新型数字锁相环实现对电压信号的无差跟踪
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为获得PWM整流器的控制信号,需要利用网侧电压的相位进行坐标变换,但是在三相电网电压频率偏移时,普通锁相环存在响应速度慢、锁相精度差等缺点。本文基于坐标变换理论,提出一种通过电压矢量变换的数字信号锁相环,并将其应用在三相PWM整流器中。利用Matlab/Simulink对搭建的三相电压型PWM整流器模型进行仿真。结果证明,在三相电网电压频率偏移时,锁相环能够快速锁定输入信号的频率和相位。
1 三相电压型PWM整流器
1.1 三相电压型PWM整流器的主电路
图1为基于新型数字锁相环的三相电压型PWM整流器主电路,其中,ua、ub、uc代表交流侧三相电压源电压,udc为直流侧滤波电容C的输出电压,ia、ib、ic为交流
2 新型数字锁相环的结构和控制原理
2.1 数字锁相环的结构
针对传统锁相环[7-9]的缺陷,本文提出一种基于电压矢量变换的测量方法。首先将三相电压变换到两相a-β坐标系中,然后与锁相环输出构成一个负反馈闭环控制系统,最后通过调节系统参数达到滤波锁相的目的。其电路图如图2所示。
从仿真结果可以看出数字PLL响应时间很短,系统在前两个周期时,PI调节器的超调造成了锁相环不能准确锁相,但是在t=0.035 s时,输入信号就很快与输出信号重叠,即输入信号频率相位被锁定,锁相效果良好。图4所示为整流器仿真波形,其中图4(a)为整流器网侧A相电压电流波形,可以看出,整流器很快达到单位功率因数运行。图4(b)为三相电网电压设定310 V时直流侧给定电压udc为600 V的波形。可见直流电压纹波系数很小,系统处在稳定运行状态。由此可知数字锁相算法的可行性和正确性。
在实际运行中,还会出现三相电网电压的频率在工频50 Hz附近波动的情况。取频率偏移+0.5 Hz,电网电压310 V,给定直流电压600 V时进行仿真。
由图5(a)可见,普通锁相环在三相电压出现频漂时明显不能准确锁相,电流波形失真较严重。而从图5(b)可以看出新型锁相环则能快速锁定输入信号频率和相位,对电网电压频漂有良好的抑制作用。仿真实验结果验证了该新型锁相环在电压畸变时锁相的优越性。
本文针对三相电压型PWM整流器在三相电网电压频率偏移时,普通锁相环响应速度慢、锁相精度差等缺点,提出了一种基于坐标变换的新型数字锁相环,并将其应用到三相PWM整流器系统中,实现了对电压信号的无差跟踪。这种新型锁相环实现方法简单,能够快速锁定电源电压频率和相位。仿真验证了理论分析的正确性和可行性。