【正文】 ........................................................................................................... II 關鍵字 ......................................................................................................... II ABSTRACT .................................................................................................... III KEY WORDS .................................................................................................. III 前言 .............................................................................................................. 1 1. 緒論 ........................................................................................................... 3 數字化逆變電源的發(fā)展 ................................ 3 數字化逆變電源的控制 ................................ 3 本文主要研究內容 ................................... 3 2. 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變 .................................................................... 5 SPWM 脈寬調制技術 ................................... 5 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變 ............................ 7 本章小結 ........................................... 10 3. 直流 /交流變換器（逆變器） .................................................................11 逆變器的類型和性能指標 ............................. 11 電壓型單相方波逆變電路工作原理 ..................... 11 電壓型單相逆變器電壓和波形控制 ..................... 11 三相逆變電路工作原理 ............................... 12 三相逆變器輸出電壓和波形的 SPWM 控制 ................ 12 三相逆變器電壓空間矢量 ............................. 12 4. 系統(tǒng)綜述 ................................................................................................. 13 技術指標 .......................................... 13 系統(tǒng)主電路 ........................................ 21 驅動，測量，保護電路 ............................... 19 本章小結 .......................................... 21 5. 改進型重復控制 ..................................................................................... 22 概述 .............................................. 22 數字 PID 控制技術 .................................. 22 重復控制技術 ...................................... 23 改進型重復控制 .................................... 26 改進型重復控制器參數設定 ........................... 27 結束語 ........................................................................................................ 30 參考文獻 .................................................................................................... 31 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） II 致謝 ............................................................................................................ 32 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） III 400HZ 逆變電源 的研究 摘要 400Hz逆變電源是航空專用電源，由于其應用的特殊場合，也就對其提出更高的要求，數字化、高效率、高性能是專用逆變電源的發(fā)展方向。為了取得更好的控制效果，把改進型重復控制算法應用到本系統(tǒng)當中，改進型重復控制把重復控制與PID控制相結合，取得較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性。其應用領域也 達到了前所未有的廣闊，從毫瓦級的液晶背光板逆變電路到百兆瓦級的高壓直流輸電換流站；從日常生活的變頻空調、變頻冰箱到航空領域的機載設備；從使用常規(guī)化石能源的火力發(fā)電設備到使用可再生能源發(fā)電的太陽能風力發(fā)電設備，都少不了逆變電源。當然還有其他的分類 方式可以把逆變電源分為不同 的種類，這里不再敘述。進入 80 年代后，現代電源技術隨著 IGBT、功率MOSFET、 IPM、 MCT 等新元件的出現，諧振變流、軟開關、電路拓撲等新理論的支持，功率因數校正、并聯均流、有源鉗位、微機監(jiān)控等技術的應用，使現代電源技術逐漸走上高頻化。雖然模擬控制技術已經非常成熟，但其存在很多固有的缺點：控制電路的元器件比較多。從而實現高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯運行系統(tǒng)。 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 5 2 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變 SPWM脈寬調制技術 SPWM正弦脈寬調制法 (Sinusioidal PWM)是調制波為正弦波 、載波為三角波或鋸齒波的一種脈寬調制法，由于三角載波的頻率通常較高，因而理論上其輸出電壓波形的諧波頻率主要集中在較高的頻率段上，所以經過很小的濾波器就可以得到比較理想的 正 弦波輸出電壓。圖 21(a)是用兩個極性相反的參考正弦波與雙向三角形載波交截產生功率開關驅動信號。即 +1/一 1(一 1/+1)切換方式，整個輸出電壓周期內所得到的是兩態(tài)輸出電壓波形。該電路結構由單向 DC/DC變換器、濾波器、極性反轉逆變橋構成，具有電路結構簡潔、單向功率流、直流變換級工作在 SPWM(輸出電壓調節(jié)范圍寬 )、極性反轉逆變橋功率開關電壓應力低且為 ZVS、輸出濾波器負擔減輕、適用于可再生能源的有源逆變以及阻性滿載時的無源逆變場合。雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的電路結構，由雙向直流變換器和極性反轉逆交橋構成，具有電路結構簡潔、雙向功率流，輸出電壓波形質量高、負載適應能力強等特點，有效地克服了單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的固有缺陷。 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 11 3 直流 /交流變換器 直流 /交流電功率變換器稱為 逆變。電壓型逆變電路的輸入為直流電壓源，逆變器講輸入的直流電壓逆變輸出交流電壓，因此也稱它為電壓源型逆變器 VSI；電流型逆變電路的輸入端串接有大電感，形成平穩(wěn)的直流電流源，逆變器將輸入的直流電流逆變?yōu)榻涣麟娏鬏敵?，因此也稱它為電流源型逆變器 CSI。同一橋臂上、下兩管 1T 、 2T 或 3T 、4T 關斷信號與開通信號之間的間隔時間稱為死區(qū)時 間，在死區(qū)時間中， 1T 、 2T 或 3T 、 4T 均無信號 。三相電壓型逆變電路任何時刻一個橋臂只有一個開關管被驅動導通，上、下開關管驅動信號互補。這一級要保證功率因數為 1，同 時實現穩(wěn)壓的 功 能 。該逆變電路實際上是一種 Buck逆變器，即上一章所提到雙向直流變換器，它是雙向直流變換器的一種應用，這種 Buck逆變器可以看作由兩個部分組成： (1)具有雙向電流導通能力的 Buck變換器。直流側的電壓采用單極性 SPWM 調制通過 DC/DC在電感后面生成單極性饅頭波，即頻率為 800HZ。 （ 3） 傳統(tǒng)的全橋逆變器存在一些不足，逆變器的輸出電壓幅值只能低于直流電 壓的幅值。有功功率與幅值有關，無功功率與相位有關。功率 MOSFET具有優(yōu)良的開關特性、開關時間短、開關損耗低、可以工作在超聲頻脈沖情況下。分立元件構成的驅動電路元件多，電路復雜，穩(wěn)定性欠佳和使用 不便，有大規(guī)模集成化基極驅動電路芯片供選擇使用?？紤] 到 系 統(tǒng)的過 載系 數為AK =，安全系統(tǒng) RK =，系統(tǒng)在輸出功率為 2KVA時 的 MOSFET器件峰值約為 55A。允許通過的信號頻率范圍稱為通帶， 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 18 不允許通過的信號頻率范圍稱為阻帶，通帶與阻帶交界的頻率 Cf 稱為截止頻率。 (1)特性阻抗 P的選擇 特性阻抗 ? 與負載阻抗的關系是 ? =(～ )RL (2)截至頻率 cf 的選擇 截止頻率 cf 與最低次諧波頻率 Kf 的關系是 chbff KC /? 式中 b稱為濾波器 的衰減系數，它是濾波器的諧波輸入電壓與諧波輸出電壓的比值對數。 [15] 本電路采用了光耦隔離技術，然而不是簡單的使用光耦，而是使用了光耦隔離的通用驅動集成塊 TLP為防止這種現象發(fā)生， 在柵 源極 間務 必并接一 只柵源電阻 3R ，如圖 410所示。 圖 411所示為霍爾電壓傳感器的連接電路，采樣輸出電阻上的電壓 ,采用 LEM公司的LV28P電壓霍爾模塊。 采樣電壓輸出的關系： VOUT /V采樣 =（ 10mA? 20K） /(25mA? 120)。出現輸出過壓時 ,采樣電壓高于過壓基準 ,則比較器輸出低電壓 ,過壓保護立刻動作封鎖驅動脈沖。 圖 412 采樣電路 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 22 5 改進型重復控制 逆變電源控制 系統(tǒng)的設計大都采用反饋控制技術。無差拍控制是一種基于電路方程的控制方法，80年代末期引入到正弦波逆變電源控制系統(tǒng)中來。本文詳細分析了數 字 PID控制和重復控制兩種控制方法，并將它們結合在一起，形成了一種新的改進行型重復控制方案 [11]。 圖 51 PID 控制結構圖 以和式代替積分，以增量代替微分，將式離散化， 得到 (53)式 ?? ?????KjP kekekdjekikeKkU 0 )]1()([)()()( （ 53） (1)跟蹤信號為 快速變化的 J下弦波，理論上系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng) ,不可能做到無靜差跟蹤。以此類推，如果系統(tǒng)要實現對正弦信號的無靜差跟蹤，那么正弦函數模型必須包含在穩(wěn)定的系統(tǒng)傳遞函數內 。與積分控制機理類似，包含重復信號發(fā)生器的逆變電源波形控制系統(tǒng)，當指令波形和反饋波形不一致時，控制量 (即 SPWM調制信號 )幅度會逐周期、無限制的變化 (暫不考慮限幅的作用 )。 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 25 圖 54 重復控制器結構圖 （ 1） Q(z)濾波器 圖 54所示為離散化的重復信號發(fā)生器 ,可視為以周期為步長的純積分環(huán)節(jié)。由此可知 ,S(z)的作用就是提供相位補償和幅值補償，以保證重復控制系統(tǒng)穩(wěn)定，并在此基礎上改善波形校正效果。總的說來，補償器 S(z)要達到的目的是使校正后的對象中低增益接近于 l。干擾出現后的一個參考周期內，系統(tǒng)對干擾并不產生任何調節(jié)作用，這一個周期系統(tǒng)近乎處于開環(huán)控制狀態(tài)。該方案中，PID調節(jié)器和重復控制器并聯在控制系統(tǒng)的前向通道中，共同對系統(tǒng)的輸出產生影響。 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 27 圖 55 改進型重復控制器 改進型重復控制器參數設定 改進型重復控制器參數的設定可以分為兩部分，即 PID的參數設定和重復控制參數的設定，在實際的設計當中這兩部分可分別設計，即先設計 PID控制器各參數，然后加入重復控制器并調整各個參數。開始時把參數 iK 設的小一些，然后反復調整 PK 、 iK ，直到達到滿意的性能為止，在本設計中采用 PI控制能達較好的動態(tài)性能