兩級(jí)式逆變器輸入電流低頻紋波分析及抑制

諧振控制器傳遞函數(shù)為：

對(duì)于400 Hz輸出，兩倍頻率為800 Hz，即ω=5 024 rad·s-1。Q值不同時(shí)，諧振控制器對(duì)所需濾除的特定頻率效果也不同。Q值越大，諧振頻率處衰減越厲害，相位變化也劇烈，同時(shí)其對(duì)輸入信號(hào)的衰減頻帶越窄。考慮到逆變器輸出頻率有±1％的誤差及實(shí)際諧振控制器各元件參數(shù)標(biāo)稱值存在±1％(電阻)～±10％(電容)誤差，且參數(shù)值會(huì)隨溫度變化，導(dǎo)致其實(shí)際諧振頻率有偏差。故實(shí)際選用時(shí)，保證對(duì)800 Hz有效衰減，要折中選擇Q值，可取范圍0．5～1．5，帶寬±200 Hz。
3．2 系統(tǒng)傳遞函數(shù)及穩(wěn)定性設(shè)計(jì)
綜上，圖5示出DC／DC變換器控制框圖。

由圖5可得電流環(huán)增益Ti(s)=FmKiGi(s)Gdi(s)。
當(dāng)電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)時(shí)，電壓環(huán)增益為：
Tu(s)=Gu(s)Gi(s)FmKuGdu(s)G(s)／[1+Ti(s)] (8)
電感電流對(duì)直直變換器輸出電流的增益為：
Ai(s)=Tu(s)(1+RLCfs) (9)
由多環(huán)控制理論可知，電流環(huán)截止頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于電壓環(huán)截止頻率，以使低頻時(shí)電壓環(huán)起主要作用，變換器表現(xiàn)為電壓源；高頻時(shí)電流環(huán)起主要作用，保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求，應(yīng)保證閉環(huán)工作時(shí)，系統(tǒng)幅值裕度大于6 dB，相位裕度大于45°。實(shí)際電路應(yīng)綜合考慮來選擇參數(shù)。

4 實(shí)驗(yàn)
在1 kVA航空靜止變換器樣機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。變換器后級(jí)為級(jí)聯(lián)型逆變器，故前級(jí)DC／DC變換器為兩個(gè)獨(dú)立模塊．功率均為500 W。兩獨(dú)立DC／DC變換器模塊采用共用控制環(huán)路的控制策略，因此可驗(yàn)證上述分析。前級(jí)DC／DC變換器主電路參數(shù)為：采用推挽正激電路拓?fù)?；輸入電壓為額定28 V；變壓器變比4：4：25；開關(guān)頻率80 kHz；輸出濾波電容470μF；采用直接電壓采樣方式；電流采樣系數(shù)0．05；調(diào)制器增益1／2．4；輸出電壓90 V；后級(jí)輸出電壓115 V／400 Hz；輸出濾波電感60μH，濾波電容6．8μF。根據(jù)上述分析，合理選擇諧振控制器參數(shù)C1=47 nF，C3=100 nF，C2=150 nF，R1=R2=2．7 kΩ，R3=2 kΩ，R4=4．7 kΩ，Q=0．507。

圖6a為根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，用Matlab計(jì)算的電流內(nèi)環(huán)及電壓外環(huán)環(huán)路增益波特圖，可見，以上所選元器件參數(shù)使電流內(nèi)環(huán)增益相位裕度為70°，電壓外環(huán)增益相位裕度為46°，各環(huán)路增益均有足夠的相角裕度，可保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作；圖6b為濾波電感電流對(duì)DC／DC變換器輸出電流增益波特圖，可見添加諧振控制器后，在頻率為800 Hz(2fo)處，濾波電感電流對(duì)變換器輸出電流的增益有較大衰減，從而減小了輸出電流中低頻分量對(duì)濾波電感電流的影響，進(jìn)而可有效抑制輸入電流中相應(yīng)的低頻脈動(dòng)分量。圖6c，d為添加諧振控制器前后的實(shí)驗(yàn)波形。可見，添加前電感電流、輸入電流的800 Hz低頻脈動(dòng)都很大，添加后電感電流低頻脈動(dòng)很小，DC／DC變換器輸出電壓低頻脈動(dòng)較大，輸出脈動(dòng)功率主要由輸出電壓低頻脈動(dòng)承擔(dān)。輸入電流低頻紋波脈動(dòng)被很好地抑制在10％以下，能很好地滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論
分析了兩級(jí)式DC／AC逆變器輸入電流低頻紋波脈動(dòng)產(chǎn)生原因，得出可通過抑制電感電流低頻脈動(dòng)，適當(dāng)?shù)刈屳敵鲭娙輥沓惺苊}動(dòng)功率以達(dá)到抑制目的。這里采用以電感電流為控制對(duì)象的雙環(huán)控制策略，提出在電壓調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器間添加諧振控制器，對(duì)電壓環(huán)輸出信號(hào)的800 Hz低頻脈動(dòng)分量進(jìn)行衰減，即減小電感電流給定中的800 Hz低頻脈動(dòng)分量，對(duì)輸入電流低頻脈動(dòng)進(jìn)行抑制。給出了諧振控制器設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。