基于PSIM的固定开关频率电流控制逆变器仿真分析

武子恒 于泊宁

【摘 要】固定开关频率电流控制逆变器的应用日益广泛，本文利用PSIM仿真软件研究固定开关频率电流逆变器的基本原理和电路实现，并分析其中存在的一些问题。

【关键词】固定开关频率；逆变器；仿真

中图分类号： TM464 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）12-0118-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.051

0 引言

当今社会科技发展十分迅速，各种电气电子设备对供电的要求也越来越高，而逆变供电作为一种简单有效的电力供应形式，已经广泛地应用于生产和生活的各个领域。为了提高逆变器的输出性能，人们创造了多种逆变器控制方法，常见的有：电压瞬时值控制、电流滞环控制、电流预测控制、SPWM电流控制和固定开关频率电流控制等，其中，固定开关频率电流控制逆变器可以应用在诸如交流电机伺服驱动器的控制中。本文就是利用PSIM仿真软件研究固定开关频率电流逆变器的基本原理和电路实现，并分析其中存在的一些问题。

1 工作原理

固定开关频率电流控制的结构框图如下图所示：

以单相电路为例，输出电流iA与参考电流i*A的误差iε=i*A-iA，经过比例积分（PI）环节后输出电压信号vcontrol，然后将vcontrol与一个固定频率（即开关频率fs）的三角载波信号vtri进行比较，并以此控制主电路的开关器件的开关状态，即通过增加或减少PWM输出信号的占空比，实现对输出电流的控制，从而实现对电流参考信号i*A的跟踪。

例如，当误差iε=i*A-iA为正，即i*A>iA时，输出的vcontrol为正，PWM输出信号占空比增加，进而使得主电路输出电压升高，输出电流增大，使得误差减小。反之，当误差iε=i*A-iA为负，即i*A

2 仿真模型

根据控制的结构框图和逆变电路的原理，在PSIM中搭建单相的逆变电路如下图所示。左侧为控制电路，右侧为主电路。

3 仿真分析

电路参数设置如下，i*A=10sin100πtA，PI控制电路放大倍数为1，时间常数为0.0001，vtri峰值为20V，频率为10kHz，直流电源电动势Ed=300V，交流侧电阻负载R=10Ω，交流侧电感负载L=10mH，仿真步距设置为5×10-6s。

仿真波形如下，蓝色为参考电流i*A，红色为输出電流iA，绿色为误差电流iε=i*A-iA。

发现输出电流iA在参考电流i*A附近上下波动，跟踪效果较好。

若保持其他的参数不变，将PI控制电路的时间常数改为0.001s，仿真波形如下图4：

PI控制器中的积分环节可以使系统消除稳态误差，积分作用的强弱取决与积分时间常数T， T越小，积分作用就越强。但是加入积分调节会使系统稳定性下降，动态响应变慢。从波形我们可以看出，T变大后，动态响应变慢，红色的输出电流明显滞后于蓝色为参考电流iA。

若保持其他的参数不变，改变的频率为5kHz，重新进行仿真，仿真波形如下：

可以看到绿色的误差电流iε=i*A-iA的平均值为1.41A，而之前的值为0.71A，误差明显增大。

若保持其他的参数不变，分别改变电感的数值为50mH、100mH和200mH，重新进行仿真，仿真数据如下：

4 结论

由以上实验结果可以分析得出，对于固定开关频率电流控制电路，输出电流以固定的频率上下波动，且当开关频率越高时变化越频繁，输出电流越接近参考电流并且误差电流的值越小。

由于比例积分环节自身的特性，时间常数应当合理设置，时间常数过大会引起系统的动态响应速度变慢而使得输出电流调节速度变慢，误差增大。

负载电路的感性强弱也起到很关键的作用，感性增大可以改善输出电流的质量，但是感性不能太大，否则将导致电流变化缓慢，造成很大的误差。

【参考文献】

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