逆变器增益

工程化PR控制器的研究

在三相逆变器的电流内环控制中，PR控制器（比例谐振控制器）因其在基波频率下具备无穷增益，被广泛应用于实现无静差的电流控制。然而在单相逆变器系统中，PR控制器的优势更为显著，因其能够克服坐标变换和交流信号控制的难题。PR控制器的核心在于其理论，理想的PR控制器在单一频率下具有高增益特性，类似带通滤波器，中心频率处有90度相移。实际应用中，会考虑测量误差和参考波形频率变化，采用变形的PR控制器。

PR控制器与PI控制器的比较中，PR控制器对中心频率信号有抑制作用，增益随频率增大而增大，而PI控制器则适合处理周期较大信号，具有低通滤波器特性。离散化是将连续的控制理论转化为数字控制器的关键步骤，如采用欧拉前向差分法离散化PR控制器，公式如下：

[公式] (4) [公式] (5)

在工程实践中，根据传递函数

[公式]

会得到实际的离散化等式，如

[公式] [公式]

PI调节器

PI调节器的传递函数定义了其在不同频率下对输入信号的响应特性。其转折频率取决于积分时间常数(kp/ki)，在转折频率以下，系统表现出近似的积分行为，而在转折频率以上，则接近比例响应。在转折点处，系统相位滞后45度；当信号频率达到约10倍转折频率时，相位滞后大约5度。调整比例系数kp时，通过增加积分时间常数（增大ki）可以提高转折频率，从而提升低频增益。

在实际应用中，如电压源型逆变器（VSR）的电流环路设计，通过设置PI调节器的零点来抵消系统中的大惯性时间常数（即电感L与电阻R的比值），简化系统为典型的一型系统。设计者通过调整开环增益（如KT=0.5）来选择合适的比例系数，进而计算出积分系数。此方法有助于优化电流环路的跟随性能。

然而，当系统存在较大惯性时间常数时，所设计的积分系数可能会较小，导致系统开环增益降低，从而影响其抗扰能力。为提升抗干扰能力，可以保持比例系数kp不变，适当增加积分时间常数ki，以减小积分系数，提高开环增益。但这样做会带来电流环阶跃响应超调量增大的问题。因此，在设计时需平衡抗扰性和响应速度，以获得最佳性能。

三相PWM整流KPWM的具体含义是什么啊!!!

1. kPWM 是PWM逆变器的等效增益，表示为 kPWM = Ud/Ut，其中 Ud 是直流母线电压，Ut 是三角波幅值。kuf 和 kif 分别是输出电压和电容电流的反馈系数；Δu 是扰动输入，包括死区时间带来的影响和直流侧电压波动等；io 是负载电流。

2. 在电力系统中，电压和电流应保持完美的正弦波。然而，由于非线性负载的影响，实际的电网电压和电流波形往往存在不同程度的畸变，给电力输配电系统及附近的其它电气设备带来许多问题。因此，采取措施限制这些对电网和其它设备的影响是非常必要的。随着电力电子技术的迅速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通、家庭等众多领域中的应用日益广泛，大量的非线性负载被引入电网，导致了日趋严重的谐波污染。

3. 电网谐波污染的根本原因在于电力电子装置的开关工作方式，引起网侧电流、电压波形的严重畸变。目前，随着功率半导体器件研制与生产水平的不断提高，各种新型电力电子变流装置不断涌现，特别是用于交流电机调速传动的变频器性能的逐步完善，为工业领域节能和改善生产工艺提供了十分广阔的应用前景。相关资料表明，电力电子装置生产量在未来的十年中将以每年不低于10%的速度递增，同时，由这类装置所产生的高次谐波约占总谐波源的70%以上。

4. 在我国，当前主要的谐波源主要是一些整流设备，如化工、冶金行业的整流设备和各种调速、调压设备以及电力机车。传统的整流方式通常采用二极管整流或相控整流方式，存在从电网吸取畸变电流，造成电网的谐波污染，而且直流侧能量无法回馈电网等缺点。

5. 为了抑制电力电子装置产生的谐波，其中的一种方法就是对整流器本身进行改进，使其尽量不产生谐波，且电流和电压同相位。这种整流器称为高功率因数变流器或高功率因数整流器。高功率因数变流器主要采用PWM整流技术，一般需要使用自关断器件。对电流型整流器，可直接对各个电力半导体器件的通断进行PWM调制，使输入电流成为接近正弦且与电源电压同相的PWM波形，从而得到接近1的功率因数。对电压型整流器，需要将整流器通过电抗器与电源相连。只要对整流器各开关器件施以适当的PWM控制，就可以对整流器网侧交流电流的大小和相位进行控制，不仅可实现交流电流接近正弦波，而且可使交流电流的相位与电源电压同相，即系统的功率因数总是接近于1。

6. PWM整流器的基础是电力电子器件，其与普通整流器和相控整流器的不同之处是其中用到了全控型器件，器件性能的好坏决定了PWM整流器的性能。优质的电力电子器件必须具有如下特点：(1)能够控制通断，确保在必要时可靠导通或截止；（2）能够承受一定的电压和电流，阻断状态时能承受一定电压，导通时匀许通过一定的电流；（3）具有较高的开关频率，在开关状态转换时具有足够短的导通时间和关断时间，并能承受高的di/dt和dv/dt。

7. PWM整流器根据主电路中开关器件的多少可以分为单开关型和多开关型；根据输入电源相数可以分为单相PWM整流电路和三相整流电路；根据输出要求可以分为电压源和电流源型。

8. 控制技术是PWM高频整流器发展的关键。要使PWM整流器工作时达到单位功率因数，必须对电流进行控制，保证其为正弦且与电压同相或反相。根据有没有引入电流反馈可以将这些控制方法分为两种：引入交流电流反馈的称为直接电流控制（DCC）；没有引入交流电流反馈的称为间接电流控制，间接电流控制也称为相位幅值控制（PAC）。

9. 通过上述分析，PWM整流技术的应用会越来越广泛，其发展也会呈现出多种趋势，但可主要归结为三个方面：功率器件、主电路拓朴和控制方法。

10. （1）新型全控型器件的发展。器件是PWM整流技术赖以实现的基础，新技术的出现和新材料的应用，必然会产生更新、更好的功率器件，从而推动PWM整流技术的发展。

11. （2）主电路拓朴。PWM整流器的最大优势就是对电网的影响较小，为了进一步降低影响，提高功率因数，人们必然会对整流器的拓朴结构进行改进，现在已经出现五电平、七电平结构，随着功率器件和应用水平的提高，必然会有更新、更好的电路拓朴结构出现。

12. （3）控制方法。一方面，主电路拓朴的多样化，必然会引起控制方法的变异，甚至会产生更新、更简单的控制方法；另一方面，现代控制理论和计算机技术的发展也为新的方法的出现奠定了坚实的基础，现在状态反馈控制、变结构控制已经开始应用到PWM整流器的控制中来。

三相并网逆变器建模与电流环控制器设计

在探讨三相并网逆变器建模与电流环控制器设计时，首先需构建逆变器在dq坐标系下的数学模型。通过在Simulink中搭建的三相并网逆变器系统，结合状态空间表达式，我们能验证数学模型与物理模型的输出相符，尽管数学模型忽略了开关过程的高频纹波。

通过加入电网电压前馈和解耦项，实现了对d、q轴的独立控制，使得在输入端施加阶跃信号时，d轴电流变化而q轴电流不受影响，从而实现了d、q分量的解耦控制。数学模型被重新表述为简化形式，分别以状态空间表达式和传递函数的形式进行描述，并与物理模型输出进行对比，证明了数学建模的准确性。

在设计电流环控制器时，首先关注dq轴电流控制环路的结构一致性，以d轴为例，讨论了PI控制器参数的设计方法。将电流控制环路看作典型二阶系统，并基于此进行控制器设计。引入闭环零点后，系统性能会受到一定影响，如峰值时间提前、超调量增加等。通过选择合适的参数，如阻尼比和无阻尼自然振荡频率，可以有效抑制高频纹波，同时保证系统动态性能的良好表现。

设计控制器时，还需考虑调制器模型的细节，包括调制器增益与控制延时。调制器通过占空比计算实现三相正弦电压的输出，其增益决定期望电压与实际输出电压之间的比例关系，控制延时则表示从调制器输出指令到实际逆变器输出电压的延迟时间。在数字控制器中，由于存在计算周期的延时，实际输出电压会滞后于调制器指令。

综合考虑控制延时的影响，设计电流环控制器时需对系统模型进行简化，通过采用一阶惯性环节来反映延时效应。在开关频率较高时，可以忽略控制延时的影响，按照理想模型设计控制器参数。对于低载波比变换器的研究则需要额外考虑控制延时和相位补偿，以确保控制器设计的准确性和系统稳定性。

总结而言，本文介绍了三种电流环控制器设计方法：基于典型二阶系统的时域设计、基于系统伯德图的频域设计以及基于典型I型系统的时域设计。这些方法能够有效满足不同工况下的逆变器控制需求，实现对三相并网逆变器的精确控制。

igbt的作用

IGBT的作用主要是作为一种功率半导体器件，在电力电子系统中实现对电流和电压的精确控制。

首先，IGBT具有高输入阻抗和低开关损耗的特点，这使得它能够在高频率下工作，从而提高系统的效率。通过控制IGBT的栅极电压，可以实现器件的快速导通和关断，进而控制电路中电流和电压的大小和方向。这种精确的控制能力使得IGBT成为变频器、电力变换器、逆变器等电力控制系统中的关键元件。

其次，IGBT的电流处理能力强且功耗低，这有助于提升能源转换效率并减少热量产生，进一步降低整个系统的运行成本。无论是在太阳能转换系统、不间断电源，还是在感应加热装置、大型家用电器等设备中，IGBT都发挥着不可或缺的作用。

此外，IGBT还具备功率放大功能，能够承受大电流和大电压，同时实现增益和放大。这一特性使其在需要高功率输出的应用中表现出色，如电力传输和电机驱动等。同时，IGBT的内部保护功能可以在超负荷或短路等异常情况下自主断电，保护整个系统的安全。

总的来说，IGBT作为一种高效能、高可靠性的功率半导体器件，在电力电子领域发挥着举足轻重的作用。其广泛的应用范围和不断的技术创新，正推动着电力电子技术的进步和发展。

PLECS应用范例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

本演示介绍了一种三相T型逆变器，用于部署Wolfspeed SiC MOSFET的并网应用。T型逆变器类似于三电平中性点箝位（NPC）逆变器，因为它在0V时增加了额外的输出电压电平，从而比标准的两电平逆变器提供了更好的谐波性能。T型逆变器的优点是减少了部分计数和减少了外部开关器件的传导损耗，但缺点是阻断电压降低。演示模型显示了一个额定值为22 kVA的T型逆变器示例，该逆变器将800 V直流母线转换为三相60 Hz、480 V（均方根）配电，用于工业应用。

T型逆变器的热性能受到设备选择、控制器参数和调制方法的影响。在演示模型中，所有12个器件均配置为演示不同Wolfspeed SiC MOSFET的热损耗性能。每个半导体器件被建模为具有定制掩模配置的子系统，每个都有自己的热模型。设备断言（Device Assertions）会检查设备在安全操作区域内的运行情况，并生成警告。

控制器实现的高级示意图如图4所示。图5所示的去耦合同步参考框架电流控制器用于为调制器生成dq电压参考，调制器则将变频器的输出电流调节到所需的设定点。控制器包括直接电流和正交电流的PI调节器，电压参考的相位角由一个简单的同步参考框架锁相环（PLL）测量得到。使用PLL的角度输出，电压参考值被转换为三相电压参考值，并送入一个调制器。调制器的实现可以采用不同的调制方法，包括经典的正弦脉宽调制（SPWM）、空间矢量PWM（SVPWM）、三次谐波注入PWM（THIPWM）、三次谐波零序PWM（THZSPWM）和不连续PWM（DPWM）。

使用提供的模型运行仿真，可以观察到每个相支路的PWM信号、输出交流电流、设备S11和S12的信号以及系统的计算损耗。参数扫描是确定设计决策如何在一系列操作条件下影响变换器性能的有效方法。通过操纵调制方案、开关频率、停滞时间、控制器设定点和控制器增益，可以试验控制器设置。此外，还可以分析设备类型、并联设备的数量以及外部冷却或更大散热器的影响。所有这些设置都会影响损耗行为和系统效率。如果设备在安全操作区域外运行，模拟窗口的右下角将出现一个警告图标，以确定违反了哪些操作标准。

模型重点介绍了用于工业配电网应用的三相T型逆变器。通过简单的设备和控制器设计，突出了PLECS的热建模能力。此模型可用作研究控制器设计对其他拓扑效率影响的示例。

变频器 频率设定信号（电压和电流）的增益 到底怎么设定

变频器的辅助端子电压范围是0到10V，通常用于设定电机的频率。如果设定信号的范围仅限于0到5V，那么即使变频器输出达到最大值，电机的转速也只能达到其50%的额定值。为了使电机达到100%的转速，需要将增益设置为200%，这样可以确保给定信号的放大，从而达到更高的转速。

在电流给定信号不能达到20mA的情况下，同样需要通过调整增益来实现电机的全速运行。假设电机的额定转速为2980转/分钟，而给定信号为4到20mA，当给定信号达到20mA时，电机的实际输出转速为2900转/分钟。此时，增益应该设定为2980除以2900，即102.7%，这样可以调整实际输出的转速与给定信号之间的关系。

变频器是一种通过改变电机电源频率来控制交流电动机的电力控制设备。它主要由整流器（将交流电转换为直流电）、滤波器、逆变器（将直流电转换为交流电）、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元等组成。这些组件共同作用，使得变频器能够精确地控制电机的速度和扭矩，从而实现高效和精确的电机控制。

变频技术与微电子技术的结合，使得变频器能够提供更加灵活和精确的控制，适用于各种工业和商业应用。通过调整增益和设定适当的频率给定信号，可以确保电机在各种工作条件下都能达到最佳性能。

变频器通过改变电源频率来控制交流电机，是一种广泛应用于各种工业领域的设备。它不仅能够提供精确的速度控制，还能降低能耗，提高系统效率。通过合理设置增益，可以确保电机在给定信号范围内达到预期的转速，从而实现高效稳定的运行。

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