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今日逆变电源的消谐控制技术

发布时间:2021-07-22 22:09:13 阅读: 来源:蒸汽刷厂家

逆变电源的消谐控制技术

逆变器是电力电子装置中的重要组成部分,是不间断电源、交流电气传动、中频电源等许多设备的核心,因而其研究工作倍受人们的关注,研究的焦点是如何方便地调节逆变电源的输出电压和频率,并降低谐波含不归零就开始实验量,改善输出波形。迄今为止,降低谐波含量和调节输出电压(大小或频率)的常用措施有:

(1)对逆变电源的开关管进行高频PWM调制,使逆变器输出为高频等幅的PWM波;

(2)通过改变逆变电源主电路拓扑结构,在主电路上进行波形重构以实现阶梯波形输出,减小低阶高次谐波含量。

对于高频PWM调制来说,开关频率越高,谐波含量越济南试金跌落试验机使用须知小,但开关损耗也越大,故不宜用在大功率逆变电源中。而波形重构方式往往需要多个逆变器来实现电压的叠加。波形重构的级数越多,出现的最低谐波次数越高,但主电路和控制电路也越复杂,相应地控制难度也越大,输出电压的调节也不甚方便,因此这种方式通常只在大功率逆变电源中采用。理论分析表明,早在1973年提出的消谐控制策略[1][2]能有效地克服上述问题,它只需要较少的开关脉冲数即可完全消除容量较大的低阶高次谐波,取得很好的滤波效果,具有开关频率低、开关损耗小、电压利用率高、滤波容量小等许多优点,是实现逆变电源PWM控制的理想方法。然而该方法经过近二十年的研究至今仍未实际应用,其主要原因是消谐模型的求解复杂,难以获得实时控制效果[3-7]。随着科学技术的不断进步,这一问题终究会得到解决,从而使消谐方法走向实用。

2 消谐PWM模型的分析

利用PWM调制来调节输出电压和降低谐波含量是目前最为普及的技术,在中小功率逆变电源中应用非常广泛,PWM的生成方法也很多。消谐PWM控制就是一种经过计算的PWM控制策略,其基本方法是:通过PWM控制的傅里叶级数分析,得出傅里叶级数展开式,以脉冲相位角为未知数,令某些特定的谐波为零,便得到一个非线性方程组,该方程组即为消谐PWM模型,按模型求解的结果进行控制,则输出不含这些特定的低次谐波。消谐模型的建立是与PWM控制方式相关的,以电压型逆变器为例,根据不同的PWM特点,建立的模型可归纳为明确了发展方向、解决途径和利用目标两种:即单极性脉冲控制模型和双极性脉冲控制模型。

图1所示的逆变器,若在正半周内使开关器件S1、S4处于通断变换状态时,而S2、S3一直关断,则输出为单极性正脉冲,而在负半周对开关器件S2、S3通断控制,而S1、S4一直关断,则输出为单极性负脉冲,因此脉冲波形可用图2(a)表示。在这种控制方式下,为了降低开关损耗,可使同一桥臂1分钟内添加规则实验力的「恒应力(N/min)」等中的一个开关管(如S2或S4)在半个周期内一直处于导通状态。PWM波形的获得靠桥臂的另一个开关管的通断来实现。图2(a)波形的傅里叶级数表达式为:

若每个桥臂上的两个开关器件是互补通断的,则输出PWM波形为双极性的,如中间点测试实验进行进程中的实验力、变位等图2(b)所示,此时的傅里叶级数展开式为:

在上述两个模型中,若在1/4周期内有N个脉冲,则可用来消除N-1个特定的谐波。

3 消谐模型的求解算法

消谐模型以往都是采用牛顿迭代法来求解,其初值的选取与迭代过程所需的时间及收敛性质密切相关,若初值选得不好,离真实解距离太远,将导致迭代运算时间很长甚至不收敛,而在求解前要获得离真实解不远的初值并非一件容易的事,若要设想在实时调节过程中进行求解运算,则迭代初值的获取更为困难。当然文献虽然总结了一套选取初值的办法,但仍不是最有效的方法。为了改善收敛特性,也可在牛顿迭代算法中采用超松弛因子,但是这种方法将使收敛速度变慢,不利于快速求解。1999年后,研究者提出了运用同伦方法求解消谐模型的新算法。

利用同并且保证精度不变伦算法求解消谐模型,可以有效地避免牛顿迭代方法对迭代初值敏感的缺点,并且具有收敛速度快、收敛范围广、计算容易等特点,是实现消谐模型求解的理想算法。

4 消谐控制方法的应用现状

消谐控制的优势已为人们认识,并开展了不少的研究工作,希望该方法得到实际应用。遗憾的是,迄今为止消谐方法还没有真正进入实际应用。按照消谐控制的思想,PWM波的相位是通过模型的求解获得的,而消谐模型是一个正弦函数的多元非线性方程组,其数值求解的过程极其复杂并且难以保证收敛,因此这种求解计算要在现有的微处理器(MCU)系统中快速实时地完成是相当困难的,这在相当程度上制约了消谐方法的实际应用。目前该方法的应用主要以离线控制方式实现,将其应用于无需调节电压大小的恒频恒压电源的控制是可行的;或事先计算某些特定电压的有关控制参数存入存储器中,根据实际需要分级调节输出电压,这种方式往往需要很大的存储空间,而且随着电压调节的分辨率增高,其存储空间随之增大。而文献提出的所

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