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級三班8號 XX摘要針對傳統(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，對其開關(guān)頻率進行了數(shù)學(xué)分析，最后構(gòu)建模型并進行仿真。仿真結(jié)果表明，此方法效果明顯，動態(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單、易于硬件實現(xiàn)、工作可靠、無跟蹤誤差、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點，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，但是在電流電機中，實際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流，因為在交流電機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，不含脈動分量。因此，若能對電流實行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開環(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。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 進行比較，電流偏差 D 超過時 ±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，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)動上橋臂功率開關(guān)器件V1導(dǎo)通，變壓變頻器輸出正電壓，使增大。當增長到與相等時，雖然滯環(huán)比較器的輸入信號的符號發(fā)生了變化，但HBC仍保持正電平輸出，保持導(dǎo)通，使繼續(xù)增大直到達到= + h ， D = h ，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，HBC輸出負電平，關(guān)斷V1 ，并經(jīng)過延時后驅(qū)動V4，直到電流的負半周V4才能導(dǎo)通。但此時未必能夠?qū)?，由于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ia=ia*-h，到達滯環(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)跟蹤控制時的電流波形圖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?？梢钥闯觯诎雮€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)。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

6、。當環(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)比較方式的電流跟蹤型PWM交流電路有以下特點：1. 硬件電路簡單；2. 屬于事實控制方式，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. 和計算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時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。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，當環(huán)寬2h=4時，其觸發(fā)脈沖波形比2h=8

8、時要更密集，即觸發(fā)頻率快，對IGBT的開關(guān)頻率高；電流跟蹤效果明顯比2h=8時的要好，其總諧波失真也要比2h=8時小，但是可以看出在一個周期內(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時的開關(guān)頻率比2h=8時的快，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比可知，當環(huán)寬較?。?h=4）時，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%；而當環(huán)寬較大（2h=8）時，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)及心得體會通過實驗分析和理論學(xué)習(xí)可知，環(huán)寬過寬時，開關(guān)頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差小，但開關(guān)頻率過高，開關(guān)損耗增大。L大時，i的變化率小，跟蹤慢；L小時，i的變化率大，開關(guān)頻率過高所以在現(xiàn)實應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)所給開關(guān)器件如IGBT的開關(guān)頻率范圍來選擇環(huán)寬的大小，一般在開關(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。當所給環(huán)寬小時，電流跟蹤控制的精度高，電流跟蹤效果好，同時電流的諧波分量也少，但是對IGBT的開關(guān)頻率要求高；當所給環(huán)寬大時，電流跟蹤控制的精度就減小了，