28V输入20kVA三相静止变流器的动态特性研究

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图 4 系统结构图
由系统动态模型 可知系统的开环传递函数如
下:
G ( s)H ( s)=
k p kt ks k ek f k v( T i s+ 1) T i s ( T t s + 1) ( T p s2+ s + k v) ( T f s + 1)
( 8)
5 28V 输入 20kVA 逆变器的动态仿 真分析
关键词: 变流器, 逆变器, 动态特性 中图分类号: T M 46 文献标识码: A 文章编号: 1000- 100X( 2003) 01- 0029- 03
Research on Dynamic Characteristics of 28V Input 20kVA Three Phase Static Converter
第 37 卷第 1 期 2003 年 2 月
电 力电子技术 Pow er Electronics
Vo l. 37, No. 1 February, 2003
28V 输入 20kVA 三相静止变流器的动态特性研究
谢少军, 张 勇, 韩 军
( 南京航空航天大学, 南京 210016)
摘要: 建立了移相调压阶梯波合成逆变器 的动态 模型, 分析了 系统的 动态性 能和闭环 参数设 计方法。28V 输 入 20kV A 逆变器实验验证 了动态模型的正确性, 达到了较好的动态指标。
( 1) 减小 P I 调节器的比例系数或增加积分时间 常数可以增加系统的相角裕度, 使系统易于稳定;
( 2) 减小比例系数或增加积分时间的同时, 系统 的截止频率也减小, 即降低了系统的响应速度;
( 3) 因此, 为加快系统的动态响应, 应尽量提高 调节器的增益, 但同时应保证有适当的相角裕度, 以
电压调节器的参数对系统的动态性能有直接影
响。选择适当的 P I 参数可使系统具有良好的性能。 分别固定 k p 或 T i 时变化另一个参数, 可以做出系 统的伯德图。表 1 列出了不同 k p、T i 参数下的系统 分析结果, 表 2 列出不同 时间常数时的系 统性能。 由表 1 中的结果可以看出:
0. 5
10
28
22
0. 8
6
7
30
1. 5
0
0
40
积分 时间 T i= 6. 66ms
表 2 不同时间常数时的系统性能
积分时间 T i/ ms
幅值裕度 201gh/ dB
相角裕度
截止频率 ( r ad/ s)
0. 66
10
30
55
1
0
31
3. 3
12
25
18
6. 6
20
40
12
8
25
48
9
10
30
55
8
66
50
90
5
比例系数 k p= 0. 15
经过比较, 20kVA 逆变器选择电压调节器的参 数为比例系数 k p= 0. 15, 积分时间 T i= 6. 66ms。
6 20kVA 静止变流器研制结果
由于系统采用软启动方式, 输出电压缓慢升高, 无法进行阶跃响应试验。不过负载扰动同样可以验
证系统的动态性能。图 5 和图 6 分别是 28V 输入 20kVA 逆变器加、卸 60A 对称阻性负载时的电压电 流波形, 电压调整时间约 300ms。实验结果与理论
图 1 可以说明移相调压的原理。同频率的正弦 波电压分量串联时, 输出电压不仅与各电压分量幅 值有关, 还取决于两电压分量的相位差。若两个电 压源输出电压幅值相同, 相位相差 2 。则有:
U o = U o1+ U o2
( 1)
即:
U o1cos + U o2cos( - ) = U o ( 2)
U o1sin + U o2sin( - ) = 0
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第 37 卷第 1 期 2003 年 2 月
电 力电子技术 Pow er Electronics
Vo l. 37, No. 1 February, 2003
不滤波输出电压失真为 7. 3% , 采用 24 次滤波陷阱 后, 输出电压失真度可小于 1% 。
4 移相调压阶梯波合成逆变器的动态 模型
根据系统的构成, 可以得到如图 3 所示的功能 框图。
由于 cos 是超越函数, 不能进行拉氏变换考 虑将 cos 在一定条件下线性化。由假设 1, 系统已 经稳定, 如果此时电压给定 U g 有微小 变化 ugr, 变化不大, 设系统原来稳定在 ∃, 由泰勒级数可知:
U l= 2cos = 2 1- sin ∃( - ∃) + R n( - ∃) 2
除 k p、T i 外, 其它参数都是系统固有的。根据 28V 输入 20kVA 400H z 逆变器电路设计结果, 可以 得到系统参数为: k t = 0. 21; k e= 84; k f = 0. 026; k s = 1. 47; T t= 1. 25e- 3; T p= 0. 01; T f = 1. 25e- 3; T v= 9. 83。
1引言
移相调压阶 梯波合成逆变 器[ 1] 是实现低压 大
功率静止变流器的一种较好的技术方案, 具有输出 波形质量好, 效率高, 易实现大功率等优点, 本文建 立了该逆变器的动态分析模型, 对 28V 输入 20kVA 三相静止变流器的动态性能进行了研究。
2 移相调压阶梯波合成逆变器原理
阶梯波逆变器本身不具备调压功能, 为了稳定 输出电压, 需要避免采用直流调压环节, 可以将两个 阶梯波逆变器串联, 依靠调节两台逆变器输出电压 的相位来调节电压。
( 6) 拉哥朗日型余项 R n( - ∃) 2 是高阶 无穷小,
可忽略。对上式进行拉氏变换, 可得:
Ul ( s) = - 2sin ∃ ( s ) = - ks ( s)
( 7)
即移相调压可以等效为一个比例环节。
反馈环节为典型的三相电压取样、整流、滤波电
路, 可等效为一个惯性环节。
考虑负载效应, 系统的动态模型结构如图 4, 其
为了研究系统稳定性和动态性能, 对系统进行 了小信号分析。首先建立系统的数学模型, 为了便 于建模分析, 同时保证 模型的合理有 效, 做如 下假 设: ! 假设系统在某一时刻已经稳定, 输入给定发生 微小变化 u gr, 考察系统的稳定性和动态性能; ∀ 所 有元件都是理想的, 无寄生参数, 功率管的开关在瞬 间完成, 并忽略上下管的死区时间; # 输出电压为正 弦波, 忽略所有谐波, 并忽略滤波器对基波的延迟。
吻合, 达到了有关技术标准要求。
图 5 突加负载试验
图 6 突卸负载试验
7结论
建立了移相调压 阶梯波逆变器的动态分析模 型, 通过仿 真分析选 取了 28V 输入 20kVA 400H z 逆变器的闭环控制参数, 实验结果与理论分析吻合, 证明了本文建立的数学模型的正确性, 可以用于指 导系统设计。 参考文献:
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可见, 只要调节 U o1, U o2的相位差 2 , 即可调 节输出电压。
采用三角波交截法可以实现两路逆变电源输出
收稿日期: 2002- 04- 16 定稿日期: 2002- 06- 10 作者简介: 谢少军( 1968- ) , 男, 湖北天门人, 博士, 副教
授, 研究方向为航空电源和功率变换技术。
相位的调节, 如图 2, up 与输出电压同频率的三角 波交截, 得到一定脉宽的相位差脉冲, 两组逆变电源 通过锁相环分别锁定脉冲的前后沿, 调节 u p 的大 小即可改变脉冲的宽度, 从而调节两逆变电源输出 的相位差。
图 1 移相调压原理
图 2 三角波交截示意图
3 28V 输入 20kVA 逆变器设计
XIE Shao jun, ZHANG Yong , HAN Jun
( N anj ing Univer sity of A er onautics and A stronautics , N anj ing 210016, China) Abstract: T he dynamic model of staircase wave super positio n inverter with phase shift control scheme is g iven in this paper. T he dynamic and stability performance are analyzed as w ell. A 28V input and 20kVA output inverter is developed. T he exper iments verified t he validity of the proposed model and the fine dy namic performance has been achiev ed. Keywords: conver ter ; inverter ; dynamic characteristics
某 28V 输入三相逆变器要求工作电压范围 18 ~ 32V, 输出电压为 115V, 频率 400H z, 采用两个四 通道逆变器实验, 考虑 2 倍过载, 功率管电流额定需 要 300A, 可以采用两只 60V/ 200A 功率场效应管并 联, 将合成变压器的变比取为 1 1. 14 0. 94 0. 66 0. 34, 在 26 ~ 90 范围内变化, 即可实现全部工作 电压范围内的输出电 压稳定[ 2] 。理论 上该逆变器
G ( s) =
kv T p s2+ s+
kv
( 5)
由假设 2, 两个单相逆变器可等效为一 个比例
环节, 各管占空比固定, 比例系数 kE 正比于输入电
压 E 和变压器变比, 调节两组逆变器输出电压的相