電壓型ｐｗｍ整流器電流控制策略研究陳志強，等
跨擊琵娶
（蘭州交通大學自動化與電氣工程學院，甘肅蘭州７３００７０）
摘要：對單相電壓型ｐｗｍ整流器（ｖｓｒ）間接電流控制和滯環電流控制進行了研究。在分析其工作原理的基礎上，分別建立了單
相ｖｓｒ間接電流控制和滯環電流控制的數學模型；隨後在**環境中搭建了兩種控制策略的**模型，並進行**。**結果表明，問接電流控制的優點是控制簡單，一般無需電流反饋控制，其主要問題是電流動態響應慢，對系統引數變化敏感；而滯環電流控制彌補了間接電流控制的不足，提高了控制系統效能。關鍵詞：
ｐｗｍ整流器電流控制中圖分類號：ｔｍ４６１
滯環控制間接控制ｐｉ調節器**建模
文獻標誌碼：ａ
０ 引言
脈衝寬度調製整流
控制兩類。其中，間接電流控制也稱為相幅控制，通常
採用ｐｉ調節器。調節過程中，首先將直流電壓反饋信
號與給定電壓作比較，將得到的誤差送人ｐｉ調節器，
器作為一種新型的變流器，具有功率因數高、輸入電流
波形正弦化、能量可雙向流動、動態響應快等優點，因而得到了廣泛的應用。業界對電壓型ｐｗｍ整流器這一典型的ｐｗｍ整流器進行了廣泛研究，其中以控制策略的研究為主，包括空間向量控制、間接電流控制、直接電流
輸出作為交流側電流幅值的指令訊號．從而實現電壓外環控制。由於這種ｖｓｒ電流控制通過直接控制ｖｓｒ交流側電壓達到控制ｖｓｒ交流側電流的目的．因
此是一種間接電流控制方式直接電流控制通過對交流側電流的直接控制實現網側電流閉環控制，其中滯
控制。本文對單相電壓型ｐｗｍ整流器
問接電流控制系統和單相ｖｓｒ滯環控制
環ｐｗｍ控制是典型的直接電流控制。其主要的特點
是採用了滯環比較方式的電流跟蹤控制策略。原理是通過環寬為２ａｉ的滯環比較器的控制，使得實際電流ｉ位於（ｉ一範圍內，其中，ｉ為呈鋸齒狀的跟蹤指令電流。滯環環寬對跟蹤效能有較大影響＿】］。
當電流偏差超越滯環寬度時，主電路功率開關切換．並迫使電流偏差減小，顯然這是一種典型的網
系統進行了研究，並在中搭建**模
型，對兩種控制策略的控制效能進行了**和分析。
１單相ｖｓｒ電流控制技術
單相全橋ｖｓｒ的工作原理是通過對功率開關器件的ｐｗｍ控制來實現電量變換和控制。單相ｖｓｒ工
側電流非線性控制。
作時，在穩定直流側電壓的同時，實現交流側不同受控功率因數（如功率因數為１）的正弦波電流控制。常規的ｖｓｒ電流控制技術分為問接電流控制和直接電流
２間接電流控制系統設計
單相ｖｓｒ間接電流控制主要依據單相交流側基波電流電壓向量的靜態關係求解相應的控制演算法。復
修改稿收到日期
平面上單相ｖｓｒ交流側基波電壓向量、電感基波電壓向量 、電流向量ｉ及電網電動勢向量曰的靜態
第一作者陳志強（１９８８一），男，現為蘭州交通大學電氣工程專業在讀碩士研究生：主要從事電力電子與電力傳動的研究。
１６關係如圖１所示。１／
圖１交流側的向量關係圖
圖１中，向量ｉ與宦之間的相角為 ，向量 。與ｅ間的相角為 。根據基爾霍夫電壓定律，得：
＝ 一一肼
（１）由圖ｉ可得，交流側基波電壓（ｔ）、交流側基波電流ｉ（ｔ）、電網電動勢ｅ（ｔ）的時域表示式為：
（２）式中：ｕ 為交流側基波電壓峰值；， 為交流側基波電流峰值；ｅ 為電網電動勢峰值。
交流側等效電路如圖２所示。
圖２交流側等效電路
由式（１）和圖２可得：
ｅ（）＝＋詈＋（ｔ）
（３）將ｉ（ｔ）、ｅ（ｔ）代人式（３），整理得：
（４）由式（２）及式（４）可得單相ｖｓｒ交流側電壓向量
ｕ 在軸上投影為：
一（ｒｃｏｓ￣ｏ一
（５）（６）
當ｐｗｍ開關頻率足夠高時。可忽略ｖｓｒ交流側ｐｗｍ諧波電壓，而ｖｓｒ交流側基波分量就是靜態間接電流控制的直接控制量。設單相ｖｓｒ對應的正弦調製訊號電壓為：
ｂ（７）
ｒ，由於調製比ｍ＝ ｌ￣ａｂｍ、
ｕａ＝ｍｕｄ，則由式（５）和
ｕｔ式（６）可得單相ｖｓｒ對應的調製訊號投影到軸上的
時域表示式為：
《自動化儀表》第３４卷第７期
２０１３年７月
電壓型ｐｗｍ整流器電流控制策略研究
陳志強，等
一ｒ／ｃｏｓ￣＋
１，（８）
調製訊號投影到軸上的時域表示式為：ｕｔ＝
ｕａ＝式中：為ｐｗｍ三角載波訊號峰值；ｖｄ為直流側
電壓。由以上分析可知，若能根據單相ｖｓｒ交流側靜態
向量關係求出調製訊號的時域表示式，並進行ｐｗｍ
控制，就可以實現單相ｖｓｒ靜態間接電流控制。
３滯環控制系統設計
如果不考慮單相ｖｓｒ橋路損耗，且系統執行於單
位功率因數整流狀態時，橋路輸入輸出功率平衡方
程為：ｅ
＋ｃ警（１０）
式中：ｅ。為電網電動勢有效值；，為網側電流有效值。
當電路在工作點穩定執行時，式（１０）可近似為：ｅｓｉ
ｓｕｄｄｕｄｏ
ｃｕ＝～
ｒｃ ｄｔｃ＋一
（１１）『
式中：為直流側給定電壓。
若ｅ 不變，則對式（１１）進行拉氏變換並化簡得：
ｕｄ（ｓ）墨【！一墨【！
ｉ（ｓ）ｃ
＋ｓ）一¨脲 （１２）
令 ：，式（１２）變為：
ｕ ｄ，（）＝
１ｒｃｓ＋
，若電流內環滯環ｐｗｍ開關頻率足夠高．則電流
內環可由乙個小慣性環節代替，為電流內環等效時
間常數，得：
ｍｌ（ｓ）贏（１４）
為了濾除直流電壓偏差中的二次紋波，可設計乙個低通濾波器。若採用簡單的一階低通濾波器，則截
止頻率 ＝１／ ）一般小於１／２基波頻率，即濾波器傳
遞函式為：
ｇｉｊｆ（ｓ）贏
（１５）
滯環ｐｗｍ電流控制的單相全橋ｖｓｒ系統框圖如
圖３所示
１７電壓型ｐｗｍ整流器電流控制策略研究陳志強。等
圖３滯環控制系統結構圖
（８）電壓波形
設尺 （）為ｐｉ環節，則：
ｒｖ（）：ｋ＿
】１５圖５滯環電流控制直流側**結果
（１６）
式中：為比例係數；。為積分時間常數。
由於電壓外環的主要控制作用是穩定單相ｖｓｒ直流側電壓，因此，控制系統整定時應著重考慮電壓環
５結束語
本文在**環境中搭建**模
型，並對單相ｖｓｒ間接電流控制和滯環電流控制進行**［１，最後對這兩種控制策略的控制效能進行分析
的抗擾效能。由於電流內環等效小
慣性環節可以忽略不計，因此，按典型ⅱ型系統設計電壓調節器。由圖３可得系統開環傳遞函式為：
對比。**結果表明，間接電流控制具有控制結構簡
單、開關特性良好、檢測量少、成本低、實現容易等特點，但是這種控制系統動態響應不夠快，且動態效能較差，對系統引數的變化較敏感，交流側電流中含有直流分量，適用於對控制效能和動態響應要求不高的場合。滯環電流控制是雙閉環控制，由於其動態響應快、超調量小、系統魯棒性好、交流側電流與電壓同相位且畸變小，彌補了間接電流控制的不足，改善了控制系統的性
ｇ（ｓ）＝）蚩著
**結果及分析
『７）通過上述分析和研究．在中分別搭
建**模型進行**。單相ｖｓｒ間接電流控制**時主
電路引數設定如下：交流側電動勢的頻率ｆ＝５０ｈｚ，電動勢峰值ｅ ＝５０ｖ，電阻群＝０．１ｑ；直流側電阻ｒ ＝１００ｑ，
能。以上兩種控制策略憑藉各自的特點在工程上都有
一定的實用價值。
給定輸出電壓＝１００ｖ；考慮單相ｖｓｒ有功（無功）功
率指標和瞬態電流跟蹤指標，取交流側電感 ＝０．４ｍｈ；綜合單相ｖｓｒ直流電壓跟隨ｌ生指標和直流側電壓抗擾性
指標，取直流側電容調節器的引數取一階低通濾波器的截止頻率發生器載波頻率間接電流控
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圖４ 間接電流控制直流側**結果
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當單相ｖｓｒ滯環電流控制**時，利用典型ⅱ型系統三階對稱最佳整定『３］，確定ｐｉ調節器的引數取一階低通濾波器的截止頻率＝．
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１０ｈｚ，滯環寬度ｄ＝１ａ，其他引數設定不變。滯環電
流控制的**結果如圖５所示。從圖５可以看出，直
流側電壓和電流有一定的超調量，動態響應時間較間
接電流控制短。１８
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