加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 2=单相逆变器并联运行技术研究

2=单相逆变器并联运行技术研究.pdf

2=单相逆变器并联运行技术研究

cwhawk
2012-05-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《2=单相逆变器并联运行技术研究pdf》,可适用于工程科技领域

摘要多模块并联实现大容量电源是当今电源技术发展的一大趋势对于逆变器并联而言山于逆变器输出为正弦交流这就要求各并联单元输出不仅幅值相同而且频率、相位必须保持一致。本文采用电流滞环控制双环逆变器为并联单元在此基础上进行单相逆变器并联运行的同步、均流技术研究并提出一种新的均流方案。文中详细介绍了电流滞环逆变器工作原理、电路设计、电路仿真和工程实现详细介绍了此种逆变器并联同步和均流控制电路的设计、仿真和实现。关键词:电流滞环三态调制逆变器双环控制基准正弦波并联单元同步均流交流并联谐波分析畸变因数电路仿真Abstractitisoneofthedevelopmentsofpowersupplytechniquestorealizeparalleloperationofmulti一convertermodulesBecausetheoutputofinverterisAC,thenormaloperationofparallelsystemrequireskeepingamplitude,phase,frequencyoftheoutputofeachmodulesameInthisthesis,weusethethreestateshysteresiscurrentcontrolinverterasparallelmodules,andinvestigatethetechniquesofsynchronizationandcurrentsharing,anddevelopacontroltechniqueforcurrentsharingInthisthesis,theoperationprinciple,circuitdesign,simulation,andrealizationpresentedrealizationalsoofthethreethestateshysteresiscurrentindetail,operationprinciple,circuitcontrolinverteraredesign,simulation,ofsynchronizationandcurrentsharingarepresentedindetailKeywords:currenthysteresisthethreestatescontrolinverterdoubleloopscontrolstandardsinewaveparallelmodulesynchronizationcurrentsharingACparallelingharmonicanalysisdistortioncircuitsimulation南京肮空肮大人学硕卜'位沦文第一章概述选题依据和研究背景单机小容量实现分布式电源、多模块并联实现大容量电源是当今电源技术发展的一大趋势。与其它电源系统相比多模块并联有以下特点:()多个电源模块单元并联分担负载功率各个模块中主开关器件的电流应力小从根本二提高了可靠性、减低成本()每个模块的容量较小功率密度高从而使整个电源体积重量减小()多模块并联可以灵活扩充电源容量、易安装、维护费用低:衅)可以实现冗余并联运行方式:假设并联系统有Nl个模块士幼}N个模块并联运行一个模块备T!(冗余模块)。Nli运行模块中任一模块失效被切除时备用模块投入运行仍保持N个模块并联运行提供负载功率这比普通模块并联方式具有更高的可靠性。对开关变换器模块并联而言其基本设计要求是:)各模块承受的电流能自动均衡实现均流)为提高系统的可靠性尽可能不增加外部均流控制措施且做到均流与冗余技术结合)当输入电压和(或)负载电流变化时应保持输出电压稳定并均流瞬态响应好。在八十年代早期国外己开始DCDC变换器并联运行的研究己有大量此类并联技术的理论、仿真和实验研究成果商业产品已经出现。其中典型代表是UnitrodeIC公司根据最大电流法自动均流原理开发的均流控制器集成电路UC而对逆变器模块单元的并联而言由于各单元的输出为正弦交流各模块输出电压不仅要求幅值相等而且必须频率一致、相位同步所以较DCDC变换器并联控制的难度大。随着对逆变器容量、可靠性要求不断提高近年来逆变器并联的研究受到重视得到一定的发展。目前并联运行的逆变器在国外己有一定的应用但各模块之间输出同步、均流等关键技术没有很好解决国内逆变器并联控制技术远远落后国际水平。实现模块化逆变器并联运行的关键在于同步、均流技术。同步、均流方法与并联系统逆变器主电路、负载连接方式、输入直流电源等有关以下就儿种模块化逆变器并联方案来分析同步、均流技术。基于有功、无功功率偏差控制的并联技术有功、无功功率偏差电压的控制的并联拓扑如图所示用两套电路分别检测逆变器输出电流与系统平均电流之问偏差的有功和无功分量根据有功、无功偏差电流山两套电路分别调整各并联单元基准电压的相位和幅度以此来实现有功电流、第页fo相逆变器并联运行技术研究无功电流的均衡。本系统同步是通过一个锁相环(PLL)电路来实现偏差电流I。有功分量AP通过PLL电路来调节逆变器单元问的相位角PLL电路本身响应慢故有功功率分配控制的响应速度不可能很快。图有功、无功功率偏差控制的负载均衡原理方框图并联逆变器单元的输出阻抗可近似为纯感性则相位偏差引起的偏差电流,,基本上与U,,U:同相位幅值偏差引起的偏差电流I,基木上与U,,UZ垂直。因此通过控制相位偏差就可实现对偏差电流Id有功分量的控制通过控制幅值偏差就可实现对偏差电流Id无功分量的控制。如果U,,U:之间相位偏差减小则偏差电流I,的有功分量减小从而并联两逆变器单元的有功功率趋于均衡如果U,,Uz之间的幅值偏差减小则偏差电流,的无功分量减小从而可使两逆变并联单元承担的无功功率趋于均衡。本并联系统各并联逆变器单元虽然相互独立、互换性好但通过PLI锁相环电路来实现PLL电路本身响应慢决定了有功功率偏差控制的响应速度不可能很快。另外此方案检测和控制电路实现复杂、并联单元之间易形成环流。UtilityCommonBus图N单元主从式井联m本原理方框图第页南京航空航天大学硕士学位论文主从并联技术主从式并联系统山一个电压控制PWM逆变器(VCPI)单元若干个电流控制PWM逆变器(CCPI)单元和功率分配中心((PDC)单元组成。VCPI作为主拧单元为系统提供稳定的电压输出用于UPS时与电网同步。CCPI作为从单元具有电流跟随作用跟随PDC单元分配的电流。PDC单元通过检测负载电流来决定运行的CCPI个数并把负载电流平均分配给各运行的CCPI单元。系统结构图如图所示。主从逆变器并联系统等效电路图如图VCPI表示为一个稳定正弦电压源和一个由电感L‘和电容C,构成的输出滤波器CCPI表示为受PDC控制的电流源以及扼流电感L(i=,,n),扼流电感使输出电流平滑。每个CCPI单元的参考电压由PDC根据负载电流生成。必须指出的是尽管CCPI尽管跟踪参考电流的快速电流响应但侮个从单元CCPI的输出电流和负载电流之间仍有时间延迟或相位差主单元VCPI的输出电流超前从单元CCPI。但这并不影响并联系统的性能因为电流响应快这个时间延迟很小。Ln图N单元主从并联等效电路图以下介绍主从逆变器并联系统构成单元VCPI,CCPI,PDCI)电压控制PWM逆变器(VCPI)VCPI是并联系统的主控单元提供恒压恒频正弦输出其基本控制方框图如图所示。Gv,(s)为相滞后补偿器Gv,,(s)为相超前补偿器图中的传递函数描述如下:Gvp(s)=(L,C,S')(一)Gv,(s)=Kv,(Tv,,Sl)(Tvp,Sl)()Kvw(s)=EdON,()Gv,,(s)=Kv,,(Tv,S)(TvpSl)()Kv,V是PWM调制器的增益。在VCPI单元中输出正弦电压通过PLL电路锁相与公用系统或自己的晶振参考电压同步故VCPI可用任何控制方案许多成熟的UPS只要接口符合木并联系统的要求都可用于并联运行。第页单相逆变器并联运行技术研究)电流控制PWM逆变器(CCPI)o电流控制PWM技术已广泛应用于AC驱动和无功补偿系统文献中介绍的典型电流控制逆变器包括滞后控制器、正弦PWM控制器、超前电流控制和状态连接控制器(adjacentstatecontroller)。本并联运行系统有图VCPI基本控制方框图n套CCPI单元使电流参考跟踪上PDC分配的电流。CCPI具有快速电流跟踪特性所以无需PLL锁相电路各并联单元就能实现并联运行同步。CCPI从单元基本控制方框图如图所示控制器内设一个参考电流前馈用来加快电流响应,CCPI可用任何控制器来设计只要电流响应快。并联系统输出电压看成CCPI的一个干扰信号用一个前馈来对其进行补偿。图中传递函数描述如下:Gep(s)=CiS()Gc,(s)=KcpKC,(TCP,SI)()Ge,,(s)=rc}S(TcpSl)()Gcn(s)=Tc,,S(TCOS)()GrzCurrentLimit图CCPI纂木控制方框NGc,z(s)=Kck,(s)()Kcw(s)=EdiVi(一))功率分配中心PDC。本并联系统中VCPI主单元受电压控制输出电压恒定而输出电流随负载的特性变化CCPI从单元受电流控制其输出电流跟踪PDC分配的电流参考PDC根据负载状况确定激活的从单元数目并给每个参加并联运行的从单元分配功率图所示为PDC结构原理图。以下讨论PDC在两种工作状态下作用。toii南京航空肮大大学硕士学位论文ICI功率分配中心(PDC)i)公用电源系统供电。公用电源系统供电时PDC检测到负载总功率决定并联运行从单元的个数分配从单元的参考电流(功率)功率的分配依赖于有效的主从单元的设计容量。分配电流可表示:Is,=xS,x班Y(S,xW,)这里s是每个单元的设计容量Wi是或分别表示有效和无效的从单元Isa=Im是主单元的输出电流。权码W为I或取决于外部功率情况叭描述VCPI,总是。权码W。取决于输出总功率的规定值规定值也由每个有效单元的设计容量和个数决定。当输出负载增加到特定值时备用Ir元开通参加井联运行分担输出电流当输出功率低于另一特定值时一些并联运行单元失效。单元失效并不是马上关断而是加上一个延时时间Tc来确信要求切除的功率规定值处于稳定状态后再关断延时设计为RC电路。这样即使在轻载时并联系统的整体效率仍保持很高。ii)公用系统失效。当公用系统失效时各单元各用电池供给电能。为了能等量消耗各单元的电池能量所有逆变器单元都参加并联运行。主从并联方案电流采样及相移校正等环节的实现技术比较复杂一致性差VCPI,CCPIPDC单元不对等系统可靠性反而不高VCPI主控单元仍采用PLL电路也影响了系统的并联运行效果。外特性下垂法文献」介绍的逆变器并联控制方案通过控制输出有功功率、无功功率和畸变功率来实现负载均衡的并联逆变器单元有各自的控制环除了输出端通过AC总线连接到一起外并联单元之问无任何控制连接线。此方案的理论A础是:逆变器的输出有功、无功和畸变功率分别为输出基波频率、基波电压和谐波电压的函数。图所示为并联控制系统中的一个逆变器内部控制原理图。逆变器为电流、电压双环脉宽调制((PWM)控制电感电流采样信号、输出电压采样信号除分别用来作为电流、电压反馈信号外还通过特定的算法和滤波处理得到逆变器输出的有功功率P、无功功率Q和畸变功率D,P,Q分别与参考电压V:的频率。、幅值V存第页!P相逆变器j门Ix运行技术研究在线性关系(如图所示droop环节)。当并联系统各逆变器负载不均衡时,,,V。会变化P,Q也随之改变则参考电压的频率和幅值也变化从而实现输出功率变化直到并联系统实现新的负载均衡。逆变器输出包含谐波成分在并联负载均衡控制中引入畸变功率n控制就是实现高次谐波的均衡。此种并联控制方案的负载均衡实现是牺牲输出波形质量为代价的这就存在一图外特性下垂井联控制逆变器控制原理个输出波形质量与负载均衡精度之间的矛盾。自适应调控法在Plus系列UPS中的控制算法中采用如下的自适应调控法:在“l"·并机系统中如果不能使得两台UPS的逆变器电源处于严格的同相位工作状态的话对于输出波形处于“超前”状态的那台UPS来说它就会承担较大的负载电流相反对于输出波形处于“滞后”状态的那台UPS来说则只向负载提供较小的负载电流。由此可见如何正确地处理好负载电流和输出波形的频率和相位关系是一台UPS的“负载均分控制”电路所应解决的关键问题。Plus系列并机系统的“负载均分算法”控制电路正是通过把两台UPS之间的相位差调节到最小值的这样一种最灵敏的调控手段来实现“均流”供电的。在这样的自适应调控系统中侮台UPS不仅随时监测它自己的输出功率而且还时刻追踪UPS逆变器正弦波电源从这一周期到下一周期所产生的输出功率的波动状况。如果将这台UPS在连续两个周期间所产生的输出功第J南京航空航人人学硕卜学位沦文率变化称为△p当一台UPS的输出功率变化量△p是处于增大状态时则说明这台UPS的逆变器电源的相位相对地超前于另一台UPS。为此我们可以通过适当地降低它的输出频率的办法来进行补偿。相反如果一台UPS的△p是处于减少的状态时就意味着这台UPS的逆变器电源的相位滞后J“另台UPS。为此我们可以采用适当地提高它的输出频率的办法来予以纠正。这样每台UPS仅需检测自己的输出功率变化就可达到确保它们之},pj总是处于动态的锁相同步状态之中。当“”并机系统处于稳态工作状态下即使它们的后接负载为的计算机之类的非线性负载侮台UPS均无需调整它们的输出频率。这是因为对于每台UPS来说它们的输出功率变化量Op都是为零的缘故。然而当用户在"”并机系统上执行突然加载或突然减载操作时对两台UPS来说它们所检测到的输出功率的瞬态变量np都是相同的。在此条件下UPS仅需作一次相同输出频率调整(作超前或滞后调整)来进行补偿。显然在作这样的自适应调控操作时并不会影响两台UPS逆变器电源之间的相对相位关系。当然这也就不会破坏它们之间原有的锁相同步状态。按本机的设计参数UPS每次在执行上述“自适应调节”操作时它们的输出频率的调节量为'Hz数量级。显然为了执行如此精确的并机控制没有一套周密和完善的“负载均分控制算法”所调控的逻辑控制电路是不可能的。为了平衡好从两台UPS所输出的功率逆变器就必须经常对它的输出频率进行少量动态调节。在Plus系列UPS中利用“直接数字合成”型的数字信号处理技术使其从负载均分控制电路所送出的控制命令让UPS的逆变器以侮秒钟次的频度、侮次所执行的频率调节量仅为X'Hz的“步长”来对它的输出频率进行着动态调节。正是通过这样的小步长和“高频度”的调节方式来确保Plus系列UPS具有平滑的“负载均分”调控特性。采用“自适应”调节技术后可使得由Plus系列UPS所组成的"”并机系统中的每台UPS所输出的负载功率的不平衡度控制在小于的范围内。运行实践证明:这种直接并机的工作状态是如此之稳定以致于它不但可允许一台UPS的逆变器电源与市电电网电源直接并机运行而不被损坏。而且还能使它与市电电源处于基本上的均流供电的状况之中。第页单相逆变器并联运行技术研究本文的主要内容本文在理论、仿真分析以及原理性研制出滞环桥式逆变器的基础上进行逆变器并联技术研究主要内容分为四章:第一章简要介绍了国内外逆变器并联技术发展状况。第二章介绍了单相滞环逆变器功率电路、控制电路利驱动电路等电路的设计。第三章主要介绍功率电路仿真软件PSIM及其分析功能补充软件设计原理。第四章为本文的重点主要介绍了单相滞环逆变器并联技术中同步和均流方案的设计、仿真及实现。另外还介绍了辅助测量电路(交流开关)设计。第页南京航空航天大学硕士学位论文第二章电流型三态滞环控制逆变器电流型三态滞环控制方式的工作原理和电路实现I三态电流滞环跟踪控制近来电流跟踪控制技术在逆变器控制中的应用越来越广泛电流跟踪控制的逆变器实际上是一个砰一砰控制的电流闭环控制逆变器输出电流跟踪给定电流因而控制电路比较简单。在硬开关逆变器控制中电流跟踪控制方法有两种:滞环宽度控制法与同步开关法。滞环宽度控制法如图所示。通过设置一个滞环比较器当电流给定I:与逆变桥In输出实际电流I之差绝对值超过滞环宽度的一半时改变逆变桥臂开关状态使桥臂输出电压极性改变从而使逆变桥臂输出实际电流始终控制在滞环内它的特点是电流偏差最大为滞环宽度的一半滞环宽度越小实际电流越接近给定电流但桥臂开关管的开关频率越高且开关频率与给定和实际电流的变化率相关不是一个常值。戍:J介Ig:}Tt'FI图滞环宽度控制法图同步开关法图是同步开关法电流跟踪的原理。同步开关法逆变器开关频率固定在每个等距的采样瞬间将实际电流If与给定电流相比较若I脚:则控制桥臂下管Sz开通上管S关断使实际电流I。下降:若If<I。则控制上管S。开通F管关断使实际电流上升。这种控制规律的不足是电流跟踪过程中误差较大如图,采样点T,,’几中电流偏差是不一样的EE小GH大。产生较大电流偏差的原因是采样点‘与I第页单相逆变器井联运行技术研究之问偏差很小而下一采样间隔中控制规律使I,与,导数极性相反。如果引入电流滞环控制和零状态续流模态当I与I。偏差在允许范围(滞环)以内时如图中T采样点使电流I,导数为零维持不变则可以减小电流跟踪误差这就是三态电流滞环跟踪的控制思想。三态电流滞环跟踪的控制原理如图所示。检测输出电压得电压反馈信号U,,其与给定正弦参考电压V相比较所得误差信号再经比例积分调节器就得到内环给定信号,检测滤波电感电流IL得到反馈电流lLP'其与给定电流,相比较根据两个电流瞬时值之差来决定单相逆变桥中四个开关在下一个开关周期中的导通情况。其控制规律如下:I,户h时S,,S,导通U,,=U,状态I,I,,,<h时S,s导通UAs二一U,。一状态IIh}<h时S,,s。导通或S,,S,通、UASo状态图三态滞环控制方框图引入零状态续流模态后不但可以使电流跟踪偏差减小而且使逆变桥输出电压波形中的、一I状态间的跳变大大减小甚至消除从而使输出脉动减小如果再在电流环外设置电压闭环则输出电压、电流控制特性更好。在三态电流滞环跟踪控制中电流滞环宽度的选择直接影响到输出电流的跟踪特性。滞环宽度h取得太小电流偏差加大。反之如果h取得太大滞环作用不明显也会使电流偏差加大脉冲增加。三态电流滞环跟踪控制是一种非线性控制方法建立数学模型进行分析比较困难但仿真和实现比较容易。滞环控制电路实现控制方案。控制方案为电压电流瞬时值反馈双闭坏控制并采用三态电流△调制策略电感电流I:正负坏宽范围内跟踪给定电流。滞环控制电路图如图a所示。信号采样。滞环控制输入信号有三个即参考正弦荃准信号、电压采样信号、电流采样信号。正弦儿以仁信号山特别设计的电路实现一「节专门介绍输出电压v。经第页南京航空lei天大学硕士学位论文电阻R,,R,R、分压采样得电压采样信号电流采样信号ILf是通过电流互感器测滤波电感上电流而形成的。PI电压调节器。山R,R,,C和高速运放LF构成电压闭环PI调节器J趁功能为使逆变桥输出电压跟踪给定参考信号V,o「包压闭环PI调节器的给定信号为一Ib比例电流调节器。电阻R,R及高速运放LF构成电流闭环比例调节器其完成给定电流(Is)与反馈电流信号ILf之间的求差运算。电流误差信号计算过程如一卜:了几Al=大飞(一一一)RR()图滞环控制电路图滞环电路。电阻R,R,可调电阻R,R及正负V电源组成电流误差范围设置电路。不妨设:艺R,=RRRR⋯⋯二E二一VEd=YR,(R一“一“R)E之一厉玄R,(“一“一“一R)()若调节可调电阻R使R=RR,则有:第日页单相逆变器并联运行技术研究S=六Ex一=六Es()这样二一。三态调制。R,s,R,,Ro,R,:及比较器LM完成ILI与、的比较山D触发器完成逻辑编码最后输出逆变桥的PWM信号(V,V,)。用来完成编码既有利于防止逻辑竞争冒险又能确保逆变桥初始状态为一理想状态。表给出电流调节器的输入输出逻辑关系。由上分析可知这种滞环三态调制的结果可尽量减少向直流坏节回馈能量有利直流环节稳定工作以及输出电压的改善。表毓傲Vi(VI)V(V)Vub(ul)V,,(V)△i>(ON)O(OFF)O(OFF)(ON)一<<O(OFF)(ON)O(OFF)(ON)△i<O(OFF)(N)(ON)O(OFF)延迟启动。V电源、电阻R,、电容C:构成阻容延迟电路确保控制电路在功率电路通电以后刁‘开始工作。电流调节器限流特性分析由式()A二R,生一Iff)一R药()得:,二R,一,一△rR,R,“RigRioR()其中iLfiLRf,iLRf,IL为逆变输出滤波电感电流R为反馈系数。由式(()知:只要限制I:的最大值则I,最大值也被限制即电感电流的正向最大值:lva}二am,n}'=RRRizRIOR,()电感电流的反向最大值:。=KR,R,R)AfRRIOR,()川函凡十、Iaia分别为运放的正负电源电压。第:南京航空航人人学硕一}:学位论文基准正弦波发生器基准正弦波作为电压瞬时控制逆变器的电压给定信号波形的质F}直接影响到逆变器输出正弦波形的幅值、频率及失真度THD因此要求基准正弦波发生电路能提供稳定度高、波形失真度小且幅值可调的正弦波形。产卜正弦波信号的方法很多主要有:()采样模拟方法产生但频率精度不高。()采用数字式频率合成技术技术复杂且成木高但精度高。()采用集成电路用数码式方法直接合成技术其波形失真度小幅值精度高其频率精度取决于时钟且技术并不复杂。木课题采用了第三种。此种基准正弦波发生器由振荡分频电路、阶梯波合成电路和有源滤波电路三部分构成图为其电路原理图。振荡分频电路用于产生时钟信号阶梯波合成电路用块阶梯波来合成正弦阶梯波形有源滤波电路将合成的阶梯波形滤成正弦波形输出。振荡分频电路振荡分频电路由CC及外围电路Rb,C,,CL和品振(M)构成产生一定频率的时钟信号是具有级计数器的计数振荡分频器其内部的反相器和品振、电阻、电容构成稳定的晶体振荡器石英晶体和电容组成反馈网络工作在串联谐振频率附近对此频率呈低阻抗偏置电阻R。应足够大以使反馈网络不图阶梯波合成基准正弦波发生器成为负载但又要比CMOs电路的输入阻抗低得多一般取IOM左右山于石第页单相逆变器川联运行技术研究英晶体频率稳定度达'以!二使得时钟信号频率稳定、准确内部的分频器是由D角虫发器组成的位二进制串行计数器共有a'‘和''‘共个分频系数。若时钟频率为f,I,k则品振频率为f="f},ko阶梯波发生器阶梯波的产生阶梯波发生器由两片CC)L级Johnson计数器、九个权电ItRR、和一个反相器构成产生块阶梯波形。CC为可置数N计数器山五级Johnson计数器组成每级有缓冲输出端Q输入端有第一级触发器的数据输入端。时钟端CLK,置数输入端J,J和置数允许端PEJohnson计数器工作速度高不会产生有毛刺的译码输出。它按移位寄存器方式工作计数器每进入下一个状态只有一个逻辑变数发生变化。即时钟信号使Q,Q。中出现高电平的端数逐一增加至全“,,,然后逐次减小至全“。利用其码数变化设定合适的权电阻值就可以得到不同阶高的阶梯波。计数器级数越多越接近理想的正弦波。但级数越多电路所需的计数器越多体积越大因而N的选取应折衷考虑。C。为平滑电容可以消除大部分的谐波产生近似的正弦波。C。为隔直电容。ii)权电阻的选取为使阶梯波谐波含量较小以减轻滤波器的负担改善滤波效果阶梯波各阶电压值应等于正弦波在此阶段内的平均值即V,=Nr一=I)二Ninwta万瓜厂SinBoBo呱Sin(i一)B()N十‘··⋯⋯(t=或⋯)其中V、为第i阶电压值。V,为基准正弦峰值也是最高电压峰值。N为计数器的级数此处对应为奇数。。“nN在实际电路中最高阶的电压值是电源电压如式()所示。VNI,=SinNSoVRmB()不妨设电源电压为则各阶梯电压值基准化为:V,'=Sin(i一)。i=,,⋯⋯(N)下而推导求各电阻阻值的计算式。木文中加权电阻数为我们就以来计算各加权电阻值r,Ii十()N=为例r,十ro()第i南京航空航天人学硕一}:学位论文rVZr,r,R,r,V八rr,r‘V十‘rr,Hr,r,()()()其中:ri=Rir,,)ri=lti整理式()到(),i=,(N)i=(Nl)得:。=恙R,。一恶R,:=恶R,。=V,*RIV,。=恶R,R,=V,'V,V,RaR()R,=V,'RV,'v,'二合ROR,二V,一VR,图中理论计算得:R,二K,R二K,R=K,RSK,R,=K,考虑到工程实现必须对理论计算的加权电阻值进行圆整圆整得:风=K,R,=K,R=K,R,=K,R,=Ko式〔)推'到:N为奇数的一般情况有V,R=于一二RnV,一V,SinOoSin(i一)o一Sin(i)BRo()RoCOSiN为倡数时i=,,,N一Y二()R,=Sin(iOo)臀V}V((V,黔一(VIII)R)(IV,)一,一N电源电压、电阻和电容均形响阶梯波各阶的阶高使得阶梯波的从波电)lu值第巧页单相逆变器并联运行技术研究产生误差。为了提高输出电压的稳定度输入电源可以用具有温度补偿的稳压管进行二次稳压。电容选用频率、温度稳定性较高的有机薄膜电容。电阻选川具有较`}精度较低温度系数和较高稳定度的精密「LIS({器。有源滤波输出基准正弦波发生器的输出滤波器为无限增益多路反馈低通滤波器。其山运放、电Phada和rL容ChC,构成。其传递函数为:G(s)Aco()Sco其中:co}一Vrt一屯RgCC,A=一RioRa()C,(RIOR,RRioRaR,)Ra寸R,ORC负南京航空航天人学硕卜学位论文驱动模块IR及其应用功率MOSFET(场效应管)管输入阻抗高为电压性驱动因而驱动功率小驱动电路比较简单。功率场效应管工作在高频时为了防止振荡栅极引线要短如果无法使引线缩短则在靠近栅极处串联一个小电阻以便抑制寄生振荡。功率MOSFET对上级驱动电路的要求为:〔)应具有对地电位可浮动的独立直流电源。()提供栅极需要的正负栅压栅极电)f上升沿与下降沿要陡而且为提供一定的动态驱动功率栅极充、放电流也应具有一定量值。()P(动电路的输出电阻要小以提高栅极输入电容充放电速度缩短器件的开关时间。()()驱动与前置电路应具有较强的抗干扰能力由于功率场效应管的输入阻抗高馈所引起的振荡。特别是MOSFET输入阻抗是随频率而改变的。因此与驱动脉冲发生器的阻抗有关。驱动电源的阻抗必须比较低以避免正反的直流输入阻抗是非常高的但它的交流MOSFET的驱动波形的土升和下降时,j,)应能提供适当的保护功能使得功率管可靠工作。)应简单可靠体积、重量小成本低。功率场效应管驱动电路形式多样主要有隔离式和非隔离式两种。非隔离式包括飞)FL,CMOS,线性互补电路驱动:)IR等大规模集成电路驱动。隔离式包括:)光祸式驱动电路)变压器构成的磁拙式驱动电路)变压器和光祸共同驱动。如集成芯片UC,UC与变压器共同构成的高频调制、解调隔离驱动。本课题综合考虑性能与成本选用驱动芯片IR与光祸N共同构成混合隔离马区动电路。IR集成块构成原理IR是国际整流器公司((InternationalRectifierCo)推出的专用于开关管桥式逆变器电路的集成化驱动器它是引脚双列直插式大规模集成芯片其引脚功能说明如表所示。IR的内部原理性枢图如图所示。它内部为自举操作设计了悬浮电源其允许电压范围为。V一十V输出级驱动电源范围较宽为IOVV逻辑电路以其本身的逻辑电源为从准范围是VV逻辑地电位Vss和功率电路地电位COM之间允许有正负V的偏差因而其逻辑电路不S}受输出级驱动开关动作产生的祸合干扰的影响。IR的输出为两个独立的分别以高压、低压为华准的通道即上通道与下通道可提供开关管一相半桥(上下臂开关管)七功率器件的驱动脉冲。两个通道分第叮单相逆变器并联运行技术研究别采用推挽式连接的低阻场效应管输出方式输出峰值电流可达A以上。芯片内部还设置了上下通道的延时控制典型的开通延时时间为ns关断延时为nsoIR的输入通过逻辑电路与两个输出通道相对应。由于逻辑输入级中施密特触发器具有滞后回环因此输入通道具有良好的抗千扰能力并可接受上升时间较长的输入信号。表IR引脚说明弓】脚符号说明弓DA)符号说明Lo下通道输出端NC空脚COM下通道输出参考地端VDD控制信号输入级电源输入端Vcc下通道TL补输出级电源输入端HlN上通道控制信号输入端NC空脚SD保护信号输入端Vs上通道输出参考地端LIN下通道控制信号输入端Vb上通道互补输出级电源输入端Vss控制信号输入级低端Ho上通道输出端NC空脚氏压检洲图驱动模块IR原理框图IR的保护功能包括输入逻辑电路保护和输出电源保护。输入逻辑保护是当第贞南京航空航天火学硕十学位论文功率电路发生过载、短路等故障时检测保护电路的输出信号接入IR保护端SD高电平有效芯片内部逻辑电路将上下通道的输入控制信号进行封锁。欠压保护采取上下通道分别检测。当We低于芯片内部电路整定值时同时封锁上下通道的输出脉冲而当Vb欠压时仅封锁上通道的输出脉冲。IR的主要工作过程简述如下:IR输入端有五个引线它们分别是VDD,VSS,HIN,LIN和SD。其中VDD是驱动电路电源可为V之间。因此IR可与TTL或者CMOS电路兼容。VSS是控制电路逻辑地。HIN接收给上臂IGBT控制信号LIN接收给下臂IGBT控制信号。显然HIN信号和LIN信号是互为相反的逻辑电平信号以保证上臂IGBT开通时下臂IGBT是关断的反之亦然。在下臂IGBT开通信号来之前和上臂开关管关断之后需有一短的“死区”时间对于IR如上所述这一时间是在控制电路内设置IR自身仅有ns的延迟时间。SD是封锁信号接收端。当开关管出现过载时检测线路输出高逻辑电平至SD,则所有控制信号全部封锁上、下臂开关管同时关断。IR只对整个半桥电流进行检测、控制而不区分单个器件的故障情况。IR输出端有六个引线端分别为VB,VS,VCC,COM,Hout,Lout。其中Hout和Lout提供上臂开关管、下臂开关管门极驱动信号。VCC和COM是下臂IR‘Vcc(V)IRriD尸一一Vc】}uCfnC叫BCQQ上C(vcc(v)二sv}{CK}往曦了A图逆变器驱动和功率电路开关管驱动电路功率电源端和共同地端。为保证开关管门极开通电平值vcc至少需V电源。VB和vS则分别是上臂开关管驱动电路电源端和开关管射极连接端(又称浮地)。VB端电源的建立可以通过外接电源来达到一般情况下可通过三极管DB(D,D)和适合的电容CBOOT(C,C)组成的充电自举电路来实现。如图中所示。山于开关管门极驱动所需功耗很小这种充电白举电源能保证大多数功率管逆变器正常工作。CBOOT值的选取依赖于开关频率、IIi空比和功率MOSFET开关竹栅极充电的需要但电容两端的电压不允许低于欠压封锁临界第页单相逆变器)f联运行技术研究值否则将产生保护性关断。对于KHz以上的开关应用一般选。luF的电容。进一步设计可参考IR国际整流器公司提供的手册。充电二极管的耐瓦值必须大于高G母线的峰值电压为了减小功耗采用快恢复二极管为宜。为了向需要开关的容性负载提供ifs时电流VNi用中应在Vcc和COM之Il,VDD和Vss之{u连接两个旁路电容。Vcc卜的旁路电容一般选luF,VDD上的旁路电容一般选OluFIR内部控制信号到上臂开关管驱动信号转移是采用高频脉冲振荡后至一差动信号输入鉴别电路来实现的。上下臂驱动级都有低电压自锁逻辑即当驱动电源不够时驱动电路自动关闭。同时卜、下臂驱动极之间采用特殊结构和工艺技术可承受高达V电压。因此变压器隔离是不需要的。滞环桥式逆变器驱动电路图中CKICK来滞环控l电路frh隔离输出其中CKI与CK,CK与CK分别互补。电容C,C,C,C的主要作用如上所述是起到向需要开关的容性负载提供瞬时电流的作用另外也滤除直流辅助电源中交流分量有抗干扰作用应尽量靠近驱动块IR一些。隔离电路实现IR为非隔离驱动模块故其与控制电路之间须进行电气隔离。滞环控制电路中输入电压信号是功率电路输出电压经电阻分压采样得到的故其逻辑地与功率输出电压低信号(图中B点)电势一致。而驱动块IR输入信号的参考地为图中的A点显然A点与B点电势不同我们采用N高速光祸进行隔离。图光藕隔离电路图为以光祸N为主构成的隔离电路。输入信号来自滞环控制环节的CD的电压输出其为宽度不等的矩形波幅值V>最大频率K(时钟频率)。N为电流型器件输入电流mA级故在输入端管脚}二串联一K电阻。管脚为使能输入端本电路通过一IOK电阻接上V电源。光祸输出管脚供电电压为V则从输出管脚输出电压不超过V而驱动芯片IR要求输入电压范围为V,这就要求对N输出进行升压。图中NPN三极管,第南京航空航天人学硕十学位论文供电电源VCC,K和IOK电阻构成升压电路其波形分析如图由图分析可知隔离电路很好地完成了隔离和升压功能。同时发现当输入电压Vin全为低电平时Vo始终为V高电平则CK保持低电平不变。也就是CK图隔离电路关键点波形分析说当滞环控制单元发生问题输出只有低电平时隔离升压电路能锁定驱动块IR输入端为低电平以确保驱动块不发出错误信号、不造成误动作。逆变桥电路设计逆变桥电路如图所示它采用全桥结构ft四个功率管QQ,续流二极管DD、输出滤波电感L和输出滤波电容C构成。RR,CC组成功率管的吸收电路。功率管选SK续流二极管选取MUR图I逆变桥电路图滤波电感设计一般原则滤波电感L在三态电流滞环跟踪中有两个作用一是滤波电感滤除输出波形第页单相逆变器并联运行技术研究中的高次谐波二是作为一个积分环节实现三态滞环控制它的大小直接影响到输出波形的幅值及TFIDa当S,,S导通时一个正向脉冲加到逆变桥输出A,B两端Uu,,ua()一般开关工作频率f远大于逆变桥输出频率f在一个开关周期中近似认为滤波电容上电容保持一定u=Uo一个开关周期过后滤波电感电流的变化量为配Lf一U二二XL界xD()Uo是随时间变化的变量在滞环控制电路中U。应略落后于,这样t=。时△人户AIL,()电流给定I,=ImsinWt时t=处电流给定变化率最大d,g、max()=’试’Ignxco}()此时滤波电感电流变化率要大于IgmX。。才能使u跟踪上Is故有di,U了I二。)才)xCt)o()由上式可得到当IsX。。一定时L的上限UL<()Ig,xco"事实上L不能取值过大。当L大时脉动较小THD相应较小但L

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/13

2=单相逆变器并联运行技术研究

仅供在线阅读

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利