交流電源系統(tǒng)的基準(zhǔn)與反饋

交流電源系統(tǒng)的基準(zhǔn)與反饋摘要：交流電源系統(tǒng)實際上是一個閉環(huán)的自動控制系統(tǒng)，基準(zhǔn)和反饋是它的兩個重要環(huán)節(jié)。分別介紹了交流電源系統(tǒng)兩種常用的基準(zhǔn) 一一正弦波電壓和直流電平，及其常用的反饋方式一一峰值反饋和平均值反饋， 并對交流電源系統(tǒng)的各種基準(zhǔn)與反饋電路進(jìn)行了分析與比較。結(jié)合自動控制理論，剖析了因基準(zhǔn)與反饋環(huán)節(jié)設(shè)計不當(dāng)對交流電源系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，并給出采用有效值轉(zhuǎn)換電路消除系統(tǒng)靜態(tài)誤差的解決方案。關(guān)鍵詞：交流電源系統(tǒng)；基準(zhǔn)；反饋；有效值轉(zhuǎn)換0引言交流電源系統(tǒng)是一個閉環(huán)的自動控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中有兩個重要環(huán)節(jié) ——基準(zhǔn)和反饋。按自動控制的要求，若以時間函數(shù) r(t)表示給定值，以C(t)表示受控量，r(t)與C(t)應(yīng)具有同一性。但在實際的系統(tǒng)中同一性往往難以得到充分滿足， 從而會在自動控制系統(tǒng)中產(chǎn)生附加的靜態(tài)誤差。1關(guān)于交流電源系統(tǒng)的基準(zhǔn)目前，交流電源系統(tǒng)的基準(zhǔn)有兩種：正弦波電壓和直流電平。1.1以正弦波電壓為基準(zhǔn)的交流電源系統(tǒng)交流電源系統(tǒng)的輸出電壓是恒頻交流電壓，由于交流電源系統(tǒng)的基準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)與其輸出電壓具有同一性，因此交流電源系統(tǒng)的基準(zhǔn)也應(yīng)是恒頻交流電壓， 并且基準(zhǔn)應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性。然而交流電源系統(tǒng)輸出的恒頻交流電壓是近似于理想的正弦波電壓， 其輸出電壓的穩(wěn)定性是靠PWM控制策略來實現(xiàn)的，系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。在該系統(tǒng)框圖中基準(zhǔn)正弦波電壓為 uj，輸出電壓為u(115V,400Hz)，它們的關(guān)系為：u/uj=R2/R1。該交流電源系統(tǒng)是一個二元反饋系統(tǒng)， 除了電壓反饋之外， 還通過電流互感器M攝取電流反饋信號形成電流反饋。該電流反饋信號為高頻信號兼有調(diào)制△ u的作用。經(jīng)分析電路要求調(diào)制比大于 50時，才能保證系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)態(tài)誤差及失真度都在 1%以下。

I!ii■反饋電壓厶uf與基準(zhǔn)正弦波電壓 uj相加后，得到△U再經(jīng)PI電路得到厶uI!ii■反饋電壓厶uf與基準(zhǔn)正弦波電壓 uj相加后，得到△U再經(jīng)PI電路得到厶u'△u'的波形如圖2所示。圖3是圖2波形的展開。圖1中逆變電路輸出電壓un的波形見圖4。電流反饋的波形見圖5。這個方案適用于由電子電路組成的電源系統(tǒng)，比如 UPS不間斷電源及其他逆變電源。這種電源系統(tǒng)的反饋電路傳輸時間短， 響應(yīng)快，能夠完成及時反饋的要求，這種電路有根據(jù)基準(zhǔn)去校正輸出電壓波形的功能，因此輸出電壓波形的失真度小，適用于非線性負(fù)載電路。1.2以直流電平為基準(zhǔn)的交流電源系統(tǒng)在發(fā)電機組成的交流電源系統(tǒng)中，以正弦波電壓為基準(zhǔn)不合適。因為這種電源系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流實現(xiàn)的， 而調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的控制電路具有馬3 ￥的堰嚴(yán)址那羚.■-直堺業(yè)JK ：良舟$2的渡母1橢出電壓仏蛙爭較大慣性，不能實現(xiàn)及時反饋。因此這種電源系統(tǒng)必須用直流電平作為基準(zhǔn)，如圖 6所示。圖中穩(wěn)壓管V2由穩(wěn)壓電源U提供工作電流作為基準(zhǔn)，穩(wěn)壓管V2的溫度系數(shù)為10-5?10-6V/C。經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)引回到系統(tǒng)的輸入端，

以正弦波電壓為基準(zhǔn)的電源系統(tǒng)中， 反饋以直流電平為基準(zhǔn)的電源系統(tǒng)中， 反饋量2經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)引回到系統(tǒng)的輸入端，

以正弦波電壓為基準(zhǔn)的電源系統(tǒng)中， 反饋以直流電平為基準(zhǔn)的電源系統(tǒng)中， 反饋量2.1峰值反饋峰值反饋的電路見圖的波形見圖7。2交流電源系統(tǒng)的反饋交流電源系統(tǒng)的反饋作用是將電源系統(tǒng)的輸出電壓,與系統(tǒng)的基準(zhǔn)進(jìn)行比較，以保證輸出電壓的穩(wěn)定。量是電源系統(tǒng)的輸出電壓，反饋網(wǎng)絡(luò)是電阻網(wǎng)絡(luò)。是電源系統(tǒng)的輸出電壓經(jīng)整流后的直流電壓。但是電源系統(tǒng)的輸出量是交流電壓的有效值，而反饋量卻是輸出電壓的峰值或平均值， 反饋量和輸出量不同，致使交流電源系統(tǒng)存在靜態(tài)誤差。下面就具體電路進(jìn)行分析。6，反饋電壓uf由于C2的作用而反應(yīng)的是輸出電壓的峰值 um。uf圖7所示的Uj=5V是基準(zhǔn)，uf是反饋電壓，真實反應(yīng)了輸出電壓的峰值。 如果電源系統(tǒng)的輸出電壓受到擾動而發(fā)生變化偏離了額定值 (115V)，這時控制電路工作的占空比隨之變化，占空比變化之后，系統(tǒng)中發(fā)電機的激磁電流就會改變， 從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出電壓將恢復(fù)到額定值。反饋電壓 uf和激磁電流的占空比(即控制電路工作的占空比)3之間的關(guān)系如下。圖7中，電路工作的周期T、導(dǎo)通時間ton，則占空比3=ton/T。有:

旳=宮in =5, ?5oZh=arcsinj_廠Um必=tt—o/oJu= 一o/b=it—2a/h=兀—2arcsin喬l周期：T=orfp?cuth=2k/3占空比決X-2aresin(3/l_7rni_ '2n'/3如果輸出電壓的波峰系數(shù)正:越杏芒時，便會產(chǎn)牛附加誤差△u。設(shè)系統(tǒng)的實際輸出電壓為Um，波峰系數(shù)為M，則M=Um/U=>U=Um/M。當(dāng)波峰系數(shù)為M時，調(diào)節(jié)電路將系統(tǒng)的輸出電壓調(diào)節(jié)為：2.2平均值反饋平均值反饋電路如圖8所示。7I&7I&J1>Ir{]—圖8乎均值反請電路圖8中由于電阻R1,R2,R3的存在使得三相電壓源變成三相電流源，反饋電壓 uf反應(yīng)是輸出電壓的平均值UCP。與峰值反饋一樣，如果電壓波形失真將會產(chǎn)生附加誤差△ U。設(shè)系統(tǒng)的實際輸出電壓為 U，平均值為UCP，即MCP=U/UCP^l.1，而調(diào)節(jié)電路將系統(tǒng)的輸出電壓調(diào)節(jié)為：

-—uf/uLT—u|?1-1-Mir=1*1=L 一MLlji；詒IlW.CffWt2.3消除靜態(tài)誤差的解決方案經(jīng)過分析可知，交流電源系統(tǒng)靜態(tài)誤差的產(chǎn)生是由于電源系統(tǒng)的輸出量是交流電壓的有效值，而反饋量卻是輸出電壓的峰值或平均值， 反饋量和輸出量不同導(dǎo)致的。 因此，采用由AD637組成的有效值轉(zhuǎn)換電路（見圖9），將敏感的電機端有效值電壓轉(zhuǎn)換為直流電平反饋至調(diào)節(jié)電路的比較端，從而滿足系統(tǒng)的同一性，達(dá)到