張小青，樊戰(zhàn)亭，張宣妮

（咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，陜西咸陽712000）

1 引言

隨著電力電子技術(shù)、開關(guān)電源、變頻器等技術(shù)的發(fā)展，電流控制技術(shù)被提出了越來越高的要求。電流控制已是各種高性能功率變換器常用的核心技術(shù)之一，常常作為功率變換器控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，其性能直接影響到功率變換器的控制性能［1-2］。電流滯環(huán)跟蹤控制的交流變頻器具有輸出電流正弦度高，電流易于控制的優(yōu)點［3］，其應(yīng)用越來越廣泛。對轉(zhuǎn)速動態(tài)性能要求較高的三相異步電動機控制系統(tǒng)中，需要利用對稱的三相3 線正弦交流電流來形成均勻穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)磁場［4］。對單相電流滯環(huán)跟蹤技術(shù)已進(jìn)行了大量的探討研究［5-11］，其中文獻(xiàn)［11］深入分析了三態(tài)準(zhǔn)PWM電流滯環(huán)控制技術(shù)及其在異步電機中的應(yīng)用，但未對三相3線制系統(tǒng)電流存在的耦合問題提出解決方案。目前三相3 線變換器電流解耦方案有很多，但多是針對有功電流和無功電流之間的解耦控制方案［12］，而電流滯環(huán)跟蹤是一種非線性電流控制技術(shù)，僅需利用簡單的疊加原理就可以實現(xiàn)解耦。本文就是這樣利用電流滯環(huán)跟蹤技術(shù)與疊加解耦原理來產(chǎn)生三相逆變器所需的PWM控制波，從而得到三相3線對稱正弦交流電流，通過仿真比較驗證了其有效性及優(yōu)越性。

2 三相逆變器電路結(jié)構(gòu)

三相逆變器電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。三相交流電經(jīng)三相橋式整流電路及電容濾波后變成了具有恒定電壓值的直流電，為后面的三相橋式逆變器提供輸入。為了保證三相橋式逆變器能快速開關(guān)，在這里采用了高頻率的全控型MOS管，而MOS 管的門極觸發(fā)信號由電流滯環(huán)跟蹤及反饋解耦PWM波來控制。開關(guān)管VTb與Rb用來解決電路泵升電壓問題，當(dāng)控制器檢測到泵升電壓高壓規(guī)定值時，開關(guān)管VTb導(dǎo)通，使多余的能量通過放電電阻Rb消耗掉。

圖1 三相逆變電路結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of 3-phase inverter

3 三相3 線電流耦合分析及解耦設(shè)計

3.1 三相3線電流耦合分析

當(dāng)圖1中的負(fù)載為三相對稱負(fù)載時，有

記三相參考電流分別為irA，irB，irC，電流跟蹤誤差分別為ΔiA，ΔiB，ΔiC，則

定義Sa，Sb，Sc分別表示三相的開關(guān)狀態(tài)，“1”表示上橋臂導(dǎo)通，“-1”表示下橋臂導(dǎo)通。當(dāng)Sa=1 時，ua=0.5Udc；當(dāng)Sa=-1 時，ua=-0.5Udc，即有ua=Sa·0.5Udc，b，c節(jié)點情況相類似。因而根據(jù)圖1，可列方程如下：

其中

式中：uNN1為三相電壓中性點N 與直流中性點N1之間的電壓差。

從式（5）、式（6）明顯看出A 相電流不僅與其對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)Sa有關(guān)，還與Sb，Sc有關(guān)，對于B，C相情況類似。為了能較好地控制各相電流，必需進(jìn)行一定的解耦控制。

3.2 解耦設(shè)計

為了解除各相之間的耦合控制，先假設(shè)N 與N1點之間的壓差為0。根據(jù)疊加原理，式（5）可分解兩部分之和為

4 電感參數(shù)計算

電流跟蹤型逆變器中電感的選取很重要，它不僅會影響逆變器的外特性［13］，而且會直接影響逆變器的跟隨性及主電路開關(guān)元件的使用壽命［14］。在負(fù)載一定的情況下，電感是決定跟蹤性能的關(guān)鍵因素。

設(shè)主電路開關(guān)元件的允許開關(guān)頻率fc為20 kHz，參考電流頻率f 為50 Hz，環(huán)寬H 設(shè)為0.1，參考電流的幅值Irm為2 A，直流電壓Udc為20 V，計算電感的上、下限值［7］：

所以L取3 mH。

5 方案驗證

5.1 解耦方案的實現(xiàn)

圖2 三相3線PWM電流滯環(huán)解耦方案Fig.2 3-phase 3-wire PWM current hysteresis decoupling scheme

5.2 整體方案驗證

圖3 未解耦的仿真結(jié)果圖Fig.3 Simulated result with no decoupling control

采用圖1 所示的主電路，電流參考幅值設(shè)為2 A，輸出期望幅值也為2 A。圖3 為三相3 線僅有電流滯環(huán)跟蹤（未解耦）的仿真實驗結(jié)果。圖4為加解耦后的仿真實驗結(jié)果。圖4a 為電流跟蹤誤差分別為ΔiA，ΔiB，ΔiC的波形；圖4b為三相輸出電流iA，iB，iC的波形；圖4c為電路中1號MOS管對應(yīng)的PWM 觸發(fā)脈沖；圖4d 為的波形。由于篇幅所限，在這里僅列出了一個MOS管的PWM觸發(fā)脈沖。從仿真結(jié)果來看解耦后跟蹤誤差得到明顯改善，而且解耦后能保持開關(guān)管頻率基本恒定，表明了該解耦方案在電流滯環(huán)跟蹤控制中的效果良好。

圖4 解耦后的仿真效果圖Fig.4 Simulated result with the proposed decoupling control

6 結(jié)論

電流滯環(huán)跟蹤是電流控制技術(shù)中的重要方法之一。對于三相3 線電流各相存在開關(guān)耦合性，在這里采用了疊加方式進(jìn)行解耦，把電流跟蹤誤差ΔiA，ΔiB，ΔiC分解為三相交流中性點N與直流中性點N1短接時對應(yīng)的電流跟蹤誤差和僅有三相交流中性點N 與直流中性點N1的壓差工作時對應(yīng)的三相電流兩部分，解耦方案中采用先得到，再反補償?shù)姆桨?，間接解除了三相3 線電流各相耦合性。通過Matlab 仿真驗證了所提出的三相3 線PWM電流滯環(huán)解耦控制的可行性與有效性。

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