固纬电子电力电子教学小课堂 第二十六讲:PEK-130模块之 DSP ON OFF PEK-130 三相逆变器模组

PTS-系列之PEK-100系列教学

PEK-130模块之

三相独立逆变器

PEK-130

三相逆变器模组

简 述：

三相独立式逆变器的常见控制方式为PI双闭环控制。由于PI对交流量无法实现无静差追踪，因此，需要将被控量进行坐标变换，转换为对直流量的控制并且便于解耦合。考虑到逆变器对不平衡带载时的电压调整率，通常在电压环增加一个电压有效值环路。

三相三线式逆变器控制方法模型推导

三相三线式的逆变器电路如图二所示，其中n为电压中性点。传统的控制方法为采用双回路电感电流控制即如图二所示。

三相逆变器原理图

由逆变器电路可得：

由于三线式电路满足：

故：

逆变器最常采用的开关方式为三相正弦PWM，三相各臂使用相移120度的控制电压分别与三角波比较获得开关管的触发信号。各臂的输出电压可表示为：

其中Vtm为三角波的振幅。

轴变换：

根据推导三相SPWM控制电压与各相电流的关系可知，各相电流控制不仅受该相控制电压决定，也受其他相控制电压影响，同时各相电流也未解耦合，因此如果直接在abc静止坐标系上设计控制器，在三相不平衡负载条件下，各相间将相互影响，控制的性能将受到影响。为了解决这一问题，一般常用的方法是利用坐标轴变换的方法将其数学模型进行解耦。如图三所示的abc为三相静止坐标系，可用以表示三相逆变器的相电压和相电流等变量，而α和β是两相静止坐标系，可以将三相各相差120°的交流量转换为两相各差90°的交流量。在dq旋转坐标系下可将三相交流量转换为两轴直流量。

坐标变换示意图

三相静止坐标系到dq旋转坐标系的变换公式为：

将电流电压方程进行坐标变换，

控制器设计：

　根据坐标变换后的电流方程可得电流环的控制框图如图四所示。由图四可知，d、q轴分量之间存在耦合，可以通过前馈补偿的方式消除此扰动。根据该流程框图可以设计电流环控制器为Kp、PI或者二型控制器。

电流环d轴控制框图

电流环q轴控制框图

电压环控制流程框图如图五所示。假设电流环的带宽高于电压环四倍以上，则电流环的响应在分析电压环时可看作1。电压环的设计与电流环类似，同样可以通过前馈补偿来抵消扰动。

电压环d轴控制框图

电压环q轴控制框图

为了获得良好的电压调整率，且在三相负载不平衡下也能获得三相电压平衡，则各个线电压必须能够分别调整RMS值。本文提出电压均方根值控制器如图六所示，其分别计算三相输出线电压的均方根值，再与均方根值的给定比较及经过补偿器调整后产生一振幅修正信号，加上原来线电压的振幅给定值，得到最终的线电压振幅值。

电压均方根值控制框图

仿真结果：

在psim环境下搭建的仿真图如图七所示，其中输入为直流电压100V，输出相电压有效值为40V，负载为三相不平衡负载（A：28.9*28.9/100Ω、B：28.9*28.9/100Ω、C：28.9*28.9/50Ω）。

三相独立逆变器仿真电路图

输出电压（衰减倍数0.01）和负载电流（衰减倍数1/3.375）如图八所示：