兩種典型控制方法在逆變器控制器中的比較

摘要：對比分析了逆變器控制中的電容電流反饋和電感電流反饋兩種控制方式。推導了控制器的控制模型，分析了控制器的設計方法，給出了各種突加負載及恒定負載狀態(tài)下的實驗結果，指出了兩種控制方法的特點以及優(yōu)缺點。實驗在800VA的逆變器中進行,逆變器的開關頻率是30kHz，輸出電壓是400Hz,115V有效值的正弦波。

關鍵詞：電容電流；電感電流；控制器

0 引言

逆變器可以采用的控制方法種類繁多，不同的控制方法都有其獨特的優(yōu)點及適用場合[1][2]。從控制環(huán)路的角度看，可以分為開環(huán)控制、單環(huán)控制、雙環(huán)控制以及多環(huán)控制。

開環(huán)控制無論在靜態(tài)特性或動態(tài)特性方面都無法滿足UPS逆變器的要求。為了獲得逆變器輸出電壓良好的靜態(tài)和動態(tài)特性，可以采用輸出電壓單環(huán)瞬時值反饋控制。這種控制方法能夠實時地調節(jié)輸出電壓的波形，比較好地抑制元器件的非線性特性和直流母線電壓波動帶來的影響，在一定程度上改善了逆變器的靜態(tài)和動態(tài)特性。但是由于這種控制方法只有單電壓環(huán)控制，當負載發(fā)生比較大的動態(tài)變化時（如負載的電流突然變大），逆變器的輸出電壓會有比較大的畸變，而且動態(tài)調節(jié)比較慢。由于這種系統是二階振蕩環(huán)節(jié)，負載越輕，動態(tài)調整時間越長，且輕載時閉環(huán)系統的根軌跡靠近虛軸，系統穩(wěn)定性差。為了進一步提高逆變器的控制特性，可以采用雙環(huán)和多環(huán)控制，由于多環(huán)控制比較復雜，目前實際應用中采用很少。雙環(huán)控制由于控制性能良好，控制方便而得到了較多的應用。本文針對輸出電壓和濾波電容電流反饋以及輸出電壓和濾波電感電流反饋的兩種典型雙環(huán)控制方法進行了對比分析。

1 兩種反饋環(huán)路的逆變器控制模型

圖1是全橋逆變器的主電路圖，Vd是直流電壓源，S1～S4是4個IGBT開關管，L和C是濾波電感和濾波電容，用于濾除逆變系統中的高次諧波。rL和rC是濾波電感和濾波電容的等效串聯阻抗。ZL是負載，負載可以是純阻性也可以是非線性等。圖1所示的逆變器主電路圖由于開關器件的存在是個非線性系統。但是，當器件的開關頻率遠遠大于逆變器輸出電壓的基波頻率時，可以用狀態(tài)空間平均和線性化技術來分析。按照圖1所示，可以得到下面的逆變器模型的動態(tài)方程：

（1）

（2）

v0=（3）

iL=iC＋iZ（4）

式中：iC，iL，iZ分別是電感、電容、負載的電流。

圖1 全橋逆變器的主電路

上面的動態(tài)方程顯示了逆變器中各個量的相互關系。在上面建立方程的過程中，逆變器可以看作一個具有恒定增益的放大器。以前面的動態(tài)方程為基礎，可以設計一個如圖2和圖3所示的控制器模型。其中的系數定義如表1所列。

圖2 電感電流反饋逆變器控制模型原理框圖

圖3 電容電流反饋逆變器控制原理框圖