基于5.0KVA應(yīng)急通風(fēng)逆變器研究

文/潘海艷 張巖 陳胤 趙汗青

1 前言

現(xiàn)如今，人們對于地鐵這種大運量的軌道交通運輸方式早已不再陌生，對于其中的空調(diào)系統(tǒng)也是耳熟能詳。在地鐵車輛主供電正常時，空調(diào)系統(tǒng)可以為乘客提供一個舒適的乘車環(huán)境，但在列車主供電故障情況下，空調(diào)系統(tǒng)會進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，這時應(yīng)急通風(fēng)逆變器就發(fā)揮作用了，它將蓄電池提供的DC110V電源逆變成三相交流電，從而保障空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)機(jī)正常工作，車廂內(nèi)通風(fēng)順暢，保證乘客的人身安全與健康。為了保護(hù)蓄電池，防止蓄電池欠壓，應(yīng)急通風(fēng)逆變器要求啟動45分鐘后，自動停止運行，為了避免風(fēng)機(jī)啟動時，啟動電流瞬間增大現(xiàn)象，逆變器增加硬件電路和軟件檢測兩種方法同時檢測輸出電流值，一旦超過設(shè)定閾值，立即進(jìn)行保護(hù)。應(yīng)急通風(fēng)逆變器已成為現(xiàn)代地鐵列車的必需品。

2 逆變器整體工作原理

逆變器主要分為兩部分組成，一是將DC110V升壓到DC590V，二是將DC590V逆變成AC380V/50Hz，其中升壓部分核心就是控制方法選擇，如果控制方法不好易導(dǎo)致電感飽和，如圖1綠色波形所示，在不同周期的BOOST電路輸?shù)碾娏鞔笮∮凶兓措姼谐霈F(xiàn)了BOOST電感飽和現(xiàn)象。其中黃色是逆變電路輸出的電流波形，輸出電流波形不同的周期大小也出現(xiàn)了變化，此時輸出電流波形諧波含量為5.5%。不飽和BOOST電路電流波形如圖2綠色波形所示，BOOST電路輸出電流波形穩(wěn)定，不同周期的電流大小沒有變化，并且測試輸出電流表征的信號包絡(luò)線是兩條完美平行線，局部沒有任何的信號測試性凸起或者缺陷，說明電感電流波形沒有飽和現(xiàn)象。其中黃色為輸出電流波形，不同的周期電流波形的大小也沒有變化，此時輸出電流波形諧波含為3%。

本文首先介紹BOOST電路控制方法，最后與逆變部分聯(lián)合調(diào)試，測得輸出電壓波形諧波含量小于2%，整個逆變器工作噪聲65db，并且工作效率可達(dá)93%。

3 Boost電路工作模式

圖1

圖2

圖3：控制邏輯圖

圖4

設(shè)BOOST電路工作于臨界狀態(tài)時算出此時的電感值，當(dāng)選用電感大于這個值時電路工作于CCM，當(dāng)選用電感小于這個值時電路工作于DCM。實際應(yīng)用中，多讓BOOST電路工作于CCM，主要是因為其效率高于DCM，紋波電流小，發(fā)熱少，缺點就是CCM控制環(huán)路很難調(diào)整，如果控制不好，很容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，但本文采用的是改進(jìn)型電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，有效解決飽和現(xiàn)象。

表1

圖5

圖6

圖7

圖8

4 Boost升壓電路控制方法

改進(jìn)型電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制邏輯圖如圖3所示。

首先給設(shè)定參數(shù)電壓值與AD采樣到的BOOST電路輸出電壓值進(jìn)行比較得到一個電壓差值，對其差值進(jìn)行PI運算得到輸出參考電流值，計算得到的參考電流值與通過電流傳感器采集到的BOOST電路電流值進(jìn)行比較得到電流差值，對其電流差值進(jìn)行PI運算，對電流進(jìn)行PI運算的結(jié)果進(jìn)行微分計算，計算結(jié)果用于調(diào)整BOOST電路PWM波占空的大小，從而實現(xiàn)對BOOST電路的控制。

5 實驗結(jié)果

（1）BOOST電路升壓電感輸出電流波形如圖4所示：該工作在連續(xù)模式，輸出電流最大值為10A，BOOST電路升壓電感輸出電流波形的包絡(luò)線是兩天完美的平行線，如圖5所示，因此電感不存在飽和現(xiàn)象

（2）如圖6所示，Boost升壓電路輸出啟動電壓波形是逐漸上升，上升到DC590v，不會出現(xiàn)下降現(xiàn)象，上升到DC590V后就變成了一條直線，證明BOOST輸出電壓十分穩(wěn)定。

（3）如圖7所示，啟動時輸出電流波形從小逐漸變大，符合風(fēng)機(jī)V-I特性曲線，平穩(wěn)運行后，輸出電流波形的包絡(luò)線是兩條完美的平行線，輸出頻率為47Hz時，輸出電流諧波含量為1.18%，如圖8所示。

（4）第三方噪聲測試結(jié)果如圖9所示，噪聲為57dB。

（5）通過功率分析測得逆變器箱在輸出頻率為50Hz，輸出功率為3.9kva時，工作效率為94%，試驗數(shù)據(jù)見表1。

圖9

6 結(jié)論

本論文針對逆變器升壓電路控制方法做出了改進(jìn)，有效抑制BOOST電感飽和現(xiàn)象，減小輸出電流的諧波含量，啟動過程符合風(fēng)機(jī)V-I特性曲線，從而增加逆變器可靠性和穩(wěn)定性。