1、電流滯環控制的三相pwm 逆變器仿真11 級三班 8 號 xx摘要針對傳統的 spwm 電壓型逆變器的不足，提出采用電流滯環跟蹤pwm 的逆變器控制方式。 介紹了電流滯環跟蹤pwm 逆變器的控制原理， 對其開關頻率進行了數學分析，最后構建模型并進行仿真。仿真結果表明，此方法效果明顯，動態性能好，可保證電流波形好的正弦性。關鍵詞：電流滯環控制、三相pwm 逆變器、開關頻率、 simulink一、引言三相 pwm 逆變器中的滯環電流控制因其控制方式簡單、 易于硬件實現、 工作可靠、無跟蹤誤差、動態響應快等優點， 得到了廣泛的重視與應用。 pwm（pulse width modulation ）控制

2、技術的變壓變頻器一般都是電壓源型的，它可以按需要方便地控制其輸出電壓， 但是在電流電機中，實際需要保證的應該是正弦波電流，因為在交流電機繞組中只有通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉矩為恒定值，不含脈動分量。因此，若能對電流實行閉環控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開環控制能夠獲得更好的性能。電流滯環跟蹤控制方法的精度高， 響應快，且易于實現。 但受功率開關器件允許開關頻率的限制，僅在電機堵轉且在給定電流峰值處才發揮出最高開關頻率，在其他情況下，器件的允許開關頻率都未得到充分利用。 為了克服這個缺點，可以采用具有恒定開關頻率的電流控制器， 或者在局部范圍內限制開關頻率， 但這樣對電流波形

3、都會產生影響。二、電流滯環跟蹤控制原理2.1 電流滯環控制原理常用的一種電流閉環控制方法是電流滯環跟蹤pwm （current hysteresisband pwm chbpwm ）控制，具有電流滯環跟蹤pwm控制的pwm變壓變頻器的a 相控制原理如1 圖所示。圖 1 電流滯環跟蹤控制的 a 相原理圖圖中，電流控制器是帶滯環的比較器，環寬為2h。將給定電流 ia* 與輸出電流ia進行比較，電流偏差ia 超過時h，經滯環控制器hbc 控制逆變器 a 相上（或下）橋臂的功率器件動作。b、c二相的原理圖均與此相同。采用電流滯環跟蹤控制時，變壓變頻器的電流波形與pwm 電壓波形示于圖 6-23。如果，

4、ia ia*， 且 ia*- ia h，滯環控制器hbc 輸出正電平，驅動上橋臂功率開關器件v1 導通，變壓變頻器輸出正電壓， 使 i a 增大。當增長到與 ia*相等時，雖然滯環比較器的輸入信號的符號發生了變化，但hbc 仍保持正電平輸出，保持導通，使ia 繼續增大直到達到 ia =i*+ h，ia = ，使滯環翻轉，hbc輸出負電平，關斷ahv1 ，并經過延時后驅動v4，直到電流的負半周v4 才能導通。但此時未必能夠導通， 由于電機繞組的電感作用， 電流不會反向， 而是通過二極管續流，使受到反向鉗位而不能導通。此后，逐漸減小，直到時ia=ia*-h，到達滯環偏差的下限值，使hbc 再翻轉，

5、又重復使v1 導通。這樣，與交替工作，使輸出電流給定值之間的偏差保持在范圍內，在正弦波上下作鋸齒狀變化。從圖 2 中可以看到，輸出電流是十分接近正弦波的。圖 2 電流滯環跟蹤控制時的電流波形圖 2 給出了在給定正弦波電流半個周期內的輸出電流波形和相應的相電壓波形。可以看出，在半個周期內圍繞正弦波作脈動變化， 不論在的上升段還是下降段，它都是指數曲線中的一小部分， 其變化率與電路參數和電機的反電動勢有關。2.2 三相電流滯環控制原理圖 3 三相電流跟蹤型pwm 逆變電路圖 4 三相電流跟蹤型 pwm 逆變電路輸出波形因此，輸出相電壓波形呈 pwm 狀，但與兩側窄中間寬的 spwm 波相反，兩側增

6、寬而中間變窄， 這說明為了使電流波形跟蹤正弦波， 應該調整一下電壓波形。電流跟蹤控制的精度與滯環的環寬有關， 同時還受到功率開關器件允許開關頻率的制約。當環寬選得較大時，可降低開關頻率，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環寬太小，電流波形雖然較好，卻使開關頻率增大了。這是一對矛盾的因素，實用中，應在充分利用器件開關頻率的前提下， 正確地選擇盡可能小的環寬。采用滯環比較方式的電流跟蹤型pwm 交流電路有以下特點：1. 硬件電路簡單；2. 屬于事實控制方式，電流反應快；3. 不需要載波，輸出電壓波形中不含有特定頻率的諧波分量；4. 和計算法及調制法相比，相同開關頻率時輸出電流中高次諧波含量較多；

7、5. 閉環控制，這是各種跟蹤型 pwm 交流電路的共同特點。三、三相電流的滯環跟蹤控制的simulink 的仿真3.1 simulink 模塊仿真圖圖 5 封裝后的電路圖圖 6 控制電路圖參數封裝及其內部電路圖圖 7 主電路圖參數封裝及其內部電路圖3.2 仿真波形第一次設置的參數為：1控制電路中：給定的電流幅值im=10a 、頻率 f=50hz ；滯環比較器的環寬 2h=4；2主電路中：直流電源電壓u=300v；負載 r=3，l=0.008h；a 相電流 fft 分析第二次設置的參數為：1控制電路中：給定的電流幅值im=10a 、頻率 f=50hz ；滯環比較器的環寬 2h=8；2主電路中：直

8、流電源電壓u=300v；負載 r=3，l=0.008h；a 相電流 fft 波分析四、仿真結果分析與總結4.1 仿真波形比較由上述兩組波形比較可知，當環寬2h=4時，其觸發脈沖波形比2h=8時要更密集，即觸發頻率快，對igbt的開關頻率高；電流跟蹤效果明顯比2h=8 時的要好，其總諧波失真也要比2h=8 時小，但是可以看出在一個周期內，其電流在環寬內變化的次數也明顯比2h=8 時多，這與上面觸發頻率快相一致；其輸出相電壓波形同樣體現出2h=4 時的開關頻率比2h=8 時的快，由波形的疏密容易看出。4.2 電流頻譜分析比較由仿真出的電流波形的頻譜圖對比可知，當環寬較小（2h=4）時，電流的基波分

9、量的峰值接近于給定電流峰值（12），且總諧波失真（thd ）較小為0.08%；而當環寬較大（ 2h=8）時，電流的基波分量的峰值較大一些，且總諧波失真（ thd ）較大為 1.88%.4.3 總結及心得體會通過實驗分析和理論學習可知，環寬過寬時，開關頻率低，跟蹤誤差大；環寬過窄時，跟蹤誤差小，但開關頻率過高，開關損耗增大。l 大時， i 的變化率小，跟蹤慢；l 小時， i 的變化率大，開關頻率過高所以在現實應用中， 應該根據所給開關器件如 igbt 的開關頻率范圍來選擇環寬的大小， 一般在開關頻率允許的條件下， 盡可能地選擇小的環寬， 這樣輸出的電流波形質量越高。 當所給環寬小時， 電流跟蹤控制的精度高， 電流跟蹤效果好，同時電流的諧波分量也少，但是對 igbt 的開關頻率要求高；當所給環寬大時，電流跟蹤控制的精度就減