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单相PWM整流器直接电流控制策略的研究

来源:    作者:    发布时间:2014-11-26 08:58:00    浏览量:

1.前言

随着电力电子技术的发展,功率电子设备的应用越来越广泛,致使大量的非线性负载涌入电网,给电力系统的电压和电流都带来了越来越严重的谐波污染。而PWM整流器提高了系统的功率因数,降低了对电网的谐波污染,得到了人们的重视。

根据输入电感电流状态PWM整流器可分为电流断续工作模式(DCM)和电流连续工作模式(CCM),由于CCM模式具有输入输出电流纹波小、滤波容易、器件导通损耗小、适用于大功率场合等优点,得到了更多地关注。在CCM模式中,根据是否直接选取瞬态电感电流作为反馈量,又可分为直接电流控制和间接电流控制。间接电流控制结构简单、无需电流传感器,但是它最大的缺点是电流动态响应缓慢,甚至交流侧电流中含有直流分量,且对系统参数波动较敏感。相对于间接电流控制,直接电流控制把整流器的输入电流作为反馈和被控量,形成电流闭环 控制,使电流动、静态性能得到了提高,同时也使网侧电流控制对系统参数不敏感,从而增强了电流控制系统的鲁棒性。所以,直接电流控制技术有着非常广阔的应用前景和使用价值。

2.单相电压PWM整流器原理框图

单相电压型PWM整流器的拓扑结构如图1所示,它主要由三部分组成:交流回路、功率开关桥路、直流回路。其中交流功率一体成型电感电感回路包括交流电动势UN 、网侧电阻RN 及网侧电感LN 等;直流回路包括由电感L2和电容C2组成的串联谐振电路用来滤除电网的2次谐波分量、滤波电容Cd 及负载 RL等;功率开关桥路由四个反并联二极管的IGBT组成。

单相PWM逆变器的控制思路是:在保证直流侧电压稳定的情况下,使交流侧的电流与电压尽可能的保持同相位,从而使交流侧的功率因数为1.

3.单相PWM整流器直接电流控制技术分析

塑封电感器

直接电流控制根据控制方式的不同,又可分为滞环电流控制、峰值电流控制、预测电流控制、平均电流控制、状态反馈控制单周控制等。

3.1 峰值电流控制

峰值电流控制的原理是实时比较实际电流和指令电流瞬时值的大小,指令电流值是实际电流的上限,实际电流一旦达到这个上限,立刻转而向下衰减,电感值的大小,线路的阻抗和脉宽调制的开关频率影响了这一衰减的最终值。其控制原理框图如下图2所示。

峰值电流的优点:①暂态闭环响应较快,对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快;②控制环易于设计;③输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美;④简单自动的磁通平衡功能;⑤瞬时峰值电流限流功能,即内在固有的逐个脉冲限流功能;⑥自动均流并联功能。缺点有:①占空比大于5%时开环不稳定性,峰值电流与平均电流的误差难以校正;②闭环响应不如平均电流模式控制理想;③占空比大于0.5时系统产生次谐波振荡;④对噪声敏感,抗噪声性差;⑤电路拓扑受限制;⑥对多路输出电源的交互调节性能不好。

3.2 滞环电流控制

滞环电流控制方式作为峰值电流控制方式的改进,只可调电感是增加了一条限制电流衰减的下限。其原理仍然是指令电流和实际电流的实时值比较,实际电流达到上限指令电流,随即转入衰减,衰减至下限指令电流,重新开始上升,如此反复,实际电流将是一条在上下限指令电流跳动的锯齿波。

其控制原理图如图3所示,图中将指令电流i *和实际电流i进行比较,两者的偏差△ i 作为滞环比较器的输入,通过滞环比较器产生控制电路主电路中开关通断的PWM信号,该PWM信号经驱动电路控制功率器件的通断,从而控制电流i 的变化。

滞环电流控制的优点是结构简单,实现容易,具有很强的鲁棒性和快速动态响应能力。缺点是开关频率不固定,滤波器设计困难,需要对电感电流全周期的检测和控制。

3.3 平均电流控制

平均电流控制的工作原理是将电感电流信号与锯齿波信号相加,当两信号之和超过基准电流时,开关管关断,当其和小于基准电流时,开关管导通。取样电流来自实际输入电流而不是开关电流。其控制原理图如图4.

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