电流滞环控制pwm.

电流滞环控制的三相PWM逆变器仿真

11级三班8号XX

摘要

针对传统的SPWM电压型逆变器的不足，提出采用电流滞环跟踪PWM的逆变器控制方式。介绍了电流滞环跟踪PWM逆变器的控制原理，对其开关频率进行了数学分析，最后构建模型并进行仿真。仿真结果表明，此方法效果明显，动态性能好，可保证电流波形好的正弦性。

关键词：电流滞环控制、三相PWM逆变器、开关频率、simulink

一、引言

三相PWM逆变器中的滞环电流控制因其控制方式简单、易于硬件实现、工作可靠、无跟踪误差、动态响应快等优点，得到了广泛的重视与应用。PWM（Pulse Width Modulation）控制技术的变压变频器一般都是电压源型的，它可以按需要方便地控制其输出电压，但是在电流电机中，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。

电流滞环跟踪控制方法的精度高，响应快，且易于实现。但受功率开关器件允许开关频率的限制，仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高开关频率，在其他情况下，器件的允许开关频率都未得到充分利用。为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率的电流控制器，或者在局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。

二、电流滞环跟踪控制原理

2.1电流滞环控制原理

常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪PWM（Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM）控制，具有电流滞环跟踪PWM 控制的PWM 变压变频器的A相控制原理如1图所示。

图1 电流滞环跟踪控制的A 相原理图

图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h 。将给定电流 *a i 与输出

电流 a i 进行比较，电流偏差 ? a i 超过时 ±h ，经滞环控制器HBC 控制逆变器 A 相上（或下）桥臂的功率器件动作。B 、C 二相的原理图均与此相同。采

用电流滞环跟踪控制时，变压变频器的电流波形与PWM 电压波形示于图6-23。

如果， a i < *a i ， 且*a i - a i ≥ h ，滞环控制器 HBC 输出正电平，驱动

上桥臂功率开关器件V1导通，变压变频器输出正电压，使a i 增大。当增长到与*a i 相等时，虽然滞环比较器的输入信号的符号发生了变化，但HBC 仍保持正电平输出，保持导通，使a i 继续增大

直到达到a i = *a i + h ， ?a i = –h ，使滞环翻转，HBC 输出负电平，关断

V1 ，并经过延时后驱动V4，直到电流的负半周V4才能导通。

但此时未必能够导通，由于电机绕组的电感作用，电流不会反向，而是通过二极管续流，使受到反向钳位而不能导通。此后，逐渐减小，直到时ia=ia*-h ，到达滞环偏差的下限值，使HBC 再翻转，又重复使V1导通。这样，与交替工作，使输出电流给定值之间的偏差保持在范围内，在正弦波上下作锯齿状变化。从图 2 中可以看到，输出电流是十分接近正弦波的。

图2 电流滞环跟踪控制时的电流波形

图2给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。可以看出，在半个周期内围绕正弦波作脉动变化，不论在的上升段还是下降段，它都是指数曲线中的一小部分，其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。

2.2 三相电流滞环控制原理

图3 三相电流跟踪型PWM逆变电路

图4 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形因此，输出相电压波形呈PWM状，但与两侧窄中间宽的SPWM波相反，两侧增宽而中间变窄，这说明为了使电流波形跟踪正弦波，应该调整一下电压波形。

电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。当环宽选得较大时，可降低开关频率，但电流波形失真较多，谐波分量高；如果环宽太小，电流波形虽然较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素，实用中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小的环宽。

采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM交流电路有以下特点：

1.硬件电路简单；

2.属于事实控制方式，电流反应快；

3.不需要载波，输出电压波形中不含有特定频率的谐波分量；

4.和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较

多；

5.闭环控制，这是各种跟踪型PWM交流电路的共同特点。

三、三相电流的滞环跟踪控制的simulink的仿真

3.1 simulink模块仿真图

图5封装后的电路图

图6 控制电路图参数封装及其内部电路图

图7 主电路图参数封装及其内部电路图

3.2 仿真波形

第一次设置的参数为：

1．控制电路中：给定的电流幅值Im=10A、频率f=50HZ；滞环比较器的环宽2h=4；

2．主电路中：直流电源电压U=300V；负载R=3Ω，L=0.008H；

A相电流FFT分析

第二次设置的参数为：

1．控制电路中：给定的电流幅值Im=10A、频率f=50HZ；滞环比较器的环宽2h=8；

2．主电路中：直流电源电压U=300V；负载R=3Ω，L=0.008H；

A相电流FFT波分析

四、仿真结果分析与总结

4.1仿真波形比较

由上述两组波形比较可知，当环宽2h=4时，其触发脉冲波形比2h=8时要更密集，即触发频率快，对IGBT的开关频率高；电流跟踪效果明显比2h=8时的要好，其总谐波失真也要比2h=8时小，但是可以看出在一个周期内，其电流在环宽内变化的次数也明显比2h=8时多，这与上面触发频率快相一致；其输出相电压波形同样体现出2h=4时的开关频率比2h=8时的快，由波形的疏密容易

看出。

4.2电流频谱分析比较

由仿真出的电流波形的频谱图对比可知，当环宽较小（2h=4）时，电流的基波分量的峰值接近于给定电流峰值（12），且总谐波失真（THD）较小为0.08%；而当环宽较大（2h=8）时，电流的基波分量的峰值较大一些，且总谐波失真（THD）较大为1.88%.

4.3总结及心得体会

通过实验分析和理论学习可知，环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。

L大时，i的变化率小，跟踪慢；

L小时，i的变化率大，开关频率过高

所以在现实应用中，应该根据所给开关器件如IGBT的开关频率范围来选择环宽的大小，一般在开关频率允许的条件下，尽可能地选择小的环宽，这样输出的电流波形质量越高。当所给环宽小时，电流跟踪控制的精度高，电流跟踪效果好，同时电流的谐波分量也少，但是对IGBT的开关频率要求高；当所给环宽大时，电流跟踪控制的精度就减小了，电流跟踪的效果也变差，电流的谐波分量也高，不过降低了对IGBT的开关频率要求。

通过本次作业，不仅对以往电力电子所学进行了一次有效的复习，同时也加强了自身对simulink软件的应用，在进行实验仿真的过程中对以往的知识得到了巩固，也提升自己对新知识的学习能力，收获很大。