基于双闭环PI控制的单相全桥PWM整流控制器的研究

装置与应用　基于双闭环ＰＩ控制的单相全桥ＰＷＭ整流控制器的研究　徐凌　湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉４３００６８　摘要：本文首先简单介绍了单相全桥ＰＷＭ整流控制器的原理，并根据工程实际分别设计了电流内环、电压外环Ｐｆ控制器，然后通　过ＭＡＴＬＡＢ　Ｒ２００７ａ软件的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真平台搭建系统模型进行仿真并分析结果，得出所设计的整流器能以单位功率因数运行。　关键词：双闭环Ｐｌ控制：脉冲宽度调制：整流器　中图分类号：ＴＭ４６１　文献标识码：Ａ　１引言　文章编号：１００２－１３８８（２０１５）０２－００９０－０２　随着电力电子技术的迅速发展，出现了以控制技术为基础　的各类变流装置，整流器是电力电子电路中出现最早的的一种，　应用十分广泛。ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）整流器是采用　全控型器件组成的高频整流电路，与传统的二极管整流器或晶　闸管整流器相比，Ｐ１ｖＭ整流器具有能量双向流动，网侧电流谐　波低，高功率因数，恒定直流电压电流控制等特点，可以以多　种形式应用于电力系统。效仿直流电机转速和电流双闭环控制，　在ＰＷＭ整流的电压单环的基础上增设电流内环，充分利用电流　内环及时、快速的抗扰性来抑制电源扰动的影响［１］。双闭环控　制不仅具备优异的动态性能，还具备良好的静态性能，是一种高　性能的波形控制方案。　２单相全桥ＰＷｇ整流电路的工作原理　如图２．１为单相全桥Ｐ吼整流电路，按照正弦信号波和三　角波相比较的方法对图中的Ｔ１　Ｔ４进行ＳＰ￣Ｖｌ控制，就可以在桥　的交流输入端产生一个ＳＰＷＭ波　，Ｕａｂ中含有和正　弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量，以及和三角载波有　关的频率很高的谐波，而不含有低次谐波。交流电流ｉ　经电　感Ｌ的滤波作用而不受高次谐波电压的影响，因此当正选信号　波的频率和电源频率相同时，　为与电源电压　同频　率的正弦波。在“　一定的情况下，仅由Ｕ　６中基波分量　的幅值及其与　的相位差来决定　的幅值与相位。那么，　适当的控制Ｕ　６的幅值与相位就能使　和　同相位　从而以功率因数１实现整流，从交流侧向直流侧输送能量，而　避免了网电网侧注入谐波［２］　［３］。　一广Ｐ　———　—　”、　＝］——　““　ｌ　　　芒　ｌｌ　ｃ　～　Ｕ‘ａ，［、　图２．１单相全桥Ｐ＿ｊｌＩ『Ｍ整流电路　由此可知，只要控制好交流侧电感电流矢量与电网电压矢　量一致和直流侧母线电压的稳定，就能让整流器以满意的工作　状态进行工作。　３整流器双环控制系统设计　整流器采用瞬时直接电流控制策略。瞬时直接电流控制也　称电压外环电流内环双闭环控制［４３，具有交流侧输入电流跟踪　指令电流速度快、交流侧输入电流谐波小、容易限流和直流侧　输出电压稳定等优点。瞬时直接电流控制的整体结构框图如图　３．１所示，电压外环与电流内环均采用ＰＩ调节，从而使输出电　压保持稳定［５］。　图３．１单相Ｐ１ⅣＭ整流器系统控制框图　３．１．１电流内环ＰＩ控制器的设计　电流内环的控制框图如图３．２所示。电流内环应该获得较小的　超调量和较快的跟随性能，因此电流内环校正成典型Ｉ型系统。　图３．２电流内环控制框图　本文中，设计的交流侧电感三：ｌｍＨ，综合阻尼效应等效　电阻，＝０．１Ｑ，开关频率和采样频率为２０ｋＨｚ，若假设　一，　则可写出电流控制器在连续域的传递函数：　Ｇ（　）：　＋　：１０＋　（３—１）　可得电流内环系统的开环传递函数与闭环传递函数分别　为：　）＝丽Ｋ，ｉｇ　ｅｇ，ｌｇ＝　（３－２）　Ｇ，Ａ　＝　（３－３）　３．１．２电压外环ＰＩ控制器的设计　电压外环的控制框图如图３．３所示。电压外环的主要作用　为稳定直流侧充电电压，故选择抗干扰能力强的典型ＩＩ型系统　对其进行校正。　图３．３电压外环控制框图　考虑到电压外环控制系统的抗扰性及跟踪性，工程上一股取中　频宽ｈ＝５。到电压外环的开环传递函数与闭环传递函数分别为：　１）／　一９６０００ｓ＋７６９２００＿０　ｓ２（Ｔｓ＋１）　＋４００ｓ　（３：＿４）　）　９６０　００ｓ＋　７６９２　０００　（３＿５）　４基于双闭环系统ＰＩ控制器的仿真及结果分析　通过ＭＡＴＬＡＢ　Ｒ２００７ａ软件的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真平台搭建系统模　型，对所设计的控制器进行仿真。如图４．１所示即为单相全桥　ＰＷＭ整流器的仿真模型。