基于5.0KVA应急通风逆变器研究

2019-11-16潘海艳张岩陈胤赵汗青

电子技术与软件工程 2019年20期

文/潘海艳张岩陈胤赵汗青

1 前言

现如今，人们对于地铁这种大运量的轨道交通运输方式早已不再陌生，对于其中的空调系统也是耳熟能详。在地铁车辆主供电正常时，空调系统可以为乘客提供一个舒适的乘车环境，但在列车主供电故障情况下，空调系统会进入应急状态，这时应急通风逆变器就发挥作用了，它将蓄电池提供的DC110V电源逆变成三相交流电，从而保障空调系统的通风机正常工作，车厢内通风顺畅，保证乘客的人身安全与健康。为了保护蓄电池，防止蓄电池欠压，应急通风逆变器要求启动45分钟后，自动停止运行，为了避免风机启动时，启动电流瞬间增大现象，逆变器增加硬件电路和软件检测两种方法同时检测输出电流值，一旦超过设定阈值，立即进行保护。应急通风逆变器已成为现代地铁列车的必需品。

2 逆变器整体工作原理

逆变器主要分为两部分组成，一是将DC110V升压到DC590V，二是将DC590V逆变成AC380V/50Hz，其中升压部分核心就是控制方法选择，如果控制方法不好易导致电感饱和，如图1绿色波形所示，在不同周期的BOOST电路输的电流大小有变化，即电感出现了BOOST电感饱和现象。其中黄色是逆变电路输出的电流波形，输出电流波形不同的周期大小也出现了变化，此时输出电流波形谐波含量为5.5%。不饱和BOOST电路电流波形如图2绿色波形所示，BOOST电路输出电流波形稳定，不同周期的电流大小没有变化，并且测试输出电流表征的信号包络线是两条完美平行线，局部没有任何的信号测试性凸起或者缺陷，说明电感电流波形没有饱和现象。其中黄色为输出电流波形，不同的周期电流波形的大小也没有变化，此时输出电流波形谐波含为3%。

本文首先介绍BOOST电路控制方法，最后与逆变部分联合调试，测得输出电压波形谐波含量小于2%，整个逆变器工作噪声65db，并且工作效率可达93%。

3 Boost电路工作模式

图1

图2

图3：控制逻辑图

图4

设BOOST电路工作于临界状态时算出此时的电感值，当选用电感大于这个值时电路工作于CCM，当选用电感小于这个值时电路工作于DCM。实际应用中，多让BOOST电路工作于CCM，主要是因为其效率高于DCM，纹波电流小，发热少，缺点就是CCM控制环路很难调整，如果控制不好，很容易出现饱和现象，但本文采用的是改进型电压电流双闭环控制系统，有效解决饱和现象。

表1

图5

图6

图7

图8

4 Boost升压电路控制方法

改进型电压电流双闭环控制系统，控制逻辑图如图3所示。

首先给设定参数电压值与AD采样到的BOOST电路输出电压值进行比较得到一个电压差值，对其差值进行PI运算得到输出参考电流值，计算得到的参考电流值与通过电流传感器采集到的BOOST电路电流值进行比较得到电流差值，对其电流差值进行PI运算，对电流进行PI运算的结果进行微分计算，计算结果用于调整BOOST电路PWM波占空的大小，从而实现对BOOST电路的控制。