滞环控制三相电流跟踪型逆变器的MATLAB仿真

7滞环控制三相电流跟踪型逆变器的MATLAB仿真7.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理和仿真模型7.1.1滞环控制三相电流跟踪型逆变器的原理常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪PWM（CurrentHysteresisBandPWM——CHBPWM）控制，具有电流滞环跟踪PWM控制的PWM变压变频器的A相控制原理如7-1图所示。图7-1电流滞环跟踪控制的A相原理图图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。将给定电流i*a与输出电流ia进行比较，电流偏差∆ia超过时±h，经滞环控制器HBC控制逆变器A相上（或下）桥臂的功率器件动作。B、C二相的原理图均与此相同。如果，iai*a，且i*a-ia≥h，滞环控制器HBC输出正电平，驱动上桥臂功率开关器件V1导通，变压变频器输出正电压，使增大。当增长到与相等时，虽然，但HBC仍保持正电平输出，保持导通，使继续增大直到达到ia=i*a+h，∆ia=–h，使滞环翻转，HBC输出负电平，关断V1，并经延时后驱动V4但此时未必能够导通，由於电机绕组的电感作用，电流不会反向，而是通过二极管续流，使受到反向钳位而不能导通。此后，逐渐减小，直到时，，到达滞环偏差的下限值，使HBC再翻转，又重复使导通。这样，与交替工作，使输出电流给定值之间的偏差保持在范围内，在正弦波上下作锯齿状变化。从图7-2中可以看到，输出电流是十分接近正弦波的。图7-2电流滞环跟踪控制时的电流波形图7-2给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。可以看出，在半个周期内围绕正弦波作脉动变化，不论在的上升段还是下降段，它都是指数曲线中的一小部分，其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。图7-3三相电流跟踪型PWM逆变电路图7-4三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形因此，输出相电压波形呈PWM状，但与两侧窄中间宽的SPWM波相反，两侧增宽而中间变窄，这说明为了使电流波形跟踪正弦波，应该调整一下电压波形。电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。当环宽选得较大时，可降低开关频率，但电流波形失真较多，谐波分量高；如果环宽太小，电流波形虽然较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素，实用中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小的环宽。电流滞环跟踪控制方法的精度高，响应快，且易于实现。但受功率开关器件允许开关频率的限制，仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高开关频率，在其他情况下，器件的允许开关频率都未得到充分利用。为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率的电流控制器，或者在局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。属于闭环控制，这是各种跟踪型PWM交流电路的共同特点。滞环控制三相电流跟踪型逆变器，实行的是电流控制。给定正弦波发生器生成给定频率与幅值的正弦电流参考信号Iref,与实际相电流检测信号Is相比较，其偏差经滞环比较器，控制逆变器该相上下两个桥臂电力电子器件的通或断，其逆变器的输出电压是高度相等但宽度不等的脉冲，而逆变器输出的实际电流被限制在正弦波形上下脉动，基本上则是正弦波7.1.2滞环控制三相电流跟踪型逆变器的仿真模型电流滞环控制SPWM逆变器的仿真图如下仿真模型中主要使用的模块与提取的路径是元器件名称提取元器件路径正弦波信号模块SineWaveSimulink/Sources/SineWave带有滞环的继电特性模块RelaySimulink/Discontinuities/Relay7.2仿真模型使用模块的参数设置(1)多功能桥式整流电路设置如图7-5图7-5UniversalBridge参数设置对话框（2）正弦波信号发生器SineWave。模型中有三个正弦波信号发生器，其中Ua设置其参数如图7-6所示。Ub与Uc的参数设置同Ua的，仅“Phase(rad)”分别为-2π/3与2π/3。图7-6正弦波信号发生器Ud参数设置对话框（3）万用表Multimeter。模型中有四个万用表，Multimeter参数设置如图7-7所示，即被选要测量的参数为Ib：RLa。而Multimeter1与Multimeter2被选要测量的参数分别为Ib：RLb与Ib：RLc,Multimeter3被选要测量的参数为uRLa。Ib：RLa、Ib：RLb与Ib：RLc为三相阻感性负载上的电流iRLa、iRLb、iRLc、uRLa为逆变器输出相电压uRLa。图7-7Multimeter参数设置对话框(4)带有滞环的继电特性模块Relay设置如图7-8图7-8带有滞环的继电特性模块的参数设置对话框7.3模型仿真及仿真结果采用ode23tb算法，对模型进行仿真，即可得到多组仿真曲线图7-9三相给定正弦电流参考信号Irefa、Irefb、Irefc图7-10逆变器输出相电压URla图7-11三相阻感性负载电流IRla、IRLb、IRLc仿真结果：万用表Multimeter3后接示波器检测的波形如图7-10所示，测量的参数为uRla即为逆变器的输出A相电压，波形为高度相等但宽度不等的脉冲，脉冲高度正好是直流电源的电压上下区间，其宽度是由正线电流参考信号Iref与实际相电流检测信号Is两曲线的焦点所确定的。这些等幅矩形脉冲序列波与正弦波等效，当脉冲序列波的宽度发生变化时，其等效正弦波的参数亦改变了。万用表Multimeter、Multimeter1与Multimeter2后接示波器检测的波形如图7-11所示，测量的参数为三相阻感性负载上的电流iRLa、iRLb、iRLc，即Ib：RLa，Ib：RLb与Ib：RLc。可见，实际电流被限制在正弦波形上下脉动，基本上是正弦波。当改变正弦波信号幅值时，负载电流幅值也会跟着改变。同样，当改变正弦波信号频率时，负载电流的频率也会跟着改变。电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。当环宽选得较大时，可降低开关频率，但电流波形失真较多，谐波分量高；如果环宽太小，电流波形虽然较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素，实用中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小的环宽。采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM交流电路有以下特点：（1）硬件电路简单；（2）属于事实控制方式，电流反应快；（3）不需要载波，输出电压波形中不含有特定频率的谐波分量；（4）和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多；（5）属于闭环控制，这是各种跟踪型PWM交流电路的共同特点。