多单相逆变器线与工作的Multisim仿真

于负 载 的合 理 分 担 。这 种 传 统 方 法最 大 的 问题 在
收 稿 日期 ： ０ Ｉ ３—１ ２ １ 一０ ０
作者简介 ： 笪贤进 （ ９０一） 男 ， １７ ， 安徽 安庆人 ， 士 ， 师 ， 硕 讲 研究方 向 ： 计算机控制 ，ｍａ ：１２ ３２ ｑ ｅｏ ｍ Ｅ ｉ ６ ４４ ０ ＠ｑ ｌ 通 讯 作 者 ：笪 贤进 ， ｍａ ：１２ ３２ ｑ ．ｏ ． Ｅ ｉ ６ ４ ４０ ＠ ｑ ｃｒ ｌ ｎ
１ 系统 结构
多 个单 相逆 变 器线 与工 作 的 电 动 系 统 如 图 １
所示 。为 了体现 连接 导线 的 阻抗 ， 每 一个逆 变 器 在 和交 流 总线 之 问插 入 一 个 导 线 阻抗 表示 。对 于 大
单 元既 独 立 工 作 互 不 干 扰 ， 共 同 驱 动 同 一 个 负 又 载…。 有关 逆变 器 的并 联 使用 ， 传统 的方法需 要 利用
台电机 以及 对应 的驱 动系 统 。严格 来说 ， 防止 致 要
部实现 ， 具体的算法是 ： 以该单元输 出的有功功率 作 为控 制变 量 ， 控制 该 单 元 输 出频 率 的 衰减 ； 该 以
单元 的无 功 Ｖ Ａ作 为 控制 变量 ， 制该 单元 输 出 电 控 压 的 衰减 ； 以该 单 元 的畸 变 Ｖ 作 为控 制 变 量 ， Ａ 控
Ｖｏ（ ） ｃ ｓ ，ｔ
图 ２中 的核 心 模块 是 脉 宽 调 制 控 制 的全 桥 逆
式 中 ： 是逆 变 器 Ｅ ， 的电流 ， 的共 轭 ： 。
变器 ， 全桥 逆 变器 受 内外 双 闭环 控 制 ， 内环 为 该 其
电流 控制 环 ， 环 为 电压 控 制 环 。Ｌ 网络 用 来 滤 外 Ｃ
第２ ８卷 第 ４期
２１ 年 ０１ ８月
贵州大学学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｕｚｏ ｎｖｒ ｔ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ） ｏｒａ ｏ ｉ ｕＵ ｉ ｓｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｃｓ Ｇ ｈ ｅｉ ｕ ｅ
Ｖｏ ＿２８ Ｎｏ． ４ ｌ Ａｕ ｇ． ２ １ ０１
文章 编 号
Ｐ２
，
Ｅ２ ｉ ２ ｓｎ０
（ ６）
（ ７）
Ｑ ｚ＝
Ｔ，
Ｅ２ ｏ ０ 一 Ｖ ｃ ｓ２
为 了确 保 系统 稳 定 、 靠 工 作 ， 要 合 理 控 制 可 需 逆 变器 传输 给 负载 的有 功功 率 以及无 功 功率 ， 尤其
值得 注 意 的是绝 不 能 在 线 与 的 两 台 逆 变器 之 间形
Ｓ： 『 Ｖ Ｌ
比较 （ ） 和 （ ） ， 易导 出 ： １式 ３式 容
（） ４
当多个 这样 的基 本 逆变 单元 并 联 在一 起 ， 则其
中的每一个单元就必须按照其 自身的额定功率分担
它们 共 同负 载的一部 分 。虽然 这种负 载分担 问题 与
大多数 通用 电 动 系统 中所 涉 及 的 同类 问 题 基 本 相 似， 但是 本 文所 讨论 的问题仍有很 多特殊 之处 。
Ｖ：Ｖ ・ ｏ— Ｐ
（） ８
（） ９
（ ２ １）
余性 ， 最直 接 的想法 就是 针对 一个 负 载对象 并联 使 用 两个 甚 至多个 逆 变驱 动单 元来 驱动 ， 当然 这 里 的 关 键在 于设 计 出合 适 的控 制 算 法使 得 每 一 个 逆 变
制该单元输出谐波 的衰减。这种独立性使得 系统 既简单可靠 ， 又易于扩展。
法的 正确性 。
关键 词 ： 与 ； 变器 ； 率衰减 ； 线 逆 频 电压 衰减 ； ｕｔ ｉ 真 Ｍ ｌｓ ｉ ｍ仿
中图分 类号 ：Ｍ３ ４ Ｔ ４ 文 献标 识码 ： Ａ
在 当今 的工业 世界 里 ， 们越 来 越强 调系 统 的 人
于万 一接 口控 制 电路 出现故 障 ， 就会导 致 整个 系统 无法 正常 工作 。
．
贵州大学学报 （ 自然 科 学 版 ）
第２ ８卷
＿
交 流 总 线
眦
可在 必要 时通 过 外接 电容来 中和 ； 而本 文所 讨论 的 单相 逆 变器 的 内部连 接线 更多 引起 的是 阻性 元 素 ， 且大 小 不易确 定 。
一圈眦 二 一 葺Ｊ 扛 阢 玎 ～一 Ｊ 线
—
Ｑ ＝
（ ５）
利用 电路 的对 称性 ， 于 逆 变器 Ｅ ， 下 式 成 对 有
：
（ ） 用 电动 系统 一般 为三 相 系 统 ， 本 文讨 １通 而
论 的是 单相 系 统 。 三相 系统 可 以对 旋 转 相 量 实施 分 解用 于控 制 ， 能很 方便 的从 交 流变量 中导 出直 还 流 分 量 以简化 系统 的控 制 ； 所有 这 些手 段在 单相 系 统 中均不 可用 。 （ ） 比较 于 本 文 所 讨 论 的 线 与 系 统 中的 单 ２相 相 逆 变器 而言 ， 用 电动 系统 中 的同步 电机 往往 具 通
图 １ 多 个 单 相 逆 变器 线 与 驱 动 单 相 交流 负载
２ 控制算法
２ １ 线性 负载 时 的控 制算 法 ． 考虑 最基 本 的情况 ： 两个 单 相逆 变器 单元 直接 线 与 ， 同驱动 一个 线性 负 载 ， 共 电路如 图 ３所示 ：
图 ３ 两 台单 相 逆 变 器 共 驱 一 个 负 载
成 有功 功率 环 流 。算式 （ ）一（ ） 明 系统 有 功 功 ４ ７表 率主要 受 功率 角 和 的影 响 ， 而无 功 功 率 则 主
要 取决 于 逆变 器 的 电压 幅 度 Ｅ 和 Ｅ ．为 了避免 某 ：
一
台逆变 器过 载 ， 要求 每一 台逆 变器 能 够根 据 负载
有 更 高 的输 出阻抗 。 （） ３ 同步 电机 的 转 速 往 往 会 随着 其 输 出功 率 的增 加 而下 降 ， 而单相 逆 变器 则不 会这 样 。
（） ４ 通用 三相 系 统 内部 的连 接 导 线 所 引 起 的 大 多是感 性 因 素 ， 且 其 大 小一 般 是 可 知 的 ， 而 并 因
１０ ０ ０—５６ （ ０ １０ ０ ３ ０ ２ ９ ２ １ ）４— ０ ７— ４
多 单 相 逆 变 器 线 与 工 作 的 Ｍｕｔ ｉ 仿 真 ｌｓ ｉｍ
笪 贤进 ， 杨 艳 罗 乐 王 永 容。 ， ，
（． １ 成都 电子机械高等专科学校 电气 与电子工程 系， 四川 成都 ６ ０ ３ ；． １０ １ ２ 西南交通大学 峨眉校 区电气工程系 ， 四川 成 都 ６４ ０ １２ ０ ３ 贵州师范大学 机械与 电气＿ 程学院 ， ． ３ ２ 贵州 贵阳 ５０ １ ） ５０ ４
的变 化 ， 参考 自身 额定 功 率 ， 自动 承 载相 应 比例 的
第 ４期
笪贤进 等 ： 多单相逆变器线与工作 的 Ｍｕ ｉｍ仿真 ｈｓ ｉ
・ ９・ ３
负载 量 。 由于每 一 台逆 变 器 具 有 唯 一 的 开 路 电 压 、 频 率， 因此 逆变 器 的刚性 是显 然 的 ； 由此 ， 果 没有特 如 别 的控 制方 案 ， 两 台逆 变 器 直 接并 联 （ 与 ） 当 线 工 作 时 ， 然在 逆变 器之 间产 生很 大 的环流 电流 。本 必
［
代人 （ ） 得 ： １式
］
ｊ ｘ ］ １
（ ２ ）
（） ３
除逆 变桥 输 出 交流 信 号 中 的高 频 分 量 。 电感 电流
通 过 电流传感 器 反馈 给 Ｐ ＷＭ 控 制器 的输 入 端 ， 用 以 自动调 整 系 统 内部 电 流 ； 容 电 压 也 被 反 馈 到 电 Ｐ ＷＭ控 制 器 的输入 端 ， 以调节 系统 的输 出电压 。 用
可靠 性 、 全性 ： 安 比如 航 空 航 天 、 疗 、 电站 等 等 医 核
均属于此类系统， 可靠性是第一位 的。在这些系统
中都包 括有 许许 多 多 的电机及 其 驱动 系统 ， 它们 被 安 装在 各 自不 同 的点 位 ， 挥 着 极 其 重 要 的 作 用 。 发
一
要实 现真 正 的模块 化 ， 必须 让各 个逆 变模 块 就 能够 独立 工作 。本 文 的控 制 算法 利用 有功 功率 、 无 功 Ｖ 畸变 Ｖ Ａ、 Ａ作 为 控 制 变 量 来 实 现 各 模 块 真 正 的独立 工作 。每个 逆 变 模 块 的 闭 环控 制 都 是 独 立 的， 各个 逆 变单元 之 间唯 一 的联 系就是 负载 交流 总 线， 这是 由于每 一个 逆变单 元 的输 出都 要作 用于 交 流 负载 。各 逆变 单 元 对 负 载 的分 担 均 在 该 单 元 内
块 不能 均衡 的分 担 这些 畸变 能量 ， 整个 系统 性 能无 疑会 大打 折扣 ， 因此 应 设 法解 决 这 一 问题 ： 于 非 对
线 性 负载 引起 的 畸变 电流 ， 逆变 器模 块也 能 均衡 各
的分担 。
针 对典 型 的非 线性 负 载 ， 基 波频 率 为 ５ ｚ 若 ０Ｈ （ 弦波 ） 那 么 高 达 ９次 的谐 波 分 量 都 还 具 有 相 正 ，
为简化 问题 的 分 析 ， 中用 纯 电 感 代 表 线 阻 图
Байду номын сангаас
抗 ， 要注 意 的是 ： 阻 抗 的性 质 对 于 负 载分 担 问 需 线
题 的解 决 至关 重要 。
图 ２ 单个逆变单兀的控制算法模型
＝
逆变 器 Ｅ 供 给负 载 的复功 率 为 ：
Ｓ ：Ｐ ＋ Ｑ１＝ ｗ Ｊ （） １
摘 要 ： 与的概 念 来 源于数 字逻 辑 电路 系统 ， 文将 其应 用在 逆 变驱动 系统 中， 不借 助 于任 线 本 即 何接 １控 制 电路 ， 多个 单相 逆 变器 的输 出端 直接 并 联在 一起 ， 同驱 动 同一个 负载 。该技 术 的 ： ２ 将 共
关键 在 于 ： 系统 中每 一个 单相 逆 变器根据 其 自身的承 载 力按 比例 分担 负载 的相应 分 量 ， 文利 用 本 频 率 、 波 电压 以及谐 波 电压 的衰 减校 正算 法 来完成 的 ， 基 最后 用 Ｍ ｌｓ 的仿真 结 果证 明 了该 算 ｕｔｉ ｉｍ
一
多数 不 间断 供 电电源 而言 ， 其导 线 阻抗均 是 电阻性
的， 因此 不能 以单 个 电感来 表示 。
单 个逆 变 器 单 元控 制 算 法 模 型 的原 理 框 图如 图 ２所 示 ， 、 Ｄ分 别代 表 有 功 功率 、 功 Ｖ 畸 Ｐ Ｑ、 无 Ａ、
变 Ｖ Ａ．
个 专 门的接 口控 制 电路 来 实 现 各个 逆 变单 元 对
命故 障 的发 生 ， 电动 系 统 （ 括 电机 、 动硬 件 、 包 驱 传 感 器 、 件 等 ） 每 一 个 部 件 都 必 须 是 独 立 容 错 软 的 的， 可靠 的并且 有 一 定 程 度 的冗 余 ， 具体 的要 求 其 往往会 根 据 系统 的安 全性 能来确 定 。 逆 变器 驱 动 系 统无 疑 是 最 为 常见 的电 动 系统 之一 ： 而对 于逆 变驱 动 系统 ， 要获 得 系统可 靠性 、 冗
当 的强 度 ， 为寻 求 非 线性 负载 下 的控 制 算 法 ， 进 需
行 如下 的推导 ： ｅ ｌ＝√ Ｅ ｎｏ ２ １ｉｔ ｓ ｔ
Ｌ
文通 过 引入人 为 的频率 、 电压衰 减来 解决 该 环流 问 题 Ｊ 。基 于此 ， 变器 的 电压 幅度 、 率如 下 ： 逆 频
＝∞ ０一ｍ ・ Ｐ
旦这 些 电机驱 动装 置发 生 任何故 障 ， 其后 果都 将
是 灾难 性 的 ： 因为 它 必然 会 带 来 资 金 的损 失 、 至 甚 是 人员 的伤 亡 。
上 述 各类 系统 的安 全完 全 依 赖 于其 电动 系 统 的无 故 障运行 。而 所 谓 的 电动 系统 一 般 均 包 括 一