摘 要:文章讨论了一种基于滑模控制的新型Boost正弦波逆变器,该逆变器采用了两组对称Boost电路成功地实现了交流输出电压高于直流输入电压。并对该系统进行了仿真和实验,实验结果说明了此电路能较好地实现DC/AC,并具有良好的动态和稳态响应,此技术可以广泛地应用到交流电动机驱动和不间断电源(UPS)系统中。
关键词:逆变器;滑模控制; Boost逆变器
逆变器是将直流变成交流的静止变流装置,传统的电压源逆变器(VSI)称为Buck逆变器,是指瞬时平均输出电压低于直流输入电压,它已广泛应用到交流电动机驱动和不间断电源(UPS)系统中[1]。因此,当需要输出电压高于输入电压时,必须在直流电源和逆变器之间加一个DC-DC变换器。涉及到功率和电压等级问题,这将导致逆变器体积增大、重量增加、价格升高和效率降低。
本文讨论一种新型Boost逆变器,它由两组对称Boos电路组成,将产生一个比直流输入电压高的交流输出电压,并采用滑模控制策略[2],利用它对系统参变量的扰动和负载的变化都具有不敏感性的特点,使系统具有良好的动态和稳态响应,从而获得平滑的正弦波输出电压。
1 新型正弦波逆变器的工作原理
正弦波逆变器基本电路如图1所示,它是由两个BooDC-DC变换器组成,通过滑模控制,使每个DC-DC变换器各产生一个有相同直流偏置的单极性正弦波输出电压,而且两个输出电压在相位上相差180°。由于负载跨接在两个DC-DC变换器之间,所以,每个逆变器流过双向电流,对于其中一个DC-DC变换器的电路图。
滑模变结构控制实质上是一种高频开关控制的状态反馈系统,利用高速切换的开关控制,把受控非线性系统的状态轨迹引向一预先指定的状态平均空间平面(滑模面)上,随后系统的状态轨迹就限定在这个平面上,因此,一个滑模控制系统的设计为两个方面:首先是寻求滑模面函数S(x),使控制系统在滑模面上的运动渐趋稳定且品质良好;其次是设计变结构控制,使系统可由相空间的任一点在有限时间内到达滑模面,从而在滑模面上形成滑模控制区[4-6]。由于本逆变器由两组对称BoostDC-DC电路组成,并具有独立性。下面仅对一个双向DC-DC变换器的控制进行分析,控制框当开关S1闭合时S2打开,iL1线性增加,二极管处于反向偏置,电容C1通过负载放电,V1电压降低;当S1打开时S2闭合,S2流过电容C1和输出端,iL1减少而电容C1充电。
滑模存在的条件是要求所有在滑模面附近的状态轨迹都指向滑模面[3]。输出电压最大值为240V,有效值为171V,总谐波畸变较小,说明利用滑模控制较好地实现了交流输出电压高于直流输入电压并使输出电压为标准的正弦波。
本文讨论了一种新的Boost正弦波逆变器的电路拓扑,阐述了其工作原理,并基于滑模控制原理设计了电路的控制方案。仿真和实验结果都很好地说明了此电路能较好地实现DC/AC,同时使输出电压高于输入电压,系统具有良好的动态和稳态响应,它可以广泛应用到交流电动机驱动和不间断电源(UPS)系统中。
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