一种交流稳流逆变电源的设计与实现

1、一种沟通稳流逆变电源的设计与实现纲要：描绘了一种用于低压电器热测试实验的沟通稳流逆变电源的设计与实现。逆变器的控制采纳了带有电感电流刹时价反应的双环控制策略，以提升系统的稳固性和动、静态性能，并对控制环节进行了建模和详尽剖析。实验结果显示电流源的设计达到了国标要求。重点词：逆变器；正弦波脉宽调制；刹时价反应前言本文所描绘的沟通稳流逆变电源应用于低压电器长延时热脱扣试验，合用于对断路器、热继电器等低压电器作长延时特征的校验和测试。为保证温升试验的正确性，测试正弦电流一定稳固、精准。依据国家标准GB14048.294要求，长延时热脱扣试验的电流偏差2，正弦波失真度5。当前国内大部分采纳的长延时热脱

2、扣试验方案是经过变压器直接对断路器施加一个电压以获取测试电流1。在测试过程中，因为电网电压的颠簸、载流电路中引线电阻变化、负载自己电阻发热变化，使测试电流随之改动，难以知足国家标准的要求。本文介绍了一种新式的沟通稳流逆变测试电源，拥有工作稳固靠谱、输入功率因数高、输出精度高、波形失真度小、效率高的长处。沟通稳流逆变电源系统构造功率主电路采纳AC/DC/AC构造，如图1所示。前级为功率因数校订PFC）电路，由Boost变换器构成，用于提升网测功率因数、降低网侧电流的THD值，并为逆变部分供给一个适合的直流母线电压。后级的全桥逆变电路完成正弦波逆变、快速调压稳流功能。逆变输出的高频SPWM波经过L

3、C滤波，获取光滑正弦波。因为负载电阻小，电压低，电流大（15160A连续可调），采纳升流变压器进行降压增流，能够使逆变电路主开关管的选用简单很多。由图中能够看出，该逆变器其实是一个电压型电流源，即经过对逆变桥输出电压的快速调理来实现恒流输出。沟通稳流源采纳全桥SPWM逆变电路，并工作于倍频单极性模式下，这样逆变桥在不增添开关消耗的状况下，其输出电压的频次比开关频次再提升一倍，并且谐波含量较小，能够简化输出LC滤波电路，也有益于减小波形的失真度。数字部分由MCS51单片机电路构成，拥有两个功能：其一，作为人机接口界面，带有键盘输入和液晶显示模块，实现给定值设定、负载电流显示等功能；其二，单片机与

4、控制电路接口，实现标准正弦波的给定、逆变电路的软启动、电路时序控制、负载检测等诸多功能。逆变电路控制系统的建模与剖析沟通稳流逆变器的负载是纯阻性负载，增流变压器和负载可视为一等效电阻R。则逆变器输出滤波电感L、滤波电容C和R构成二阶振荡环节，其阻尼比为满载时R最大，最小，系统最不稳固；而轻载时R变小，变大，系统较易稳固；所以，闭环稳固性的设计主要考虑R较大时的状况。本文中采纳了带有电感电流刹时价反应的双环控制策略，这是因为电感电流等于电容电流与负载电流之和，一方面可对输出电压进行超前控制，以获得比较好的动向特征；另一方面电感电流中包括了负载电流，在输出负载极小的状况下，也能对输出电流进行有效控

5、制23。稳流源逆变器的控制系统原理图如图2所示，由小信号模型获取的传达函数框图如图3所示。由图3可知，系统的开环传达函数为系统的闭环传达函数为则开环系统的零、极点散布为式中：R为等效负载电阻；KiR为外环反应系数；KiL为内环反应系数；为输出变压器原副边变比；Km为全桥逆变电路放大系数；Ka为内环比率赔偿增益；Kp1/s为外环PI赔偿传达函数。由式（6）可知，当RL/(KiLKaKmC时，此时等效负载R较大，系统极点sp2,3为一对共轭复数，系统根轨迹如图4所示（R3，R4对应的根轨迹）。根轨迹的渐近线a=。关于无电感电流刹时价反应的系统，其根轨迹如图5所示。能够看出，根轨迹以虚轴为渐近线趋势

6、于，相应在控制上必会惹起输出电流的振荡，系统不易稳固。而引入电感电流反应后，根轨迹如图4所示，系统的稳固性加强，动向性能也得以提升。在不一样负载条件下式（2）和式（3）对应的波特图分别如图6和图7所示。由图6能够看出，系统是稳固的，并且系统的相位余量50。由图7能够看出，系统的幅值响应靠近1/KiR，在50Hz的频次处，输出电流和给定电流信号之间的相移几乎为零，所以，输出电流能很好地跟从参照信号。高的转折频率和宽的频带能保证系统拥有优秀的动向性能。一些其余的设计考虑作为电流源一定考虑输出开路的状况。因为本文中的沟通稳流源实质上是一个电压型电流源，即经过快速调理输出电压来实现输出稳流。当输出开路

7、时，输出电压会快速上涨到到直流母线电压邻近，而不会像电流型电流源那样升得很高。只管这样，负载开路时，输出电压仍会快速上涨，并惹起输出电压以LC谐振频次进行振荡，这二者均会致使输出波形严重畸变；别的，当输出负载从头接上时会惹起输出瞬态过流。所以，系统一定进行过压保护，当输出电压超出设定值时快速切断逆变器输出。图8尽人皆知，在SPWM全桥逆变器中必定存在着直流偏磁，会致使死心饱和，不单加大了变压器的消耗，降低了效率，增大了噪声，严重时会致使励磁电流快速增大，使功率开关管因过流而破坏。本文采纳如图8所示的纠偏电路来克制直流偏磁，即由LEM器件采样逆变输出滤波电感电流，检出直流电流重量，与零电压比较获

8、取偏差，积分后叠加到正弦给定上，及时校订变压器的直流偏磁。其长处在于与电感电流反应共用一个检测器件，节俭花费；当发生直流偏磁时，变压器励磁电流以指数规律快速增大，比检测电压纠偏的方法敏捷。实验结果沟通稳流逆变电源的规格和控制电路参数如表1所列。逆变器最大输出电流20A，经输出变压器增流后可达200A，以知足对低压电器的大电流测试要求。表1稳流逆变电源的规格和参数参数数值输入电压Vd380V输出电流io（可调）020A最高输出电压Vom250V满载功率5000W输出频次50Hz开关频次20kHzS1S41MB150N060变比n10L5mHC5FKiL0.2KiR0.025Ka3Kp5Km1000.1ms图911显示了在不一样样效负载电阻R及不一样的输出电流