基于极点配置的400 Hz 逆变电源系统设计

图2 为系统的奈奎斯特曲线， 可以看到， 曲线不包围( - 1， j0) 点， 根据奈奎斯特稳定判据可知系统是稳定的; 图3 为系统的根轨迹图， 可以看到， 一对共轭主导极点位于S 域左半面距虚轴较近处， 对系统特性起主要的影响作用， 非主导极点也位于s 域左半面， 对系统特性的作用较小， 从图中还可以看出， 4 个极点都位于S 域的左半面， 说明系统是稳定的; 图4 为系统的频率特性曲线， 由幅频特性与相频特性可知系统低频段特性平稳， 高频段幅值迅速衰减， 具有很宽的带宽， 在工作频率范围内具有很大的稳定裕度; 图5 为系统的单位阶跃响应， 由图可知系统具有较快的动态特性。

图6、图7 分别是空载时逆变电源系统输出波形和与之相对应的波形畸变。由图可知， 采用基于极点配置的PI 控制大大增强了系统的输出性能， 减小了系统的波形电感生产畸变， 空载时系统的THD 值只有2. 98 %，波形的正弦性好。接下来对系统进行加载实验， 由于400 Hz 电源主要用于精密场合， 不作为再整流的交流输入， 故本文仅对系统施加阻性电感器的测量负载和阻感性负载， 仿真结果见表1。

表1 系统加载仿真结果

经过表1 的分析可知， 在加阻性负载的情况下， 系统的畸变率T HD 都小于空载时的THD 值， 电压的变化也在允许范围( 5 %) 以内; 加阻感负载的情况下， 由于电感的存在， 电压畸变率较纯阻性负载时大， 但输出电压的有效值在一个小范围内变化， 基本保持平稳。

可见， 本系统具有较强的带负载能力。

3 结束语

本文以极点配置的方法对一款400 Hz 逆变电源进行了分析计算， 发现400 Hz 逆变电源参数的设计较工频困难， 计算误差、相角偏移等因素对系统性能的影响较大。本文采用了理论计算与仿真验证相结合的方法， 最终确定了系统的相关参扁平型电感数。通过MA TLABS塑封电感器IMULINK模块进行仿真， 验证了该系统动态响应快、稳态误差小和稳定范围大， 逆变电源输出波形畸变小， 带载能力强， 达到了预期的效果。

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