專(zhuān)利名稱(chēng)：交交變頻器在電流斷續(xù)狀態(tài)下的控制方法
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 控制方法，具體的說(shuō)，是一種交交變頻器輸出電流有效值較小時(shí)的補(bǔ)償控制方法，尤其是電 流斷續(xù)狀態(tài)下的控制方法。
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。交交變頻器所采用 的功率器件是單項(xiàng)導(dǎo)通的大功率晶閘管，該種器件只能通過(guò)門(mén)級(jí)信號(hào)控制其導(dǎo)通時(shí)刻而無(wú)法 準(zhǔn)確的控制其關(guān)斷時(shí)刻，晶閘管只能在電流過(guò)零時(shí)自動(dòng)關(guān)斷。在大功率交流傳動(dòng)領(lǐng)域，交交 變頻器一般釆取錯(cuò)位無(wú)環(huán)流控制算法，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。然而正是由于晶閘管關(guān)斷時(shí)刻不可控性，在變頻器輸出電流有效值較小時(shí)，尤其是電流 處于電流斷續(xù)狀態(tài)時(shí)，輸出電壓與觸發(fā)角a之間的函數(shù)關(guān)系非常復(fù)雜?，F(xiàn)有常用的控制器無(wú)法 在控制周期內(nèi)精確的根據(jù)給定電壓計(jì)算出觸發(fā)角a,無(wú)法使得輸出電壓完全按照給定電壓變 化。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決交交變頻器輸出電流有效值較小時(shí)尤其是電流斷續(xù)狀態(tài)下由于晶閘 管特性帶來(lái)的電壓畸變問(wèn)題，引入電流斷續(xù)折線補(bǔ)償方法，減小電壓畸變，盡可能保證輸出 電壓跟隨給定電壓變化，從而提高交交變頻器電流環(huán)的控制性能，尤其是提高交交變頻器在 啟動(dòng)、停車(chē)與空載狀態(tài)下的控制性能。交交變頻器的控制所面臨的最突出的困難是電流斷續(xù)問(wèn)題。輸出電壓u在電流連續(xù)的情 況下與觸發(fā)角a的余弦值cosa成線性變化關(guān)系，因此只要調(diào)節(jié)觸發(fā)角a的大小即可準(zhǔn)確得到 所需的輸出電壓。然而在電流斷續(xù)時(shí)輸出電壓大小與觸發(fā)角的余弦不再存在簡(jiǎn)單的線性關(guān)系， 輸出電壓與觸發(fā)角之間的函數(shù)關(guān)系非常復(fù)雜，無(wú)法簡(jiǎn)單的通過(guò)計(jì)算得到，針對(duì)這一問(wèn)題本發(fā) 明提出了電流斷續(xù)狀態(tài)折線補(bǔ)償控制方法，該方法通過(guò)分段線性化的方式擬合出輸出電壓與 觸發(fā)角之間的函數(shù)關(guān)系，盡可能的提高電流斷續(xù)狀態(tài)下的控制性能。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟一、判斷電流給定值i'是否位于電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)。如果abs (i') 則進(jìn)入步驟二；如果不成立，則觸發(fā)補(bǔ)償角Aa:O，直接進(jìn)入步驟三。將[- ,， /自1定義為上面所述的電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)。其中/,一般設(shè)為給定電流最大值的5%-10%，在工程中該值一般由工程調(diào)試得出。步驟二、判斷給定電流值在哪條折線上，當(dāng)0< i、/鵬時(shí)，Aa = 30°-^i';i折線/折線< i'<OHf, A":30。+ii';^折線當(dāng)^線〈i、Z斷續(xù)時(shí)，A^^"f~~T""斷續(xù)一i');i斷續(xù)_1折線22。當(dāng)醫(yī)/斷續(xù)< 卩<-/折線時(shí)，Ao^"j~j~(1斷續(xù)"*);i斷續(xù)^折線其中/自一般設(shè)為給定電流最大值的0.5%-2%，在工程中該值一般由工程調(diào)試得出。 步驟三、由電壓給定值u'計(jì)算出補(bǔ)償前的觸發(fā)角"'，計(jì)算公式為"'=arccos(u"其中u'表示給定電壓標(biāo)幺值；步驟四、計(jì)算出補(bǔ)償后的觸發(fā)角《步驟五、根據(jù)輸入電壓的相位與觸發(fā)角"之間關(guān)系輸出脈沖信號(hào)，并經(jīng)功率放大后傳輸 到主回路晶閘管門(mén)級(jí)，以控制主回路中各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，達(dá)到輸出跟隨給定電壓變化 的實(shí)際輸出電壓的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1) 本發(fā)明的控制方法減小了電流斷續(xù)狀態(tài)下出現(xiàn)的電壓畸變，有效的消除了電壓諧波。(2) 采用分段線性化方式，通過(guò)兩段或多段折線的選取使得擬合曲線盡可能的接近于實(shí) 際曲線，從而盡可能的保證輸出電壓跟隨給定電壓變化，達(dá)到提高控制性能的最終目的。(3) 本發(fā)明的控制方法簡(jiǎn)單易行，適用于現(xiàn)行常用的控制器。 附 圖 說(shuō) 明

圖1是本發(fā)明電流斷續(xù)狀態(tài)下觸發(fā)補(bǔ)償角與給定電流值之間的實(shí)際曲線與擬合曲線； 圖2a是應(yīng)用本發(fā)明的控制方法前的輸出相電壓波形圖； 圖2b是應(yīng)用本發(fā)明的控制方法后的輸出相電壓波形圖。
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。如圖1所示，圖中曲線表示觸發(fā)補(bǔ)償角與給定電流值的實(shí)際補(bǔ)償曲線，折線表示觸發(fā)補(bǔ) 償角與給定電流值的擬合曲線，圖中折線關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)(0， 30° )， (/腿，22° )， (/,， 0 ° )， /,與/,一般由工程調(diào)試得出。在給定電流的情況下，可以根據(jù)實(shí)際曲線查出觸發(fā)補(bǔ)償角A"的值。本發(fā)明的折線補(bǔ)償控制方法通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一、判斷電流給定值Z'是否位于電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)。如果abs (/') </,，則電流給定值z(mì)'位于電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)，進(jìn)入步驟二；如果不成立， 則觸發(fā)補(bǔ)償角A = 0 ，直接進(jìn)入步驟三。當(dāng)abs (/') </,，實(shí)際電流斷續(xù)嚴(yán)重，輸出電壓u與觸發(fā)角a的余弦值cosa成非線性變化關(guān)系，函數(shù)關(guān)系非常復(fù)雜。此時(shí)若按照^arcc。s(u')所計(jì)算出觸發(fā)角給出控制晶閘管的脈 沖信號(hào)，所得到的輸出電壓畸變非常嚴(yán)重，無(wú)法很好的跟隨給定電壓變化。將-/斷續(xù)，/斷續(xù)]定義為上面所述的電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)，即當(dāng)給定電流;'滿足-/斷續(xù)</'</斷續(xù)即認(rèn)為系統(tǒng)處于補(bǔ)償區(qū)。在實(shí)際系統(tǒng)中很難通過(guò)對(duì)有效的檢測(cè)手段獲知電流是否斷續(xù)及電流斷續(xù)程度這些信息， 因此我們通過(guò)對(duì)給定電流大小的判斷來(lái)推斷實(shí)際電流是否處于斷續(xù)狀態(tài)及電流斷續(xù)程度。當(dāng) 給定電流處于電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)，即-/斷續(xù)<''</斷續(xù)時(shí)認(rèn)為實(shí)際電流斷續(xù)，并且電流給定信號(hào)的絕 對(duì)值值越小，電流斷續(xù)越嚴(yán)重。因此，當(dāng)給定電流處于電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)時(shí)，必須對(duì)觸發(fā)角進(jìn) 行補(bǔ)償，否則就會(huì)造成嚴(yán)重的電壓畸變。其中/,一般設(shè)為給定電流最大值的5%-10%，在工程中該值一般由工程調(diào)試得出。所述公式中"abs 是指"電流給定值z(mì)'的絕對(duì)值"。步驟二、判斷給定電流值在如圖1中折線的上哪一段中，如圖1所示將折線分成四段。當(dāng)0< i、/折線時(shí)，給定電流值處于折線l上，此時(shí)A""0'-^i';J折線當(dāng)-/折線< i、0時(shí)，給定電流值處于折線2上，此時(shí)Aa^0。+^i';I折線當(dāng)^< i'^鵬時(shí)，給定電流值處于折線3上，此時(shí)Aa-^—J斷續(xù)"折線當(dāng)-/斷續(xù)< i'<-/折線時(shí)，給定電流值處于折線4上，此時(shí)厶^^^a斷續(xù)+i');J斷續(xù)_1折線其中/,一般設(shè)為給定電流最大值的0.5%-2%，在工程中該值一般由工程調(diào)試得出。步驟三、由電壓給定值u'計(jì)算出補(bǔ)償前的觸發(fā)角a'，計(jì)算公式為a' = arccos(u"其中u'表示給定電壓標(biāo)幺值；步驟四、計(jì)算出補(bǔ)償后的觸發(fā)角"步驟五、根據(jù)輸入電壓的相位與觸發(fā)角《之間的關(guān)系輸出脈沖信號(hào)，并經(jīng)功率放大后傳 輸?shù)街骰芈肪чl管門(mén)級(jí)，以控制主回路中各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，達(dá)到輸出跟隨給定電壓變化的實(shí)際輸出電壓的目的。 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晶閘管組成，控制系統(tǒng)基于DSP芯片，負(fù)載為3相 對(duì)稱(chēng)電阻，每相電阻為50歐姆。變頻器三相進(jìn)線相電壓有效值IOOV。在實(shí)驗(yàn)中/,值設(shè)為 給定電流最大值的10%， /目值設(shè)為給定電流最大值的1%。圖2a為加入電流斷續(xù)補(bǔ)償控制方法前的輸出相電壓波形圖，圖2b為加入電流斷續(xù)補(bǔ)償 控制方法后的輸出相電壓波形圖。從圖中明顯看出加入電流斷續(xù)補(bǔ)償算法后輸出電壓正弦度 明顯提高，諧波含量減少。經(jīng)實(shí)測(cè)加入電流斷續(xù)補(bǔ)償控制方法后波形比加入前波形諧波含量 減少80%以上。
權(quán)利要求
1、交交變頻器在電流斷續(xù)狀態(tài)下的控制方法，其特征在于如下步驟步驟一、判斷電流給定值i*是否位于電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)；如果abs(i*)＜I斷續(xù)，則電流給定值i*位于電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)，進(jìn)入步驟二；如果不成立，則觸發(fā)補(bǔ)償角Δα＝0，直接進(jìn)入步驟三；步驟二、判斷給定電流值在哪條折線上，當(dāng)0＜i*＜I折線時(shí)， id="icf0001" file="A2008102270720002C1.tif" wi="27" he="9" top= "64" left = "78" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>當(dāng)-I折線＜i*＜0時(shí)， id="icf0002" file="A2008102270720002C2.tif" wi="27" he="9" top= "76" left = "79" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>當(dāng)I折線＜i*＜I斷續(xù)時(shí)， id="icf0003" file="A2008102270720002C3.tif" wi="38" he="9" top= "87" left = "81" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>當(dāng)-I斷續(xù)＜i*＜-I折線時(shí)， id="icf0004" file="A2008102270720002C4.tif" wi="38" he="9" top= "98" left = "84" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>步驟三、由電壓給定值u*計(jì)算出補(bǔ)償前的觸發(fā)角α*，計(jì)算公式為α*＝arccos(u*)其中u*表示給定電壓標(biāo)幺值；步驟四、計(jì)算出補(bǔ)償后的觸發(fā)角αα＝Δα+α*步驟五、根據(jù)輸入電壓的相位與觸發(fā)角α之間關(guān)系輸出脈沖信號(hào)，并經(jīng)功率放大后傳輸?shù)街骰芈肪чl管門(mén)級(jí)，控制主回路中各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，使實(shí)際輸出電壓跟隨給定電壓變化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交交變頻器在電流斷續(xù)狀態(tài)下的控制方法，其特征在于所述的 電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)范圍為-/,， /,]，其中/,設(shè)為給定電流最大值的5%-10%，在工程中該值由工程調(diào)試得出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交交變頻器在電流斷續(xù)狀態(tài)下的控制方法，其特征在于所述的/, 設(shè)為給定電流最大值的0.5%-2%，在工程中該值由工程調(diào)試得出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種交交變頻器在電流斷續(xù)狀態(tài)下的控制方法，該方法通過(guò)對(duì)電流給定值i^*是否位于電流斷續(xù)補(bǔ)償區(qū)進(jìn)行判斷，進(jìn)而判斷給定電流值位于哪條曲線上，然后根據(jù)α^*＝arccos(u^*)計(jì)算補(bǔ)償前的觸發(fā)角α^*，根據(jù)公式α＝Δα+α^*，計(jì)算出補(bǔ)償后的觸發(fā)角α，并根據(jù)輸入電壓的相位與觸發(fā)角α之間關(guān)系輸出脈沖信號(hào)，經(jīng)功率放大后傳輸?shù)街骰芈肪чl管門(mén)級(jí)，以控制主回路中各個(gè)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，達(dá)到輸出跟隨給定電壓變化的實(shí)際輸出電壓的目的。本發(fā)明的控制方法簡(jiǎn)單易行，適用于現(xiàn)行常用的控制器。
文檔編號(hào)H02M1/06GK101404459SQ20081022707
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