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          固緯電子電力電子教學小課堂 | 第十八講: PEK-110模塊之無橋PFC AC→DC變換器

          發布日期:2022-09-15  點擊次數: 82  作者:固緯電子

          PTS-系列之PEK-100系列教學 PEK-110模塊之無橋PFC AC→DC變換器

          寫在前面的話

          經過前幾期對于PTS-800中基本的電路圖拓撲結構的學習,我們已經掌握了基本的電路模型。從PEK-100系列開始,在固有電路拓撲基礎上開始對電路的控制方式進行學習。本期將針對單相全橋逆變PEK-110的控制方式以及與新能源中光伏發電結合探究最大功率點追蹤技術的學習。此外,我們也將逆向設置整流變換器。

          PEK-110 單相逆變器

          實驗原理:

          CCM升壓式PFC變換器最常見的控制結構如下圖所示的雙閉環平均電流控制。直流側輸出電壓與參考電壓進行比較,將誤差經過控制器后再與輸入電壓相乘作為交流側電感電流的給定電流信號。電感電流信號與給定信號做差經過控制器后獲得PWM的電壓控制信號(即調制波),調制波與載波比較得到電路開關管的占空比。

          交流側輸入電壓如下:

          根據上圖可知:

          若電流環可以實現無差跟蹤,根據功率平衡:

          忽略二次諧波,可知:

          根據上式可知,負載電流與電壓環輸出信號的增益與輸入電壓平方成正比,由于全球通用電壓范圍90~264Vac,因此增益將有9倍的變化范圍,不利于電壓補償器器的設計。為了改善輸入電壓變換對電壓回路增益的影響可以增加一個電壓前饋控制,控制架構圖如下:

          根據上圖可以得到電感電流命令如下:

          根據上述推導可知:

          負載電流與電壓環輸出信號的增益為定值,方便電壓環的補償器設置。

          電流環設計:

          對于外回路控制器產生內回路控制器命令的雙回路控制架構,一般內回路帶寬要較外回路帶寬寬廣許多(通常設定4倍以上),因此控制回路之設計應先設計內回路,在設計外回路控制器時將內回路控制之響應視為理想即可。以下先進行電流內回路之設計,在設計電流誤差放大器之前,需先求出從電流誤差放大器輸出到回授電感電流之小信號模型。

          考慮PWM及電流感測增益可得電流回路之小信號模型:

          電流回路帶寬的限制由PWM控制電壓(Vcon)變化率不得大于鋸齒波電壓變化率決定, Vcon 乃感測之電感電流下降斜率經由Gca反向放大獲得:

          當輸入電壓為0時,

          因此,

          電流回路的最大帶寬為:

          我們采用type II型控制器。故:

          由于:

          則:

          電壓環設計:

          在單位功率因數下,單相CCM升壓式PFC轉換器之輸入功率因子可以表式為:

          基于有功功率平衡可知,

          加入前向控制之后,負載電流的小信號模型為:

          考慮到電路中的二次諧波分量,電壓外環的帶寬需要遠小于120Hz以保證輸出電流低失真,但是帶寬過小電壓環的動態響應太差。因此,最佳的帶寬一般定在20Hz,使之兼顧電壓響應速度與輸入電流失真。

          選擇type II型控制器后可參考電流環設置進行計算參數K、Z與P。

          實驗效果:

          總 結:

          并網電流小于直流側的輸入電流是由于負載和變換器存在功率損耗。經過以上對單相并網逆變器的講解有助于學生進行學習了解雙閉環并網控制器的設計流程。固緯電子在電力電子教學方向致力于為老師減少壓力,緩解學生的學習壓力,因此開創了全新的理論與實踐相結合的教學模式,還請各位老師同學進行了解轉發。

          附:為了提供學生更加豐富的學習資料,本次我們提供了matlab的仿真文件,感興趣的可以點贊轉發,在文章下面留言以及聯系方式或郵箱可以免費提供仿真文件。

          仿真效果圖:

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