[科普中國]-電流控制方式

電流控制方式

在恒定頻率開關(guān)變換器或開關(guān)模式功率變換器中，一般都是通過占空比控制而提供輸出調(diào)節(jié)，也就是說通過調(diào)節(jié)功率開關(guān)器件的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間的比率以響應(yīng)輸入或輸出電壓的變化。在這方面，常用的占空比控制和電流型控制是類似的，它們都是通過調(diào)節(jié)占空比來完成輸出調(diào)節(jié)的。但它們的不同之處在于常用的占空比控制只能根據(jù)輸出電壓的改變來調(diào)節(jié)占空比，而電流型控制則根據(jù)主（功率）電感電流的變化來調(diào)節(jié)占空比。

電源電流控制方式在有源電力濾波器中的應(yīng)用如何提高電能質(zhì)量和治理諧波是輸配電技術(shù)中最迫切的問題之一，有源電力濾波器已成為解決這一問題的關(guān)鍵性技術(shù)。建立了三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器的數(shù)學(xué)模型，把檢測電源電流控制方式應(yīng)用于并聯(lián)型有源電力濾波器，通過仿真研究驗證了此種控制方法可以有效地實現(xiàn)諧波的動態(tài)補償，證明了該方法的可行性。1

檢測電源電流控制方式的數(shù)學(xué)模型檢測電源電流控制方式的等效電路圖和結(jié)構(gòu)圖中Zs是電源內(nèi)阻抗，ZHPF為高通濾波器阻抗。ic為指令電流參考值，GZ(s)為is與icL之間的傳遞函數(shù)；G(s)為校正環(huán)節(jié)，這種控制方式把產(chǎn)生諧振的傳遞函數(shù)GZ(s)包括在閉環(huán)內(nèi)，選擇適當(dāng)?shù)腉(s)就可以抑制諧振，為了獲得良好的補償特性，G(s)應(yīng)有較大的放大倍數(shù)，以增大系統(tǒng)的開環(huán)增益，但放大倍數(shù)太大會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，通常采用一階慣性微分環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為G(s)=KTs/(1+Ts)；GI(s)為指令電流運算電路的傳遞函數(shù)，放大倍數(shù)為-1；GA(s)為補償電流發(fā)生器的傳遞函數(shù)，為時間常數(shù)很小的一階慣性環(huán)節(jié)。得到：icL=iL+ic；Is(s)=GZ(s)·IcL(s)；Ich(s)=G(s)·GI(s)·GA(s)·Is(s)。1

并聯(lián)型有源電力濾波器的控制算法通過電源電流控制方式實現(xiàn)諧波的檢測，為了實現(xiàn)逆變器對諧波電流的補償，需要控制逆變器使其輸出的能夠自動跟蹤計算所得的參考電流，主要的控制方式有兩種，分別是電流跟蹤控制和電壓控制。電流控制主要有四種，分別是周期采樣控制、滯環(huán)比較控制、無差拍控制和三角載波線性控制。

1、周期采樣控制：此控制方法主要是根據(jù)有源電力濾波器輸出電流ic與參考電流icref的比較結(jié)果在采樣脈沖的上升沿改變PWM脈沖的狀態(tài)。

2、滯環(huán)比較控制：此控制方法是將補償電流參考值icref與逆變器實際電流輸出值ic之差Δic輸入到具有滯環(huán)特性的比較器，通過比較器的輸出來控制開關(guān)的開合，從而使逆變器輸出電流實時快速的跟蹤補償電流參考值。

3、無差拍控制：此控制方法是利用前一刻的補償電流參考值和實際電流值，計算下一刻的電流參考值及各種開關(guān)狀態(tài)下逆變器的電流輸出值，選擇某種開關(guān)模式作為下一刻的開關(guān)狀態(tài)，從而達到電流誤差等于零。但由于無差拍控制方法存在系統(tǒng)誤差與調(diào)制比對系統(tǒng)參數(shù)依賴性大、魯棒性差、瞬態(tài)響應(yīng)超調(diào)量大等缺點，因此在實際中不常用。1

4 、三角載波線性控制：此控制方法是將檢測電流環(huán)節(jié)得到的電流實際值ic與參考值icref之間的偏差與高頻三角載波比較，所得到的PWM脈沖作為逆變器各開關(guān)器件的控制信號，從而在逆變器端得到所需波形的電流。

三角載波是電壓型PWM逆變器中應(yīng)用較多的一種電流控制方式，這種控制方式可以獲得恒定的開關(guān)頻率，裝置安全性較高，鑒于此并聯(lián)型有源電力濾波器中PWM變流器采用三角載波控制算法。1

檢測電源電流控制方式的可行性采用檢測電源電流控制方式，逆變器采用三角載波控制算法，投入三相并聯(lián)型有源電力濾波器后的系統(tǒng)仿真波形。在0.02s之前系統(tǒng)電流存在諧波并且電壓和電流有相位差，0.02s后并聯(lián)型有源電力濾波器投入使用，經(jīng)補償系統(tǒng)電流相位和電網(wǎng)電壓相位基本一致，系統(tǒng)電流波形已接近正弦波，表明此控制策略的可行性。1

開關(guān)磁阻電動機電流控制方式仿真開關(guān)磁阻電動機可控變量較多，且變量之間彼此耦合，因此要實現(xiàn)電機的電流控制方式，不單要研究電流，還要研究與之相關(guān)的其他變量。利用Matlab/Simulink仿真軟件的優(yōu)點，建立了通用性強、易修改、具有模塊化結(jié)構(gòu)的開關(guān)磁阻電動機的動態(tài)仿真模型。利用該模型可以方便地實現(xiàn)電機的角度位置控制，通過大量的仿真實驗，形象、直觀地揭示了開關(guān)角對電流波形的影響，進而研究與驗證了在電流控制方式下，電流波形與電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，同時也很好地解決了工程設(shè)計中根據(jù)電流波形這個可測量來設(shè)計最優(yōu)開關(guān)角，降低電機轉(zhuǎn)矩波動這一問題。2

開通角與電流波形的關(guān)系當(dāng)關(guān)斷角固定，改變開通角時，可得到電流波形(θon1