電流滯環(huán)控制pwm

1、電流滯環(huán)控制的三相PWM逆變器仿真11級(jí)三班8號(hào) XX摘要針對(duì)傳統(tǒng)的SPWM電壓型逆變器的不足，提出采用電流滯環(huán)跟蹤PWM的逆變器控制方式。介紹了電流滯環(huán)跟蹤PWM逆變器的控制原理，對(duì)其開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，最后構(gòu)建模型并進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，此方法效果明顯，動(dòng)態(tài)性能好，可保證電流波形好的正弦性。關(guān)鍵詞：電流滯環(huán)控制、三相PWM逆變器、開(kāi)關(guān)頻率、simulink一、引言三相PWM逆變器中的滯環(huán)電流控制因其控制方式簡(jiǎn)單、易于硬件實(shí)現(xiàn)、工作可靠、無(wú)跟蹤誤差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的重視與應(yīng)用。PWM（Pulse Width Modulation）控制技術(shù)的變壓變頻器一般都是電壓源型的，它

2、可以按需要方便地控制其輸出電壓，但是在電流電機(jī)中，實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流，因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)繞組中只有通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值，不含脈動(dòng)分量。因此，若能對(duì)電流實(shí)行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開(kāi)環(huán)控制能夠獲得更好的性能。電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高，響應(yīng)快，且易于實(shí)現(xiàn)。但受功率開(kāi)關(guān)器件允許開(kāi)關(guān)頻率的限制，僅在電機(jī)堵轉(zhuǎn)且在給定電流峰值處才發(fā)揮出最高開(kāi)關(guān)頻率，在其他情況下，器件的允許開(kāi)關(guān)頻率都未得到充分利用。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以采用具有恒定開(kāi)關(guān)頻率的電流控制器，或者在局部范圍內(nèi)限制開(kāi)關(guān)頻率，但這樣對(duì)電流波形都會(huì)產(chǎn)生影響。二、電流滯環(huán)跟蹤控制原理2.1電流滯

3、環(huán)控制原理常用的一種電流閉環(huán)控制方法是電流滯環(huán)跟蹤 PWM（Current Hysteresis Band PWM CHBPWM）控制，具有電流滯環(huán)跟蹤 PWM 控制的 PWM 變壓變頻器的A相控制原理如1圖所示。圖1 電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖圖中，電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h。將給定電流 與輸出電流 進(jìn)行比較，電流偏差 D 超過(guò)時(shí) ±h，經(jīng)滯環(huán)控制器HBC控制逆變器 A相上（或下）橋臂的功率器件動(dòng)作。B、C 二相的原理圖均與此相同。采用電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)，變壓變頻器的電流波形與PWM電壓波形示于圖6-23。如果， < ， 且 - h，滯環(huán)控制器 HBC輸出正電平

4、，驅(qū)動(dòng)上橋臂功率開(kāi)關(guān)器件V1導(dǎo)通，變壓變頻器輸出正電壓，使增大。當(dāng)增長(zhǎng)到與相等時(shí)，雖然滯環(huán)比較器的輸入信號(hào)的符號(hào)發(fā)生了變化，但HBC仍保持正電平輸出，保持導(dǎo)通，使繼續(xù)增大直到達(dá)到= + h ， D = h ，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，HBC輸出負(fù)電平，關(guān)斷V1 ，并經(jīng)過(guò)延時(shí)后驅(qū)動(dòng)V4，直到電流的負(fù)半周V4才能導(dǎo)通。但此時(shí)未必能夠?qū)?，由于電機(jī)繞組的電感作用，電流不會(huì)反向，而是通過(guò)二極管續(xù)流，使受到反向鉗位而不能導(dǎo)通。此后，逐漸減小，直到時(shí)ia=ia*-h，到達(dá)滯環(huán)偏差的下限值，使HBC再翻轉(zhuǎn)，又重復(fù)使V1導(dǎo)通。這樣，與交替工作，使輸出電流給定值之間的偏差保持在范圍內(nèi)，在正弦波上下作鋸齒狀變化。從圖 2 中可

5、以看到，輸出電流是十分接近正弦波的。圖2 電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)的電流波形圖2給出了在給定正弦波電流半個(gè)周期內(nèi)的輸出電流波形和相應(yīng)的相電壓波形。可以看出，在半個(gè)周期內(nèi)圍繞正弦波作脈動(dòng)變化，不論在的上升段還是下降段，它都是指數(shù)曲線中的一小部分，其變化率與電路參數(shù)和電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)有關(guān)。2.2 三相電流滯環(huán)控制原理 圖3 三相電流跟蹤型PWM逆變電路圖4 三相電流跟蹤型PWM逆變電路輸出波形因此，輸出相電壓波形呈PWM狀，但與兩側(cè)窄中間寬的SPWM波相反，兩側(cè)增寬而中間變窄，這說(shuō)明為了使電流波形跟蹤正弦波，應(yīng)該調(diào)整一下電壓波形。電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān)，同時(shí)還受到功率開(kāi)關(guān)器件允許開(kāi)關(guān)頻率的制約

6、。當(dāng)環(huán)寬選得較大時(shí)，可降低開(kāi)關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開(kāi)關(guān)頻率增大了。這是一對(duì)矛盾的因素，實(shí)用中，應(yīng)在充分利用器件開(kāi)關(guān)頻率的前提下，正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM交流電路有以下特點(diǎn)：1. 硬件電路簡(jiǎn)單；2. 屬于事實(shí)控制方式，電流反應(yīng)快；3. 不需要載波，輸出電壓波形中不含有特定頻率的諧波分量；4. 和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開(kāi)關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量較多；5. 閉環(huán)控制，這是各種跟蹤型PWM交流電路的共同特點(diǎn)。三、三相電流的滯環(huán)跟蹤控制的simulink的仿真3.1 simulink模塊仿真圖圖5封裝后的電

7、路圖圖6 控制電路圖參數(shù)封裝及其內(nèi)部電路圖圖7 主電路圖參數(shù)封裝及其內(nèi)部電路圖3.2 仿真波形第一次設(shè)置的參數(shù)為：1控制電路中：給定的電流幅值Im=10A、頻率f=50HZ；滯環(huán)比較器的環(huán)寬2h=4；2主電路中：直流電源電壓U=300V；負(fù)載R=3，L=0.008H；A相電流FFT分析第二次設(shè)置的參數(shù)為：1控制電路中：給定的電流幅值Im=10A、頻率f=50HZ；滯環(huán)比較器的環(huán)寬2h=8；2主電路中：直流電源電壓U=300V；負(fù)載R=3，L=0.008H；A相電流FFT波分析4、 仿真結(jié)果分析與總結(jié)4.1仿真波形比較 由上述兩組波形比較可知，當(dāng)環(huán)寬2h=4時(shí)，其觸發(fā)脈沖波形比2h=8

8、時(shí)要更密集，即觸發(fā)頻率快，對(duì)IGBT的開(kāi)關(guān)頻率高；電流跟蹤效果明顯比2h=8時(shí)的要好，其總諧波失真也要比2h=8時(shí)小，但是可以看出在一個(gè)周期內(nèi)，其電流在環(huán)寬內(nèi)變化的次數(shù)也明顯比2h=8時(shí)多，這與上面觸發(fā)頻率快相一致；其輸出相電壓波形同樣體現(xiàn)出2h=4時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率比2h=8時(shí)的快，由波形的疏密容易看出。4.2電流頻譜分析比較      由仿真出的電流波形的頻譜圖對(duì)比可知，當(dāng)環(huán)寬較?。?h=4）時(shí)，電流的基波分量的峰值接近于給定電流峰值（12），且總諧波失真（THD）較小為0.08%；而當(dāng)環(huán)寬較大（2h=8）時(shí)，電流的基波分量的峰值較大一些，且總諧波失真（THD）較大為1.88%.4.3總結(jié)及心得體會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析和理論學(xué)習(xí)可知，環(huán)寬過(guò)寬時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過(guò)窄時(shí)，跟蹤誤差小，但開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，開(kāi)關(guān)損耗增大。L大時(shí)，i的變化率小，跟蹤慢；L小時(shí)，i的變化率大，開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高所以在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)所給開(kāi)關(guān)器件如IGBT的開(kāi)關(guān)頻率范圍來(lái)選擇環(huán)寬的大小，一般在開(kāi)關(guān)頻率允許的條件下，盡可能地選擇小的環(huán)寬，這樣輸出的電流波形質(zhì)量越高。當(dāng)所給環(huán)寬小時(shí)，電流跟蹤控制的精度高，電流跟蹤效果好，同時(shí)電流的諧波分量也少，但是對(duì)IGBT的開(kāi)關(guān)頻率要求高；當(dāng)所給環(huán)寬大時(shí)，電流跟蹤控制的精度就減小了，