基于準PR控制直流電焊機的研究

黃小凡　林玉婷

摘要：針對電焊機直流電源三相PWM整流器在采用傳統比例積分（PI）控制時電焊機直流電源輸出跟蹤指令電流會存在靜態誤差和抗干擾能力差等問題，采用電流環內環準PR，調節輸入電流和電壓環外環PI，調節輸出電壓的雙閉環控制策略，克服了傳統線性PI控制的缺點。創建整體系統的仿真數學模型，分析研究SVPWM發生器和準PR控制器的控制原理。仿真結果表明，采用基于準PR的SVPWM直流電源的控制策略能很好地實現電焊機直流電源單位功率因數和電流的完全無靜差跟蹤，且使電焊機電源在運行時具有更強的抗干擾能力，整流品質優良。

關鍵詞：準比例諧振（準PR）;SVPWM;電焊機直流電源;無靜差;抗干擾能力

中圖分類號：TG434.3文獻標志碼：A文章編號：1001-2303（2020）04-0057-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.04.09

0 前言

電力電子技術的蓬勃發展和現代自動控制原理及其應用的改良精進，促使了直流電焊機積極發展。隨著數字技術的進步，PWM控制成為整流控制的基礎。通過控制輸入電流波形為正弦波，并且使其與電壓相位相同，從而實現PWM整流器工作時的單位功率因數狀態[1]。

國內外學者提出了很多高性能的控制方法，如PI控制、預測控制、重復控制、最佳狀態反饋控制和選擇性的諧波補償控制等[2]，其中PI調節是產生PWM脈沖的最基本的閉環控制技術。但PI線性調節器無法完全無靜差地控制正弦輸入電流，抗干擾能力也較弱，故針對此類缺點提出了準比例諧振（準PR）SVPWM控制器[3]。采用電流環內環準PR控制和電壓環外環線性PI的雙閉環控制，能夠很好地解決上述問題，保證三相整流器穩定地運行在單位功率因數狀態。且抗干擾能力也較好，對電焊機的數字控制發展提供助力。

本文在仿真軟件Matlab中搭建了一套完整的系統，對系統的完全無靜差跟蹤效果、抗干擾能力以及整流性能進行仿真分析，并通過實驗結果有效驗證了控制理論。

1 三相VSR的數學模型

三相電壓型整流器（VSR）的拓撲仿真結構如圖1所示。

由式（9）可知，參考電流和電網電壓都會對整流器網側電流造成影響，因此控制方案需要使用系統控制器消除系統穩態誤差，并能較好地減弱電網電壓對并網電流的不利影響。PR控制性能主要受Kp、KR、Ac的影響，所以應合理選擇參數值，使得PR控制得到充分的利用。

4 仿真分析

仿真分析參數為：交流側三相電壓220 V，交流側電感6.8 mH，交流側等效電阻0.5 Ω，輸出直流電壓600 V，電容2.2 mF，負載電阻60 Ω，如圖4所示。

網側實際電流與給定電流波形如圖6所示。輸出電流能快速跟蹤給定電流。當運行到0.3 s時給系統突加一個負載，此時直流側輸出電壓的情況如圖7所示。顯然當直流側負載值突然變化，在時間t極小的范圍內，輸出電壓可以重新回到給定值，達到幾乎不發生變化的狀態，即視為穩定，說明設計的整流系統抗干擾能力良好。

5 結論

基于對電焊機直流電源的三相電壓型整流器（SVR）控制策略的分析，將傳統的雙PI線性控制策略改善為采用電流環內環準PR的SVPWM控制方式。結果表明：此控制策略不僅能實現直流電源的整流器直流側輸出穩定在給定值的整流效果，而且系統處于單位功率因數的狀態下，同時也實現交流電流的完全無靜差跟蹤效果。當穩定運行的系統直流側負載發生突變時，在較短時間后直流電源直流側輸出重新恢復到原來的穩態，仿真實驗結果也得出系統重新恢復穩態的時間較短，系統具有良好的抗干擾能力，驗證了實驗的精準性。以上研究表明基于準PR的SVPWM整流電焊直流電源具有良好的整流品質。

基于本文的研究結果，下一步將研究：（1）基于電網不對稱情況下，準PR的SVPWM整流電焊直流電源控制策略的可行性;（2）提出的整流電焊直流電源控制策略能否擴展到其他領域。

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