摘要： 針對(duì)逆變電源輸出電壓波形畸變并且在大功率負(fù)載下輸出電壓掉壓嚴(yán)重的問題， 提出了采用電壓有效值外環(huán)、電容電壓環(huán)和電感電流內(nèi)環(huán)的三環(huán)控制策略， 選用TI公司的DSP TMS320F2812芯片實(shí)現(xiàn)了三環(huán)的控制算法， 并且給出了程序流程圖以及逆變電源的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。在理論分析和仿真的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一臺(tái)采用單極性倍頻SPWM調(diào)制的6 kVA /50H z/220 V 逆變器， 并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示， 所采用的三環(huán)數(shù)字化控制方案能達(dá)到??逆變電源帶大功率負(fù)載 條件下較優(yōu)的動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性。

0前言

以前， 正弦波逆變器大多采用輸出電壓均值環(huán)來維持輸出電壓的恒定， 而波形控制是開環(huán)的， 這種控制方式不能保證輸出電壓的波形質(zhì)量， 特別是在非線性負(fù)載條件下輸出電壓波形畸變嚴(yán)重， 失真很大; 在突加(減)負(fù)載時(shí)輸出電壓的動(dòng)態(tài)性能難以滿足用戶的要求。

目前的逆變電源大多采用外環(huán)電壓、內(nèi)環(huán)電流的雙閉環(huán)控制策略，電壓瞬時(shí)值外環(huán)在很大程度上改善了波形的質(zhì)量， 電流內(nèi)環(huán)加大了逆變器控制系統(tǒng)的帶寬， 使得逆變器動(dòng)態(tài)響應(yīng)加快， 輸出電壓的諧波含量減小， 非線性負(fù)載適應(yīng)能力加強(qiáng)。但是， 當(dāng)負(fù)載比較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)輸出電壓掉壓嚴(yán)重的現(xiàn)象。

為解決逆變電源在大功率負(fù)載下掉壓嚴(yán)重的問題，本研究提出在雙環(huán)控制的基礎(chǔ)上外加一個(gè)電壓有效值的三環(huán)控制策略， 它的實(shí)質(zhì)是隨負(fù)載的增加而增大基準(zhǔn)正弦信號(hào)， 從而保證輸出電壓幅值穩(wěn)定。另外， 由于對(duì)逆變電源的數(shù)字化控制是當(dāng)今電源的發(fā)展方向，所以本研究通過選用T I公司的DSP TMS320F2812來實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的數(shù)字化控制。

1 逆變系統(tǒng)

單相全橋逆變器的主電路結(jié)構(gòu)， 如圖1所示。采用了單極性倍頻SPWM 調(diào)制技術(shù)， 可以在不增加開關(guān)損耗的情況下將諧波頻率提高一倍， 大大減小了輸出濾波器的體積。采用了瞬時(shí)電壓環(huán)、瞬時(shí)電流環(huán)和電壓有效值外環(huán)的三環(huán)控制策略， 電感電流瞬時(shí)值反饋環(huán)是內(nèi)環(huán)， 電容電壓瞬時(shí)值是外環(huán)， 電容電壓有效值反饋環(huán)是第三環(huán)， 有效值反饋控制用來改變電壓瞬時(shí)值反饋環(huán)的正弦波給定幅值， 三環(huán)控制很好地解決了“隨著負(fù)載的增加， 輸出電壓幅值下降”的問題。

圖1逆變器電路結(jié)構(gòu)

逆變器的控制系統(tǒng)按控制策略來分， 有PID控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、無(wú)差拍控制、重復(fù)控制和模糊控制等類型。本研究所討論的逆變器對(duì)電壓有效值外環(huán)和瞬時(shí)電壓環(huán)均采用了PI控制策略， 對(duì)電流內(nèi)環(huán)采用P 控制， 這種控制方式算法簡(jiǎn)單， 而且相對(duì)成熟。

逆變器的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

通過兩個(gè)霍爾元件分別對(duì)電容電壓和電感電流進(jìn)行采樣， 圖1中的K v為輸出電壓采樣的分壓比， 關(guān)于調(diào)制比的計(jì)算， 有：

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