滯環(huán)控制三相電流跟蹤型逆變器的MATLAB仿真

7滯環(huán)控制三相電流跟蹤型逆變器的MATLAB仿真7.1滯環(huán)控制三相電流跟蹤型逆變器的原理和仿真模型7.1.1滯環(huán)控制三相電流跟蹤型逆變器的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（CurrentHysteresisBandPWM——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7-1圖所示。圖7-1電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖hi*圖中，電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2。將給定電流a與輸出?i±hi電流a進行比較，電流偏差a超過時，經(jīng)滯環(huán)控制器HBC控制逆變ABC器相上（或下）橋臂的功率器件動作。、二相的原理圖均與此相同。如果，ia<i*a，且i*a-ia≥h，滯環(huán)控制器HBC輸出開關(guān)器件V1導(dǎo)通，變壓變頻器輸出正電壓，使增大。當(dāng)?shù)獺BC仍保持正電保持導(dǎo)通，使繼續(xù)增正電平，驅(qū)動上橋臂功率增長到與相等時，雖然，平輸出，大直到達到ia=i*a+h，?ia=–h，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，HBC輸出負電平，關(guān)斷V1，并經(jīng)延時后驅(qū)動V4但此時未必能夠?qū)?，由於電機繞組的電感作用，電流不會反向，而是通過二極管續(xù)流，使受到反向鉗位而不能導(dǎo)通。此后，逐漸減小，直到時，，到達滯限值，使HBC再翻轉(zhuǎn)，又重復(fù)使導(dǎo)通。這樣，與交替工作，環(huán)偏差的下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7-2中可以看到，輸出電流是十分接近正弦波的。圖7-2電流滯環(huán)跟蹤控制時的電流波形圖7-2給出了在給定正弦波電流半個周期內(nèi)的輸出電流波形和相應(yīng)的相電壓波形?？梢钥闯?，在半個周期內(nèi)圍繞正弦波作脈動變化，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)和電機的反電動勢有關(guān)。圖7-3三相電流跟蹤型PWM逆變電路圖7-4三相電流跟蹤型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)，同時還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。當(dāng)環(huán)寬選得較大時，可降低開關(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，卻使開關(guān)頻率增大了。這是一對矛盾的因素，實用中，應(yīng)在充分利用器件開關(guān)頻率的前提下，正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高，響應(yīng)快，且易于實現(xiàn)。但受功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的限制，僅在電機堵轉(zhuǎn)且在給定電流峰值處才發(fā)揮出最高開關(guān)頻率，在其他情況下，器件的允許開關(guān)頻率都未得到充分利用。為了克服這個缺點，可以采用具有恒定開關(guān)頻率的電流控制器，或者在局部范圍內(nèi)限制開關(guān)頻率，但這樣對電流波形都會產(chǎn)生影響。屬于閉環(huán)控制，這是各種跟蹤型PWM交流電路的共同特點。滯環(huán)控制三相電流跟蹤型逆變器，成給定頻率與幅值的正弦電流參考信號Iref,與實際相電流檢測信號Is相比較，其偏差經(jīng)滯環(huán)比較器，控制逆變器該相上下兩個橋臂電力電子器件的通或斷，其逆變器的輸出電壓是高度相等但寬度不等的脈沖，而逆變器輸出的實際電流被限制在正弦波形上下脈動，基本上則是正弦波實行的是電流控制。給定正弦波發(fā)生器生7.1.2滯環(huán)控制三相電流跟蹤型逆變器的仿真模型電流滯環(huán)控制SPWM逆變器的仿真圖如下仿真模型中主要使用的模塊與提取的路徑是元器件名稱提取元器件路徑正弦波信號模塊SineWaveSimulink/Sources/SineWave帶有滯環(huán)的繼電特性模塊RelaySimulink/Discontinuities/Relay7.2仿真模型使用模塊的參數(shù)設(shè)置(1)多功能橋式整流電路設(shè)置如圖7-5圖7-5UniversalBridge參數(shù)設(shè)置對話框（2）正弦波信號發(fā)生器設(shè)置其參數(shù)如圖7-6所示。Ub與Uc的參數(shù)設(shè)置同Ua的，僅πSineWave。模型中有三個正弦波信號發(fā)生器，其中Ua“Phase(rad)”分π別為-2/3與2/3。圖7-6正弦波信號發(fā)生器Ud參數(shù)設(shè)置對話框（3）萬用表Multimeter。模型中有四個萬用表，Multimeter參數(shù)設(shè)置如圖7-7所示，即被選要測量的參數(shù)為Ib：RLa。而Multimeter1與Multimeter2被選要測量的參數(shù)分別為Ib：RLb與Ib：RLc,Multimeter3被選要測量的參數(shù)為uRLa。Ib：RLa、Ib：RLb與Ib：RLc為三相阻感性負載上的電流iRLa、iRLb、iRLc、uRLa為逆變器輸出相電壓uRLa。圖7-7Multimeter參數(shù)設(shè)置對話框(4)帶有滯環(huán)的繼電特性模塊Relay設(shè)置如圖7-8圖7-8帶有滯環(huán)的繼電特性模塊的參數(shù)設(shè)置對話框7.3模型仿真及仿真結(jié)果采用ode23tb算法，對模型進行仿真，即可得到多組仿真曲線圖7-9三相給定正弦電流參考信號Irefa、Irefb、Irefc圖7-10逆變器輸出相電壓URla圖7-11三相阻感性負載電流IRla、IRLb、IRLc仿真結(jié)果：萬用表Multimeter3后接示波器檢測的波形如圖7-10所示，測量的參數(shù)為uRla即為逆變器的輸出A相電壓上下區(qū)間，其寬度是由正線電流參考信號Iref與實際壓，波形為高度相等但寬度不等的脈沖，脈沖高度正好是直流電源的電相電流檢測信號Is兩曲線的焦點所確定的。這些等幅矩形脈沖序列波與正弦波等效，當(dāng)脈沖序列波的寬度發(fā)生變化時，其等效正弦波的參數(shù)亦改變了。萬用表Multimeter、Multimeter1與Multimeter2后接示波器檢測的波形如圖7-11所示，測量的參數(shù)為三相阻感性負載上的電流iRLa、iRLb、iRLc，即Ib：RLa，Ib：RLb與Ib：RLc。可見，實際電流被限制在正弦波形上下脈動，基本上是正弦波。當(dāng)改變正弦波信號幅值時，負載電流幅值也會跟著改變。同樣，當(dāng)改變正弦波信號頻率時，負載電流的頻率也會跟著改變。電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān)，同時還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。當(dāng)環(huán)寬選得較大時，可降低開關(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，卻使開關(guān)頻率增大了。這是一對矛盾的因素，實用中，應(yīng)在充分利用器件開關(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