逆变器的控制采用了带有电感电流瞬时值反馈的双环控制策略,以提高系统的稳定性和动、静态性能,并对控制环节进行了建模和详细分析。实验结果显示电流源的设计达到了国标要求。 |
为保证温升试验的准确性,测试正弦电流必须稳定、精确。根据国家标准GB14048.2-94要求,长延时热脱扣试验的电流误差≤±2%,正弦波失真度 2 逆变电路控制系统的建模与分析 交流稳流逆变器的负载是纯阻性负载,增流变压器和负载可视为一等效电阻R。则逆变器输出滤波电感L、滤波电容C和R构成二阶振荡环节,其阻尼比为满载时R最大,ξ最小,系统最不稳定;而轻载时R变小,ξ变大,系统较易稳定;所以,闭环稳定性的设计主要考虑R较大时的情况。 本文中采用了带有电感电流瞬时值反馈的双环控制策略,这是因为电感电流等于电容电流与负载电流之和,一方面可对输出电压进行超前控制,以取得比较好的动态特性;另一方面电感电流中包含了负载电流,在输出负载极小的情况下,也能对输出电流进行有效控制[2][3]。稳流源逆变器的控制系统原理图如图2所示,由小信号模型获得的传递函数框图如图3所示。 由图3可知,系统的开环传递函数为 系统的闭环传递函数为 则开环系统的零、极点分布为 式中:R为等效负载电阻; KiR为外环反馈系数; KiL为内环反馈系数; n为输出变压器原副边变比; Km为全桥逆变电路放大系数; Ka为内环比例补偿增益; Kp+1/τs为外环PI补偿传递函数。 计保证)时,此时等效负载电阻R较小,系统极点sp2,3分布在负实轴上,系统的根轨迹如图4所示 载R较大,系统极点sp2,3为一对共轭复数,系统根轨迹如图4所示(R3,R4对应的根轨迹)。根轨迹的渐近线 对于无电感电流瞬时值反馈的系统,其根轨迹如图5所示。可以看出,根轨迹以虚轴为渐近线趋向于±∝,相应在控制上必会引起输出电流的振荡,系统不易稳定。而引入电感电流反馈后,根轨迹如图4所示,系统的稳定性增强,动态性能也得以提高。 在不同负载条件下式(2)和式(3)对应的波特图分别如图6和图7所示。由图6可以看出,系统是稳定的,并且系统的相位余量>50°。由图7可以看出,系统的幅值响应接近1/KiR,在50Hz的频率处,输出电流和给定电流信号之间的相移几乎为零,因此,输出电流能很好地跟随参考信号。高的转折频率和宽的频带能保证系统具有良好的动态性能。 3 一些其它的设计考虑 作为电流源必须考虑输出开路的情况。由于本文中的交流稳流源实质上是一个电压型电流源,即通过快速调节输出电压来实现输出稳流。当输出开路时,输出电压会迅速上升到到直流母线电压附近,而不会像电流型电流源那样升得很高。尽管如此,负载开路时,输出电压仍会迅速上升,并引起输出电压以LC谐振频率进行振荡,这两者均会导致输出波形严重畸变;此外,当输出负载重新接上时会引起输出瞬态过流。因此,系统必须进行过压保护,当输出电压超过设定值时迅速切断逆变器输出。 |
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