專(zhuān)利名稱(chēng)：交交變頻器的無(wú)環(huán)流控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大功率交流傳動(dòng)領(lǐng)域，是在交交變頻器錯(cuò)位無(wú)環(huán)流算法的基礎(chǔ)上提出的一種 關(guān)于切換的控制方法，具體地說(shuō)，是指一種交交變頻器輸出電流有效值較小時(shí)的切換控制方 法，尤其是給定電流極小狀態(tài)下的切換控制方法。
技術(shù)背景隨著電力電子學(xué)、微電子技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，在大功率調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域交 流傳動(dòng)已經(jīng)取代了直流傳動(dòng)的統(tǒng)治地位。對(duì)于大容量低速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)領(lǐng)域，例如軋鋼機(jī)、 礦井提升機(jī)及水泥球磨機(jī)等，交交變頻調(diào)速是一種比較理想的傳動(dòng)方式。在大功率交流傳動(dòng) 領(lǐng)域，交交變頻器一般采取錯(cuò)位無(wú)環(huán)流控制箅法，通過(guò)控制正反組晶閘管開(kāi)通時(shí)刻來(lái)實(shí)現(xiàn)變 頻器輸出電壓變頻變壓的功能。無(wú)環(huán)流換向邏輯用于控制正反向兩組觸發(fā)脈沖的釋放和封鎖， 實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán)流切換，無(wú)環(huán)流換向邏輯應(yīng)滿足下述要求(1) 在電流給定信號(hào)極性方向確定后，準(zhǔn)備切換，并給出切換命令；(2) 得到切換命令后，如零電流信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.3ms，將正反組全部脈沖封鎖從 而關(guān)閉正反組所有晶閘管；(3) 正反組全部封鎖后，如零電流信號(hào)繼續(xù)持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.75ms，發(fā)送待工作組脈 沖從而開(kāi)啟待工作組所有晶閘管，換向操作結(jié)束。從上面的陳述可知，在無(wú)環(huán)流邏輯中電流給定信號(hào)為切換命令信號(hào)，電流給定信號(hào)的好 壞對(duì)變頻器正反組能否正常切換有著極其重要的影響。然而電流給定信號(hào)在過(guò)零附近不可避 免的會(huì)產(chǎn)生正負(fù)抖動(dòng)，在輸出電流有效值較小尤其在給定電流極小狀態(tài)時(shí)電流給定信號(hào)抖動(dòng) 更加嚴(yán)重，這給晶閘管的正反組切換控制帶來(lái)了很大的難度，如不采取合適的控制方法會(huì)導(dǎo) 致晶閘管正反組切換錯(cuò)誤、輸出電壓質(zhì)量下降、諧波分量增加，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)a(chǎn)生環(huán) 流并導(dǎo)致功率器件晶閘管損壞。 發(fā)明內(nèi) 容本發(fā)明的目的是解決給定電流抖動(dòng)造成交交變頻器正反組晶閘管不能正常切換的問(wèn)題， 并通過(guò)解決該問(wèn)題提高交交變頻器的可靠性和控制性能。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了死區(qū)切換控制方法。針對(duì)在電流過(guò)零時(shí)可能出現(xiàn)電流給定 信號(hào)抖動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)電流給定信號(hào)加上一個(gè)死區(qū)，電流給定信號(hào)在死區(qū)內(nèi)不做切換處理，僅僅 在電流給定信號(hào)由一個(gè)方向進(jìn)入死區(qū)并由另一個(gè)方向離開(kāi)死區(qū)后才發(fā)出切換命令，從而避免 由于過(guò)于頻繁的切換命令造成變頻器切換不正常。然而此種處理方式會(huì)引出新的問(wèn)題，電流給定信號(hào)若長(zhǎng)時(shí)間處于死區(qū)內(nèi)，變頻器不做切換，反饋電流電壓長(zhǎng)時(shí)間處于較小的直流狀態(tài)， 導(dǎo)致上位機(jī)中電流調(diào)節(jié)器積分飽和，會(huì)使得變頻調(diào)速系統(tǒng)無(wú)法正常工作。針對(duì)此問(wèn)題，本發(fā) 明提出若電流給定信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間處于死區(qū)之內(nèi)，將晶閘管正反組做定時(shí)切換，使得實(shí)際電流 電壓始終處于交流狀態(tài)。并且為防止在三相電流同時(shí)較小時(shí)，正反組切換過(guò)程中出現(xiàn)的晶閘 管阻塞現(xiàn)象，本發(fā)明提出若同相正反組所有晶閘管長(zhǎng)時(shí)間處于關(guān)斷狀態(tài)，并且該時(shí)間超過(guò)設(shè) 定閾值，強(qiáng)制給正組或反組晶閘管發(fā)出開(kāi)通信號(hào)，確保三相晶閘管正確的配合并輸出電機(jī)所 需的三相交流電。所述的晶閘管阻塞現(xiàn)象是指，由于電流過(guò)小且三相晶閘管開(kāi)通之間互相影響，導(dǎo)致切換 時(shí)發(fā)出開(kāi)通命令后晶閘管無(wú)法正常開(kāi)通，始終處于關(guān)斷狀態(tài)。 本發(fā)明提供的無(wú)環(huán)流控制方法具體包括如下步驟步驟一、電流給定信號(hào)換向，發(fā)出切換命令；當(dāng)電流給定信號(hào)由一個(gè)方向進(jìn)入電流死區(qū)，并由另一個(gè)方向離開(kāi)死區(qū)時(shí)，電流給定信號(hào)完成一次換向，自動(dòng)發(fā)出切換命令；若電流給定信號(hào)處于死區(qū)內(nèi)的時(shí)間超過(guò)10ms，則直接給出切換命令；步驟二、切換命令發(fā)出后，等待零電流信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.3ms，將正反組全部脈沖封鎖從而關(guān)閉正反組所有晶閘管；否則一直等待不做切換處理；步驟三、正反組全部脈沖封鎖后，等待零電流信號(hào)繼續(xù)持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.75ms，根據(jù)此時(shí)的電流給定信號(hào)極性發(fā)送待工作組脈沖從而開(kāi)啟待工作組所有晶閘管，換向操作結(jié)束；否則一直等待不做切換處理。步驟四、當(dāng)零電流信號(hào)超過(guò)5ms，根據(jù)此時(shí)電流給定信號(hào)極性發(fā)送待工作組脈沖，從而將待工作組強(qiáng)制打開(kāi)。當(dāng)電流給定信號(hào)大于O時(shí)，發(fā)送正組脈沖，從而打開(kāi)正組所有晶閘管； 當(dāng)電流給定信號(hào)小于O時(shí)，發(fā)送反組脈沖，從而打開(kāi)反組所有晶閘管； 當(dāng)電流給定信號(hào)等于O時(shí)，稍作延時(shí)，等待電流給定信號(hào)出現(xiàn)極性后，再按上面兩種情況發(fā)送脈沖。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1) 通過(guò)引入電流給定死區(qū)，避免變頻器不正常的過(guò)于頻繁切換；(2) 在給定電流信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間處于死區(qū)內(nèi)時(shí)，采取定時(shí)切換晶閘管正反組的方法，解決了 引入電流給定死區(qū)所導(dǎo)致的積分飽和問(wèn)題；(3) 在同相正反組晶閘管長(zhǎng)時(shí)間同時(shí)關(guān)斷時(shí)，采取強(qiáng)制開(kāi)通一組晶閘管的方法，解決了 晶閘管開(kāi)通阻塞問(wèn)題；(4) 本發(fā)明的控制方法解決了給定電流信號(hào)抖動(dòng)帶來(lái)的晶閘管正反組切換不正常的問(wèn)題，并且減小了輸出電壓諧波，從而改善了控制性能、減少了變頻器對(duì)電網(wǎng)的污染、提高了變頻器的效率。


圖1是本發(fā)明的無(wú)環(huán)流控制方法的流程圖；圖2是給定電流死區(qū)說(shuō)明圖；圖3是本發(fā)明帶電機(jī)負(fù)載時(shí)三相電流波形；圖4a表示電流給定信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間完全處于死區(qū)內(nèi)時(shí)，加入定時(shí)切換前輸出電流波形； 圖4b表示電流給定信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間完全處于死區(qū)內(nèi)時(shí)，加入定時(shí)切換后輸出電流波形。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的交交變頻器的無(wú)環(huán)流控制方法，流程圖如圖l所示，具體為如下步驟 步驟一、電流給定信號(hào)換向，發(fā)出切換命令。當(dāng)電流給定信號(hào)由一個(gè)方向進(jìn)入電流死區(qū)，并由另一個(gè)方向離開(kāi)死區(qū)時(shí)，將這個(gè)過(guò)程稱(chēng) 之為電流給定信號(hào)換向。 ，如圖2所示，所述死區(qū)是電流值為零附近的一個(gè)區(qū)域。若以標(biāo)幺值表示電流給定信號(hào)， 以1表示電流給定信號(hào)最大值， 一般選取[-0.05，0.05l作為電流給定信號(hào)的死區(qū)范圍。只有 當(dāng)電流給定信號(hào)由一個(gè)方向進(jìn)入電流死區(qū)并由另一個(gè)方向離開(kāi)死區(qū)時(shí)，才認(rèn)為電流給定信號(hào) 過(guò)零切換，即認(rèn)為電流給定信號(hào)由大于零變?yōu)樾∮诹?，或由小于零變?yōu)榇笥诹?。所述電流給 定信號(hào)的死區(qū)范圍根據(jù)電流給定信號(hào)的精度的不同可作調(diào)整，在工程中一般由調(diào)試得出。當(dāng)電流給定信號(hào)完成一次換向時(shí)，則自動(dòng)發(fā)出切換命令。若電流給定信號(hào)不換向并且處于死區(qū)內(nèi)的時(shí)間超過(guò)10ms，則直接給出切換命令。 步驟二、切換命令發(fā)出后，等待零電流信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.3ms，將正反組全部脈沖封鎖從而關(guān)閉正反組所有晶閘管；否則一直等待不做切換處理。步驟三、正反組全部脈沖封鎖后，等待零電流信號(hào)繼續(xù)持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.75ms，根據(jù)此時(shí)的電流給定信號(hào)極性發(fā)送待工作組脈沖從而開(kāi)啟待工作組所有晶閘管，換向操作結(jié)束；否則一直等待不做切換處理。所述零電流信號(hào)持續(xù)時(shí)間0.3ms和0.75ms均由零電流檢測(cè)手段決定，如果檢測(cè)手段不夠準(zhǔn)確，這兩個(gè)零電流信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)相應(yīng)的延長(zhǎng)。所述的電流給定信號(hào)極性分兩種，即電流給定信號(hào)大于0和小于0兩種情況 當(dāng)電流給定信號(hào)大于0時(shí)，發(fā)送正組脈沖，從而打開(kāi)正組所有晶閘管； 當(dāng)電流給定信號(hào)小于O時(shí)，發(fā)送反組脈沖，從而打開(kāi)反組所有晶閘管； 當(dāng)電流給定信號(hào)等于O時(shí)，稍作延時(shí)，等待電流給定信號(hào)出現(xiàn)極性后，再按上面兩種情況發(fā)送脈沖。步驟四、當(dāng)零電流信號(hào)超過(guò)閾值5ms，根據(jù)此時(shí)電流給定信號(hào)極性發(fā)送待工作組脈沖，從而將待工作組強(qiáng)制打開(kāi)。當(dāng)零電流信號(hào)超過(guò)5ms，說(shuō)明出現(xiàn)晶閘管阻塞現(xiàn)象，晶閘管未能正常開(kāi)通。根據(jù)此時(shí)電流給定信號(hào)極性發(fā)送待工作組脈沖，從而將待工作組強(qiáng)制打開(kāi)。當(dāng)電流給定信號(hào)大于O時(shí)，發(fā)送正組脈沖，從而打開(kāi)正組所有晶閘管； 當(dāng)電流給定信號(hào)小于O時(shí)，發(fā)送反組脈沖，從而打開(kāi)反組所有晶閘管； 當(dāng)電流給定信號(hào)等于O時(shí)，稍作延時(shí)，等待電流給定信號(hào)出現(xiàn)極性后，再按上面兩種情況發(fā)送脈沖。實(shí) 施 例以利用DSP芯片(型號(hào)為T(mén)MS320F2812)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的控制方法為例，具體說(shuō) 明本發(fā)明控制方法實(shí)現(xiàn)效果。實(shí)驗(yàn)中，主回路由1200V、 800A可控硅組成，控制系統(tǒng)基于DSP芯片，負(fù)載為額定 轉(zhuǎn)速為1470r/min的異步電機(jī)負(fù)載。變頻器三相進(jìn)線相電壓有效值為IOOV。圖3和圖4a、 4b即為本實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。圖3為加入本發(fā)明控制方法后，變頻器帶三相電 機(jī)負(fù)載電流波形，從圖3中可以看出三相電流波形基波含量高，諧波含量少，經(jīng)實(shí)測(cè)加入該 控制方法后比加入該控制方法前線電流諧波含量減少57%。圖4a表示加入定時(shí)切換控制方 法前電流波形，圖4b表示加入定時(shí)切換控制方法后電流波形，圖4a和圖4b中所示的兩波 形都是在給定電流長(zhǎng)時(shí)間處于切換死區(qū)內(nèi)時(shí)作出的波形，從圖中可以看出加入定時(shí)切換控制 方法前電流為一個(gè)極小的直流波形，加入定時(shí)切換方法后，電流為一個(gè)極小的交流波形，從 而避免了由于長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)直流電流造成電流環(huán)調(diào)節(jié)器積分飽和的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1、交交變頻器的無(wú)環(huán)流控制方法，其特征在于，所述的控制方法通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、電流給定信號(hào)換向，發(fā)出切換命令；當(dāng)電流給定信號(hào)由一個(gè)方向進(jìn)入電流死區(qū)，并由另一個(gè)方向離開(kāi)死區(qū)時(shí)，電流給定信號(hào)完成一次換向，自動(dòng)發(fā)出切換命令；若電流給定信號(hào)處于死區(qū)內(nèi)時(shí)間超過(guò)10ms，則直接給出切換命令；步驟二、切換命令發(fā)出后，等待零電流信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.3ms，將正反組全部脈沖封鎖從而關(guān)閉正反組所有晶閘管；否則一直等待不做切換處理；步驟三、正反組全部脈沖封鎖后，等待零電流信號(hào)繼續(xù)持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.75ms，根據(jù)此時(shí)的電流給定信號(hào)極性發(fā)送待工作組脈沖從而開(kāi)啟待工作組所有晶閘管，換向操作結(jié)束；否則一直等待不做切換處理；步驟四、當(dāng)零電流信號(hào)超過(guò)5ms，根據(jù)此時(shí)電流給定信號(hào)極性發(fā)送待工作組脈沖，從而將待工作組強(qiáng)制打開(kāi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交交變頻器的無(wú)環(huán)流控制方法，其特征在于所述的電流給定信 號(hào)極性分三種，即電流給定信號(hào)大于O、小于O和等于O:當(dāng)電流給定信號(hào)大于O時(shí)，發(fā)送正組脈沖，從而打開(kāi)正組所有晶閘管； 當(dāng)電流給定信號(hào)小于O時(shí)，發(fā)送反組脈沖，從而打開(kāi)反組所有晶閘管； 當(dāng)電流給定信號(hào)等于O時(shí)，等待電流給定信號(hào)出現(xiàn)極性后，再按上面兩種情況發(fā)送脈沖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交交變頻器的無(wú)環(huán)流控制方法，其特征在于所述死區(qū)是零電流 附近的一個(gè)區(qū)域，若以標(biāo)幺值表示電流給定信號(hào)，以1表示電流給定信號(hào)最大值，選取 [-0.05，0.05]作為電流給定信號(hào)的死區(qū)范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種交交變頻器的無(wú)環(huán)流控制方法，該方法針對(duì)在電流過(guò)零時(shí)可能出現(xiàn)電流給定信號(hào)抖動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)電流給定信號(hào)加上一個(gè)死區(qū)，電流給定信號(hào)在死區(qū)內(nèi)不做切換處理，僅僅在電流給定信號(hào)由一個(gè)方向進(jìn)入死區(qū)并由另一個(gè)方向離開(kāi)死區(qū)后才發(fā)出切換命令，從而避免由于過(guò)于頻繁的切換命令造成變頻器切換不正常；若電流給定信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間處于死區(qū)之內(nèi)時(shí)間超過(guò)10ms，則直接給出切換命令，使得實(shí)際電流電壓始終處于交流狀態(tài)。若同相正反組所有晶閘管長(zhǎng)時(shí)間處于關(guān)斷狀態(tài)，并且該時(shí)間超過(guò)設(shè)定閾值5ms，強(qiáng)制給正組或反組晶閘管發(fā)出開(kāi)通信號(hào)，確保三相晶閘管正確的配合輸出電機(jī)所需的三相交流電。
文檔編號(hào)H02M1/06GK101404458SQ20081022707
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者瑜 張, 朱春毅, 凡 李, 李向欣, 李崇堅(jiān), 巍 段, 路尚書(shū), 鳴 雷 申請(qǐng)人:北京金自天正智能控制股份有限公司