性,提出两种适合于三相三线VSI系统的死区补偿方式:实时补偿误差电压的电压补偿法及实时补偿脉冲宽度的时间补偿法。
　　最后本文在d/q旋转坐标系下PI控制的基础上对死区补偿进行了仿真和实验验证,验证了通过加入实时死区补偿有效的抑制了奇次谐波,证明了方案的可行性。

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1 绪 论

1.1 三相三线VSI的控制技术

1.2 死区补偿的研究现状

1.3 本文研究内容

2 三相三线VSI的PI控制技术

2.1 三相三线VSI主电路

2.2 SVPWM（空间矢量PWM）

2.3 PI控制器的设计

2.4 本章小结

3 死区对SVPWM三相三线VSI影响的数学分析

3.1 死区对称脉冲 AOu′ 的谐波分析

3.2 死区不对称脉冲 ’AOu 的谐波分析

3.3 死区对称的误差脉冲 1 4Du 、的谐波分析

3.4 不对称设置死区的误差脉冲 1 4Du 、的谐波分析

3.5 实际波 AOu′ 的方程式与死区影响的分析

3.6 死区对三相三线VSI输出电压影响分析

3.7 本章小结

4 死区补偿策略

4.1 不同电流极性时下死区对三相三线VSI输出电压的影响

4.2 IGBT的开关特性

4.3 死区补偿的电压补偿法

4.4 本章小结

5 基于PI控制的三相三线VSI死区补偿的仿真与实验

5.1 Matlab/Simulink 仿真

5.2 死区补偿实验

5.3 本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献