基于PSIM的固定開關(guān)頻率電流控制逆變器仿真分析

武子恒 于泊寧

【摘 要】固定開關(guān)頻率電流控制逆變器的應(yīng)用日益廣泛，本文利用PSIM仿真軟件研究固定開關(guān)頻率電流逆變器的基本原理和電路實現(xiàn)，并分析其中存在的一些問題。

【關(guān)鍵詞】固定開關(guān)頻率；逆變器；仿真

中圖分類號： TM464 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）12-0118-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.051

0 引言

當今社會科技發(fā)展十分迅速，各種電氣電子設(shè)備對供電的要求也越來越高，而逆變供電作為一種簡單有效的電力供應(yīng)形式，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。為了提高逆變器的輸出性能，人們創(chuàng)造了多種逆變器控制方法，常見的有：電壓瞬時值控制、電流滯環(huán)控制、電流預測控制、SPWM電流控制和固定開關(guān)頻率電流控制等，其中，固定開關(guān)頻率電流控制逆變器可以應(yīng)用在諸如交流電機伺服驅(qū)動器的控制中。本文就是利用PSIM仿真軟件研究固定開關(guān)頻率電流逆變器的基本原理和電路實現(xiàn)，并分析其中存在的一些問題。

1 工作原理

固定開關(guān)頻率電流控制的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

以單相電路為例，輸出電流iA與參考電流i*A的誤差iε=i*A-iA，經(jīng)過比例積分（PI）環(huán)節(jié)后輸出電壓信號vcontrol，然后將vcontrol與一個固定頻率（即開關(guān)頻率fs）的三角載波信號vtri進行比較，并以此控制主電路的開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)，即通過增加或減少PWM輸出信號的占空比，實現(xiàn)對輸出電流的控制，從而實現(xiàn)對電流參考信號i*A的跟蹤。

例如，當誤差iε=i*A-iA為正，即i*A>iA時，輸出的vcontrol為正，PWM輸出信號占空比增加，進而使得主電路輸出電壓升高，輸出電流增大，使得誤差減小。反之，當誤差iε=i*A-iA為負，即i*A

2 仿真模型

根據(jù)控制的結(jié)構(gòu)框圖和逆變電路的原理，在PSIM中搭建單相的逆變電路如下圖所示。左側(cè)為控制電路，右側(cè)為主電路。

3 仿真分析

電路參數(shù)設(shè)置如下，i*A=10sin100πtA，PI控制電路放大倍數(shù)為1，時間常數(shù)為0.0001，vtri峰值為20V，頻率為10kHz，直流電源電動勢Ed=300V，交流側(cè)電阻負載R=10Ω，交流側(cè)電感負載L=10mH，仿真步距設(shè)置為5×10-6s。

仿真波形如下，藍色為參考電流i*A，紅色為輸出電流iA，綠色為誤差電流iε=i*A-iA。

發(fā)現(xiàn)輸出電流iA在參考電流i*A附近上下波動，跟蹤效果較好。

若保持其他的參數(shù)不變，將PI控制電路的時間常數(shù)改為0.001s，仿真波形如下圖4：

PI控制器中的積分環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)T， T越小，積分作用就越強。但是加入積分調(diào)節(jié)會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。從波形我們可以看出，T變大后，動態(tài)響應(yīng)變慢，紅色的輸出電流明顯滯后于藍色為參考電流iA。

若保持其他的參數(shù)不變，改變的頻率為5kHz，重新進行仿真，仿真波形如下：

可以看到綠色的誤差電流iε=i*A-iA的平均值為1.41A，而之前的值為0.71A，誤差明顯增大。

若保持其他的參數(shù)不變，分別改變電感的數(shù)值為50mH、100mH和200mH，重新進行仿真，仿真數(shù)據(jù)如下：

4 結(jié)論

由以上實驗結(jié)果可以分析得出，對于固定開關(guān)頻率電流控制電路，輸出電流以固定的頻率上下波動，且當開關(guān)頻率越高時變化越頻繁，輸出電流越接近參考電流并且誤差電流的值越小。

由于比例積分環(huán)節(jié)自身的特性，時間常數(shù)應(yīng)當合理設(shè)置，時間常數(shù)過大會引起系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度變慢而使得輸出電流調(diào)節(jié)速度變慢，誤差增大。

負載電路的感性強弱也起到很關(guān)鍵的作用，感性增大可以改善輸出電流的質(zhì)量，但是感性不能太大，否則將導致電流變化緩慢，造成很大的誤差。

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