基于准PR控制直流电焊机的研究

黄小凡　林玉婷

摘要：针对电焊机直流电源三相PWM整流器在采用传统比例积分（PI）控制时电焊机直流电源输出跟踪指令电流会存在静态误差和抗干扰能力差等问题，采用电流环内环准PR，调节输入电流和电压环外环PI，调节输出电压的双闭环控制策略，克服了传统线性PI控制的缺点。创建整体系统的仿真数学模型，分析研究SVPWM发生器和准PR控制器的控制原理。仿真结果表明，采用基于准PR的SVPWM直流电源的控制策略能很好地实现电焊机直流电源单位功率因数和电流的完全无静差跟踪，且使电焊机电源在运行时具有更强的抗干扰能力，整流品质优良。

关键词：准比例谐振（准PR）;SVPWM;电焊机直流电源;无静差;抗干扰能力

中图分类号：TG434.3文献标志码：A文章编号：1001-2303（2020）04-0057-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.04.09

0 前言

电力电子技术的蓬勃发展和现代自动控制原理及其应用的改良精进，促使了直流电焊机积极发展。随着数字技术的进步，PWM控制成为整流控制的基础。通过控制输入电流波形为正弦波，并且使其与电压相位相同，从而实现PWM整流器工作时的单位功率因数状态[1]。

国内外学者提出了很多高性能的控制方法，如PI控制、预测控制、重复控制、最佳状态反馈控制和选择性的谐波补偿控制等[2]，其中PI调节是产生PWM脉冲的最基本的闭环控制技术。但PI线性调节器无法完全无静差地控制正弦输入电流，抗干扰能力也较弱，故针对此类缺点提出了准比例谐振（准PR）SVPWM控制器[3]。采用电流环内环准PR控制和电压环外环线性PI的双闭环控制，能够很好地解决上述问题，保证三相整流器稳定地运行在单位功率因数状态。且抗干扰能力也较好，对电焊机的数字控制发展提供助力。

本文在仿真软件Matlab中搭建了一套完整的系统，对系统的完全无静差跟踪效果、抗干扰能力以及整流性能进行仿真分析，并通过实验结果有效验证了控制理论。

1 三相VSR的数学模型

三相电压型整流器（VSR）的拓扑仿真结构如图1所示。

由式（9）可知，参考电流和电网电压都会对整流器网侧电流造成影响，因此控制方案需要使用系统控制器消除系统稳态误差，并能较好地减弱电网电压对并网电流的不利影响。PR控制性能主要受Kp、KR、Ac的影响，所以应合理选择参数值，使得PR控制得到充分的利用。

4 仿真分析

仿真分析参数为：交流侧三相电压220 V，交流侧电感6.8 mH，交流侧等效电阻0.5 Ω，输出直流电压600 V，电容2.2 mF，负载电阻60 Ω，如图4所示。

网侧实际电流与给定电流波形如图6所示。输出电流能快速跟踪给定电流。当运行到0.3 s时给系统突加一个负载，此时直流侧输出电压的情况如图7所示。显然当直流侧负载值突然变化，在时间t极小的范围内，输出电压可以重新回到给定值，达到几乎不发生变化的状态，即视为稳定，说明设计的整流系统抗干扰能力良好。

5 结论

基于对电焊机直流电源的三相电压型整流器（SVR）控制策略的分析，将传统的双PI线性控制策略改善为采用电流环内环准PR的SVPWM控制方式。结果表明：此控制策略不仅能实现直流电源的整流器直流侧输出稳定在给定值的整流效果，而且系统处于单位功率因数的状态下，同时也实现交流电流的完全无静差跟踪效果。当稳定运行的系统直流侧负载发生突变时，在较短时间后直流电源直流侧输出重新恢复到原来的稳态，仿真实验结果也得出系统重新恢复稳态的时间较短，系统具有良好的抗干扰能力，验证了实验的精准性。以上研究表明基于准PR的SVPWM整流电焊直流电源具有良好的整流品质。

基于本文的研究结果，下一步将研究：（1）基于电网不对称情况下，准PR的SVPWM整流电焊直流电源控制策略的可行性;（2）提出的整流电焊直流电源控制策略能否扩展到其他领域。

参考文献：

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