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一種交流穩(wěn)流逆變電源的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
摘要：描述了一種用于低壓電器熱測試實(shí)驗(yàn)的交流穩(wěn)流逆變電源的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。逆變器的控制采用了帶有電感電流瞬時值反饋的雙環(huán)控制策略，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動、靜態(tài)性能，并對控制環(huán)節(jié)進(jìn)行了建模和詳細(xì)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示電流源的設(shè)計達(dá)到了國標(biāo)要求。關(guān)鍵詞：逆變器；正弦波脈寬調(diào)制；瞬時值反饋
引言
本文所描述的交流穩(wěn)流逆變電源應(yīng)用于低壓電器長延時熱脫扣試驗(yàn)，適用于對斷路器、熱繼電器等低壓電器作長延時特性的校驗(yàn)和測試。為保證溫升試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，測試正弦電流必須穩(wěn)定、精確。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB14048.2－94要求，長延時熱脫扣試驗(yàn)的電流誤差≤±2％，正弦波失真度<5％。
目前國內(nèi)大多數(shù)采用的長延時熱脫扣試驗(yàn)方案是通過變壓器直接對斷路器施加一個電壓以獲得測試電流[1]。在測試過程中，由于電網(wǎng)電壓的波動、載流電路中引線電阻變化、負(fù)載本身電阻發(fā)熱變化，使測試電流隨之變動，難以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。本文介紹了一種新型的交流穩(wěn)流逆變測試電源，具有工作穩(wěn)定可靠、輸入功率因數(shù)高、輸出精度高、波形失真度小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
1 交流穩(wěn)流逆變電源體系結(jié)構(gòu)
功率主電路采用AC/DC/AC結(jié)構(gòu)，如圖1所示。前級為功率因數(shù)校正（PFC）電路，由Boost變換器構(gòu)成，用于提高網(wǎng)測功率因數(shù)、降低網(wǎng)側(cè)電流的THD值，并為逆變部分提供一個合適的直流母線電壓。后級的全橋逆變電路完成正弦波逆變、快速調(diào)壓穩(wěn)流功能。逆變輸出的高頻SPWM波經(jīng)過LC濾波，得到平滑正弦波。由于負(fù)載電阻小，電壓低，電流大（15～160A連續(xù)可調(diào)），采用升流變壓器進(jìn)行降壓增流，可以使逆變電路主開關(guān)管的選取容易許多。由圖1中可以看出，該逆變器實(shí)際上是一個電壓型電流源，即通過對逆變橋輸出電壓的快速調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)恒流輸出。
交流穩(wěn)流源采用全橋SPWM逆變電路，并工作于倍頻單極性模式下，這樣逆變橋在不增加開關(guān)損耗的情況下，其輸出電壓的頻率比開關(guān)頻率再提高一倍，而且諧波含量較小，可以簡化輸出LC濾波電路，也有利于減小波形的失真度。
數(shù)字部分由MCS－51單片機(jī)電路組成，具有兩個功能：其一，作為人機(jī)接口界面，帶有鍵盤輸入和液晶顯示模塊，實(shí)現(xiàn)給定值設(shè)定、負(fù)載電流顯示等功能；其二，單片機(jī)與控制電路接口，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)正弦波的給定、逆變電路的軟啟動、電路時序控制、負(fù)載檢測等諸多功能。
2 逆變電路控制系統(tǒng)的建模與分析
交流穩(wěn)流逆變器的負(fù)載是純阻性負(fù)載，增流變壓器和負(fù)載可視為一等效電阻R。則逆變器輸出濾波電感L、濾波電容C和R構(gòu)成二階振蕩環(huán)節(jié)，其阻尼比為
滿載時R最大，ξ最小，系統(tǒng)最不穩(wěn)定；而輕載時R變小，ξ變大，系統(tǒng)較易穩(wěn)定；所以，閉環(huán)穩(wěn)定
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