淺析提高功率因數(shù)的逆變電源

摘 要 在大功率IGBT逆變器中，提高功率因數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能和穩(wěn)定的輸出是非常重要的。使用微機數(shù)字控制對功率器件的實時控制，開關(guān)及器件死區(qū)時間的把控得到更為快速和穩(wěn)定調(diào)節(jié)，在反饋和給定上使用數(shù)字PID數(shù)字運算處理，使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞 逆變電源;變壓器;控制波形;功率

1逆變電源的構(gòu)成與使用

逆變電源的主電路延用全橋電路，D1-D6為三項整流二極管，C為濾波器，T1-T4為大功率開關(guān)器件IGBT，TD1-TD4為IGBT內(nèi)的反向二極管，C1-C4為IGBT的內(nèi)部寄生電容器。變壓器一次側(cè)接在D和E之間，互感器接在一次側(cè)，測量變壓器的原邊電流。變壓器的次級接負(fù)載線圈。

T1和T4同時導(dǎo)通時，電流從D-E，為正向電流;T2和T3同時導(dǎo)通，電流從E-D，為反向電流。

逆變電源的控制波形如圖1所示：A.三項整流的脈動部分輸出波形，B.可控硅控制輸出波形，C.IGBT逆變電源輸出波形。圖1B可知，可控硅控制的導(dǎo)通部分開和關(guān)之間位于一個周波的最后，功率因數(shù)低。圖1C可知，IGBT控制的逆變器導(dǎo)通部分開和關(guān)之間位于一個周波的中間，功率因數(shù)高。

單片機如何控制IGBT使導(dǎo)通部分位于一個周波的中間區(qū)域，也就是說在一個周波的中心開始向兩邊展開，如圖2所示。單片機內(nèi)有個輸出模塊，模塊0，謂之M0，模塊1，謂之M1。M0和M1中都有一個8位捕捉寄存器。M0和 M1共用一個8位計數(shù)器，謂之PCA計數(shù)器。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)也是8為數(shù)，用TA0表示，因此一個周波的數(shù)必須轉(zhuǎn)化成8位二進制數(shù)。將T開放進M0捕捉寄存器中，T關(guān)放進M1捕捉寄存器中。單片機程序流程，從MAIN、A/D轉(zhuǎn)換、更新M數(shù)據(jù)模塊開始，啟動外部中斷0檢測過流，如發(fā)現(xiàn)過流運行過流處理程序，反之進入反向電流檢測，對正反向電流分別進入啟動PCA計數(shù)器關(guān)T2開T1檢測方向相反關(guān)T4開T3，開關(guān)管開關(guān)后PCA計數(shù)器停止并清零，返回MAIN。如果電流相反進入反向程序處理，啟動PCA計數(shù)器關(guān)T1和開T2相反關(guān)T3開T4然后PCA計數(shù)器停止并清零，返回MAIN程序從新檢測[1]。

三項整流脈動部分是一個周波，兩個周波之交點產(chǎn)生同頻段，單片機收到同頻段信號產(chǎn)生中斷，進入中斷服務(wù)程序。單片機獲得電源，經(jīng)初始化服務(wù)程序，進入程序后開始A/D轉(zhuǎn)換，更新M0和M1中的數(shù)據(jù)，等待外部中斷信號的到來。外部中斷信號產(chǎn)生后，進入中斷程序，首先橋檢測判別是否過流，若過流，便轉(zhuǎn)入過流程序處理，否則過流程序繼續(xù)向下執(zhí)行。判斷電流是正向還是反向，若反向則進入正向程序，若正向則進入反向程序，它們是反向互鎖的。

若進入正向程序，啟動PCA計數(shù)器，等M0的輸出由0變1，當(dāng)M0由0變1時，將T1和T4同時打開，進行負(fù)載脈沖電流。再等M1的向負(fù)載脈沖，停止PCA計數(shù)器由1變0，返回主程序進行A/D轉(zhuǎn)換，更新M中的數(shù)據(jù)。反向程序相同[2]。

電路中的HQ為電流互感器，用于測量變壓器原邊電流作為反饋信號。反饋信號整流成直流信號，與給定信號進行比較后，給PDA調(diào)節(jié)器，PDA調(diào)節(jié)器的輸出給單片機A/D轉(zhuǎn)換，單片機將0-5v電壓轉(zhuǎn)換為0-256的數(shù)字量用于數(shù)據(jù)處理。PDA電流環(huán)各個參數(shù)：PID調(diào)節(jié)器的比例增益，比例增益乘以誤差得出修正值。增加該參數(shù)則增加系統(tǒng)的阻尼及加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，對于一定的負(fù)載，該參數(shù)太大會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，最優(yōu)設(shè)定值為系統(tǒng)開始進入不穩(wěn)定的最大值。

PID電流環(huán)工作參數(shù)，PID調(diào)節(jié)器的積分增益，積分增益乘以誤差得到修正值。該修正值保持系統(tǒng)無誤差，增加該參數(shù)則增大系統(tǒng)受擾動后恢復(fù)的速度，若參數(shù)太大系統(tǒng)趨于震蕩而不是快速恢復(fù)。PID電流環(huán)D參數(shù)，PID調(diào)節(jié)器的微分增益，微分增益乘以誤差得到修正值，具有阻尼的效果。最優(yōu)性能是由PID三項參數(shù)最佳配合得到的值。

2結(jié)束語

通過上述，我們可以看出，使用數(shù)字量處理系統(tǒng)反崩潰可實現(xiàn)電源輸出高穩(wěn)定性，并且對運行中波形實時控制來實現(xiàn)提高電源的功率因數(shù)?？刂旗`活，運行穩(wěn)定可靠適用于大功率電阻負(fù)載電源，串聯(lián)諧振電源等大型逆變器。

參考文獻

[1] 易宏，代冀陽，伍家駒. 單相逆變系統(tǒng)建模與控制仿真研究[J].計算機仿真，2010（8）：127-131.

[2] 賈要勤，朱明琳，鳳勇. 基于狀態(tài)反饋的單相電壓型逆變器重復(fù)控制[J].電工技術(shù)學(xué)報，2014（6）：57-63.

作者簡介

周魯寧，山東人;學(xué)歷：本科，碩士學(xué)位，職稱：講師;現(xiàn)就職單位：沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：自動化技術(shù)。