摘　要：描述了一種用于低壓電器熱測試實(shí)驗(yàn)的交流穩(wěn)流逆變電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。逆變器的控制采用了帶有電感電流瞬時(shí)值反饋的雙環(huán)控制策略，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)、靜態(tài)性能，并對控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了建模和詳細(xì)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示電流源的設(shè)計(jì)達(dá)到了國標(biāo)要求。

    關(guān)鍵詞：逆變器；正弦波脈寬調(diào)制；瞬時(shí)值反饋

    引言

    本文所描述的交流穩(wěn)流逆變電源應(yīng)用于低壓電器長延時(shí)熱脫扣試驗(yàn)，適用于對斷路器、熱繼電器等低壓電器作長延時(shí)特性的校驗(yàn)和測試。為保證溫升試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，測試正弦電流必須穩(wěn)定、精確。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb14048.2－94要求，長延時(shí)熱脫扣試驗(yàn)的電流誤差≤±2％，正弦波失真度<5％。

    目前國內(nèi)大多數(shù)采用的長延時(shí)熱脫扣試驗(yàn)方案是通過變壓器直接對斷路器施加一個(gè)電壓以獲得測試電流[1]。在測試過程中，由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、載流電路中引線電阻變化、負(fù)載本身電阻發(fā)熱變化，使測試電流隨之變動(dòng)，難以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文介紹了一種新型的交流穩(wěn)流逆變測試電源，具有工作穩(wěn)定可靠、輸入功率因數(shù)高、輸出精度高、波形失真度小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。 　

    1　交流穩(wěn)流逆變電源體系結(jié)構(gòu)

    功率主電路采用ac/dc/ac結(jié)構(gòu)，如圖1所示。前級為功率因數(shù)校正（pfc）電路，由boost變換器構(gòu)成，用于提高網(wǎng)測功率因數(shù)、降低網(wǎng)側(cè)電流的thd值，并為逆變部分提供一個(gè)合適的直流母線電壓。后級的全橋逆變電路完成正弦波逆變、快速調(diào)壓穩(wěn)流功能。逆變輸出的高頻spwm波經(jīng)過lc濾波，得到平滑正弦波。由于負(fù)載電阻小，電壓低，電流大（15～160a連續(xù)可調(diào)），采用升流變壓器進(jìn)行降壓增流，可以使逆變電路主開關(guān)管的選取容易許多。由圖1中可以看出，該逆變器實(shí)際上是一個(gè)電壓型電流源，即通過對逆變橋輸出電壓的快速調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

    交流穩(wěn)流源采用全橋spwm逆變電路，并工作于倍頻單極性模式下，這樣逆變橋在不增加開關(guān)損耗的情況下，其輸出電壓的頻率比開關(guān)頻率再提高一倍，而且諧波含量較小，可以簡化輸出lc濾波電路，也有利于減小波形的失真度。

    數(shù)字部分由mcs－51單片機(jī)電路組成，具有兩個(gè)功能：其一，作為人機(jī)接口界面，帶有鍵盤輸入和液晶顯示模塊，實(shí)現(xiàn)給定值設(shè)定、負(fù)載電流顯示等功能；其二，單片機(jī)與控制電路接口，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)正弦波的給定、逆變電路的軟啟動(dòng)、電路時(shí)序控制、負(fù)載檢測等諸多功能。

    2　逆變電路控制系統(tǒng)的建模與分析

    交流穩(wěn)流逆變器的負(fù)載是純阻性負(fù)載，增流變壓器和負(fù)載可視為一等效電阻r。則逆變器輸出濾波電感l(wèi)、濾波電容c和r構(gòu)成二階振蕩環(huán)節(jié)，其阻尼比為滿載時(shí)r最大，ξ最小，系統(tǒng)最不穩(wěn)定；而輕載時(shí)r變小，ξ變大，系統(tǒng)較易穩(wěn)定；所以，閉環(huán)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)主要考慮r較大時(shí)的情況。

    本文中采用了帶有電感電流瞬時(shí)值反饋的雙環(huán)控制策略，這是因?yàn)殡姼须娏鞯扔陔娙蓦娏髋c負(fù)載電流之和，一方面可對輸出電壓進(jìn)行超前控制，以取得比較好的動(dòng)態(tài)特性；另一方面電感電流中包含了負(fù)載電流，在輸出負(fù)載極小的情況下，也能對輸出電流進(jìn)行有效控制[2][3]。穩(wěn)流源逆變器的控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示，由小信號模型獲得的傳遞函數(shù)框圖如圖3所示。

    由圖3可知，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

    系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為

    則開環(huán)系統(tǒng)的零、極點(diǎn)分布為

    式中：r為等效負(fù)載電阻；

    kir為外環(huán)反饋系數(shù)；

    kil為內(nèi)環(huán)反饋系數(shù)；

    n為輸出變壓器原副邊變比；

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