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正弦波逆變電源被廣泛的應用于電力、郵電、通信、航天等各個(gè)領(lǐng)域， 而且隨著(zhù)微電腦技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，正弦波逆變電源的應用越來(lái)越廣。為了滿(mǎn)足用戶(hù)對電能質(zhì)量的要求，逆變電源在直流輸入電壓波動(dòng)的情況下應保持輸出電壓恒定。傳統的電壓?jiǎn)苇h(huán)控制一般存在輸出電壓波動(dòng)大、動(dòng)態(tài)響應慢等缺點(diǎn)，很難實(shí)現精確控制。在逆變電路中為了克服以上不足，采用電壓前饋控制技術(shù)來(lái)解決此問(wèn)題。本文在單相SPWM逆變的基礎上，采用前饋調整三角載波和反饋調整正弦波相結合的電壓- 電壓復合控制方案，較好地解決了輸出電壓瞬態(tài)偏離問(wèn)題，且實(shí)現簡(jiǎn)單。 電壓- 電壓復合控制基本思想 在DC/AC逆變電路中， 輸出電壓與輸入電壓存在一定的線(xiàn)性關(guān)系。當輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓隨之相應改變。為了使輸出電壓保持穩定，一般要采集電壓輸出量進(jìn)行反饋閉環(huán)控制。但是由于逆變電源開(kāi)關(guān)頻率較高， 且電路存在電感、電容等延時(shí)元件，使得反饋電壓的變化滯后于輸入電壓的變化， 系統的反應與調節比較遲緩， 容易造成較大的瞬態(tài)偏離。如果能在輸出電壓變化之前，利用輸入電壓的變化對電路的控制信號進(jìn)行調節，即在采用電壓反饋技術(shù)的基礎上輔以電壓前饋技術(shù)則能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。這種電壓- 電壓復合控制，可以實(shí)現動(dòng)態(tài)響應快、調節迅速、輸出電壓波動(dòng)小的目的。 前饋型DC/ AC控制電路的設計與實(shí)現 DC/AC逆變器的控制電路可由分立元件或集成元件構成。 由分立元件構成的控制電路 由分立元件構成的控制電路多采用調制法，即把正弦波信號作為調制波， 用三角波作為載波， 當三角波與正弦波相交時(shí)對電路中的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制。采用調制法進(jìn)行控制時(shí)三角載波的頻率是遠大于正弦調制波的頻率的。所以在三角波的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中可以近似地認為正弦波Vc 為常量，這樣就與DC/ DC 變頻器的控制規律是相同的了，如圖1 所示。占空比D =Vc/ Vr(Vc＜ Vt) ，改變Vc、Vr任意一個(gè)的幅值即可改變輸出電壓的大小。當三角波由Vr 變?yōu)閂r′時(shí)， 占空比的大小由T1/T變?yōu)門(mén)2/T。 在SPWM中， 一般將正弦波峰值Vc與三角波峰值Vr的比值稱(chēng)為調制度a ， 即a =Vc/Vr。這樣DC/AC變換電路輸入輸出之間有如下的數量關(guān)系: 輸出電壓的基波有效值Uo正比于調制度a及輸入電壓UI， 即UOl = KaUI = KUIVc/Vr ， ( K為常數，與主電路結構有關(guān)) 。于是， 當UI變?yōu)樵瓉?lái)的n倍的時(shí)侯， 要保持輸出電壓穩定， 三角波峰值電壓也要相應地變?yōu)樵瓉?lái)的n 倍。 據上述原理構成的DC/AC逆變電路如圖2所示。輸入電壓UI分壓后經(jīng)斬波電路斬波，得到電壓幅值隨輸入電壓變化的方波電壓Us，Us經(jīng)有源積分電路積分后得到三角波電壓Ur。積分前后的電壓波形如圖3所示。此三角波電壓的峰值是正比于方波幅值電壓的，于是三角波峰值電壓隨輸入電壓成比例地變化，保持了輸出電壓的穩定。此電路控制過(guò)程獨立， 互不干擾， 使得電路的設計和實(shí)際調試變得簡(jiǎn)便�？刂撇糠衷O計方法簡(jiǎn)單易行，達到了快速穩定輸出的目的。 控制電路由集成元件構成 隨著(zhù)微處理器性?xún)r(jià)比的不斷提高， 逆變電源已進(jìn)入了智能化階段， 可用集成元件來(lái)方便地組成控制電路。目前由集成元件實(shí)現的控制電路主要有專(zhuān)用集成芯片法和微機生成法。專(zhuān)用的生成SPWM的芯片如SA838、SA868、HEF4752、SLE480等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高、可靠性高;微機生成法控制電路由單片機采用軟件方式產(chǎn)生，目前市場(chǎng)上有許多性?xún)r(jià)比高的單片機， 如PIC系列或引腳少的MC51系列單片機， 可用指令產(chǎn)生SPWM， 并可方便地實(shí)現對逆變系統的控制、監視、管理和保護。 在單相DC/AC變換電路中， 為了簡(jiǎn)化控制電路結構， 還可以采用電壓型PWM集成控制芯片如SG1525、TL494 等構成SPWM控制器， 利用控制芯片內部產(chǎn)生的三角波與由外部輸入的正弦調制波進(jìn)行比較得到SPWM波形。這時(shí)三角波的幅值是不能夠進(jìn)行調節的，因此利用輸入電壓的變化來(lái)調節三角波幅值的前饋控制思想無(wú)法實(shí)現。在這種情況下，可將前饋電壓的采樣值按照電路的輸入輸出關(guān)系UO1 = KUIVc/ Vr進(jìn)行歸一化換算后， 與反饋電壓、給定電壓進(jìn)行綜合比較，經(jīng)PI調節后連接到變增益放大電路去調節正弦波的幅值，從而實(shí)現電壓前饋和電壓反饋控制。利用集成元件實(shí)現電壓-電壓控制的電路原理如圖4 所示。 仿真與實(shí)驗結果 按照上述控制方法對圖2所示電路進(jìn)行仿真與試驗， 逆變主回路為IGBT全橋電路， 試驗參數為:輸入直流電壓UI =200 V，交流輸出電壓有效值為100V， 設計功率為5kW， 開(kāi)關(guān)頻率為50kHz ， L="10"μH，C =1μF。當輸入電壓由100V躍變?yōu)?50V時(shí)， 如圖5(a) 所示， 傳統電壓反饋控制與前饋型電壓- 電壓控制輸出電壓的仿真結果分別如圖5(b) 和圖5(c)所示，三角波變化如圖5(d) 所示。 仿真結果表明，前饋型電壓- 電壓控制對輸入電壓波動(dòng)的反應靈敏， 能夠及時(shí)的調整載波的幅值，達到瞬間穩定輸出電壓的目的。 結論 本文提出了一種采用前饋調整三角載波和反饋調整正弦波相結合的電壓- 電壓復合控制方案，并全面地說(shuō)明了控制電路由集成元件構成時(shí)的應用方法。試驗結果表明此控制方法較好地解決了輸出電壓瞬態(tài)偏離問(wèn)題，且實(shí)現簡(jiǎn)單。 |
