一种交流稳流逆变电源的设计与实现

　　则开环系统的零、极点分布为
　　
　　
　　
　　式中：R为等效负载电阻；
　　
　　KiR为外环反馈系数；
　　
　　KiL为内环反馈系数；
　　
　　n为输出变压器原副边变比；
　　
　　Km为全桥逆变电路放大系数；
　　
　　Ka为内环比例补偿增益；
　　
　　Kp＋1/τs为外环PI补偿传递函数。
　　
　　由式（6）可知，当R<L/(KiLKaKmC＋)，（此式可通过设计保证）时，此时等效负载电阻R较小，系统极点sp2,3分布在负实轴上，系统的根轨迹如图4所示（R1，R2对应的根轨迹）；当R>L/(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σa=。对于无电感电流瞬时值反馈的系统，其根轨迹如图5所示。可以看出，根轨迹以虚轴为渐近线趋向于±∝，相应在控制上必会引起输出电流的振荡，系统不易稳定。而引入电感电流反馈后，根轨迹如图4所示，系统的稳定性增强，动态性能也得以提高。
　　
　　在不同负载条件下式（2）和式（3）对应的波特图分别如图6和图7所示。由图6可以看出，系统是稳定的，并且系统的相位余量>50°。由图7可以看出，系统的幅值响应接近1/KiR，在50Hz的频率处，输出电流和给定电流信号之间的相移几乎为零，因此，输出电流能很好地跟随参考信号。高的转折频率和宽的频带能保证系统具有良好的动态性能。
　　
　　3一些其它的设计考虑
　　
　　作为电流源必须考虑输出开路的情况。由于本文中的交流稳流源实质上是一个电压型电流源，即通过快速调节输出电压来实现输出稳流。当输出开路时，输出电压会迅速上升到到直流母线电压附近，而不会像电流型电流源那样升得很高。尽管如此，负载开路时，输出电压仍会迅速上升，并引起输出电压以LC谐振频率进行振荡，这两者均会导致输出波形严重畸变；此外，当输出负载重新接上时会引起输出瞬态过流。因此，系统必须进行过压保护，当输出电压超过设定值时迅速切断逆变器输出。
　　
　　图8
　　
　　众所周知，在SPWM全桥逆变器中必然存在着直流偏磁，会导致铁心饱和，不仅加大了变压器的损耗，降低了效率，增大了噪声，严重时会导致励磁电流迅速增大，使功率开关管因过流而损坏。本文采用如图8所示的纠偏电路来抑制直流偏磁，即由LEM器件采样逆变输出滤波电感电流，检出直流电流分量，与零电压比较得到误差，积分后叠加到正弦给定上，实时校正变压器的直流偏磁。其优点在于与电感电流反馈共用一个检测器件，节省费用；当发生直流偏磁时，变压器励磁电流以指数规律迅速增大，比检测电压纠偏的方法灵敏。
　　
　　4实验结果
　　
　　交流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，以满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Vd
　　
　　380V
　　
　　输出电流io（可调）
　　
　　0～20A
　　
　　最高输出电压Vom
　　
　　250V
　　
　　满载功率
　　
　　5000W
　　

《一种交流稳流逆变电源的设计与实现(第2页)》