文/潘海艷 張巖 陳胤 趙汗青

1 前言

現(xiàn)如今，人們對(duì)于地鐵這種大運(yùn)量的軌道交通運(yùn)輸方式早已不再陌生，對(duì)于其中的空調(diào)系統(tǒng)也是耳熟能詳。在地鐵車(chē)輛主供電正常時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)可以為乘客提供一個(gè)舒適的乘車(chē)環(huán)境，但在列車(chē)主供電故障情況下，空調(diào)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，這時(shí)應(yīng)急通風(fēng)逆變器就發(fā)揮作用了，它將蓄電池提供的DC110V電源逆變成三相交流電，從而保障空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)正常工作，車(chē)廂內(nèi)通風(fēng)順暢，保證乘客的人身安全與健康。為了保護(hù)蓄電池，防止蓄電池欠壓，應(yīng)急通風(fēng)逆變器要求啟動(dòng)45分鐘后，自動(dòng)停止運(yùn)行，為了避免風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流瞬間增大現(xiàn)象，逆變器增加硬件電路和軟件檢測(cè)兩種方法同時(shí)檢測(cè)輸出電流值，一旦超過(guò)設(shè)定閾值，立即進(jìn)行保護(hù)。應(yīng)急通風(fēng)逆變器已成為現(xiàn)代地鐵列車(chē)的必需品。

2 逆變器整體工作原理

逆變器主要分為兩部分組成，一是將DC110V升壓到DC590V，二是將DC590V逆變成AC380V/50Hz，其中升壓部分核心就是控制方法選擇，如果控制方法不好易導(dǎo)致電感飽和，如圖1綠色波形所示，在不同周期的BOOST電路輸?shù)碾娏鞔笮∮凶兓?，即電感出現(xiàn)了BOOST電感飽和現(xiàn)象。其中黃色是逆變電路輸出的電流波形，輸出電流波形不同的周期大小也出現(xiàn)了變化，此時(shí)輸出電流波形諧波含量為5.5%。不飽和BOOST電路電流波形如圖2綠色波形所示，BOOST電路輸出電流波形穩(wěn)定，不同周期的電流大小沒(méi)有變化，并且測(cè)試輸出電流表征的信號(hào)包絡(luò)線(xiàn)是兩條完美平行線(xiàn)，局部沒(méi)有任何的信號(hào)測(cè)試性凸起或者缺陷，說(shuō)明電感電流波形沒(méi)有飽和現(xiàn)象。其中黃色為輸出電流波形，不同的周期電流波形的大小也沒(méi)有變化，此時(shí)輸出電流波形諧波含為3%。

本文首先介紹BOOST電路控制方法，最后與逆變部分聯(lián)合調(diào)試，測(cè)得輸出電壓波形諧波含量小于2%，整個(gè)逆變器工作噪聲65db，并且工作效率可達(dá)93%。

3 Boost電路工作模式

圖1

圖2

圖3：控制邏輯圖

圖4

設(shè)BOOST電路工作于臨界狀態(tài)時(shí)算出此時(shí)的電感值，當(dāng)選用電感大于這個(gè)值時(shí)電路工作于CCM，當(dāng)選用電感小于這個(gè)值時(shí)電路工作于DCM。實(shí)際應(yīng)用中，多讓BOOST電路工作于CCM，主要是因?yàn)槠湫矢哂贒CM，紋波電流小，發(fā)熱少，缺點(diǎn)就是CCM控制環(huán)路很難調(diào)整，如果控制不好，很容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，但本文采用的是改進(jìn)型電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，有效解決飽和現(xiàn)象。

表1

圖5

圖6

圖7

圖8

4 Boost升壓電路控制方法

改進(jìn)型電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制邏輯圖如圖3所示。

首先給設(shè)定參數(shù)電壓值與AD采樣到的BOOST電路輸出電壓值進(jìn)行比較得到一個(gè)電壓差值，對(duì)其差值進(jìn)行PI運(yùn)算得到輸出參考電流值，計(jì)算得到的參考電流值與通過(guò)電流傳感器采集到的BOOST電路電流值進(jìn)行比較得到電流差值，對(duì)其電流差值進(jìn)行PI運(yùn)算，對(duì)電流進(jìn)行PI運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行微分計(jì)算，計(jì)算結(jié)果用于調(diào)整BOOST電路PWM波占空的大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)BOOST電路的控制。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）BOOST電路升壓電感輸出電流波形如圖4所示：該工作在連續(xù)模式，輸出電流最大值為10A，BOOST電路升壓電感輸出電流波形的包絡(luò)線(xiàn)是兩天完美的平行線(xiàn)，如圖5所示，因此電感不存在飽和現(xiàn)象

（2）如圖6所示，Boost升壓電路輸出啟動(dòng)電壓波形是逐漸上升，上升到DC590v，不會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象，上升到DC590V后就變成了一條直線(xiàn)，證明BOOST輸出電壓十分穩(wěn)定。

（3）如圖7所示，啟動(dòng)時(shí)輸出電流波形從小逐漸變大，符合風(fēng)機(jī)V-I特性曲線(xiàn)，平穩(wěn)運(yùn)行后，輸出電流波形的包絡(luò)線(xiàn)是兩條完美的平行線(xiàn)，輸出頻率為47Hz時(shí)，輸出電流諧波含量為1.18%，如圖8所示。

（4）第三方噪聲測(cè)試結(jié)果如圖9所示，噪聲為57dB。

（5）通過(guò)功率分析測(cè)得逆變器箱在輸出頻率為50Hz，輸出功率為3.9kva時(shí)，工作效率為94%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖9

6 結(jié)論

本論文針對(duì)逆變器升壓電路控制方法做出了改進(jìn)，有效抑制BOOST電感飽和現(xiàn)象，減小輸出電流的諧波含量，啟動(dòng)過(guò)程符合風(fēng)機(jī)V-I特性曲線(xiàn)，從而增加逆變器可靠性和穩(wěn)定性。