交交變頻器在電流斷續狀態下的控制方法

專利名稱：交交變頻器在電流斷續狀態下的控制方法
技術領域：
本發明屬于大功率交流傳動領域，是在交交變頻器錯位無環流算法的基礎上提出的一種 控制方法，具體的說，是一種交交變頻器輸出電流有效值較小時的補償控制方法，尤其是電 流斷續狀態下的控制方法。
技術背景隨著電力電子學、微電子技術以及現代控制理論的迅速發展，在大功率調速傳動領域交 流傳動已經取代了直流傳動的統治地位。對于大容量低速運轉的生產領域，例如軋鋼機、 礦井提升機及水泥球磨機等，交交變頻調速是一種比較理想的傳動方式。交交變頻器所采用 的功率器件是單項導通的大功率晶閘管，該種器件只能通過門級信號控制其導通時刻而無法 準確的控制其關斷時刻，晶閘管只能在電流過零時自動關斷。在大功率交流傳動領域，交交 變頻器一般釆取錯位無環流控制算法，通過控制正反組晶閘管開通時刻來實現變頻器輸出電 壓變頻變壓的功能。然而正是由于晶閘管關斷時刻不可控性，在變頻器輸出電流有效值較小時，尤其是電流 處于電流斷續狀態時，輸出電壓與觸發角a之間的函數關系非常復雜。現有常用的控制器無法 在控制周期內精確的根據給定電壓計算出觸發角a,無法使得輸出電壓完全按照給定電壓變 化。發明內容本發明的目的是解決交交變頻器輸出電流有效值較小時尤其是電流斷續狀態下由于晶閘 管特性帶來的電壓畸變問題，引入電流斷續折線補償方法，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的控制性能，尤其是提高交交變頻器在 啟動、停車與空載狀態下的控制性能。交交變頻器的控制所面臨的最突出的困難是電流斷續問題。輸出電壓u在電流連續的情 況下與觸發角a的余弦值cosa成線性變化關系，因此只要調節觸發角a的大小即可準確得到 所需的輸出電壓。然而在電流斷續時輸出電壓大小與觸發角的余弦不再存在簡單的線性關系， 輸出電壓與觸發角之間的函數關系非常復雜，無法簡單的通過計算得到，針對這一問題本發 明提出了電流斷續狀態折線補償控制方法，該方法通過分段線性化的方式擬合出輸出電壓與 觸發角之間的函數關系，盡可能的提高電流斷續狀態下的控制性能。具體實現步驟如下步驟一、判斷電流給定值i'是否位于電流斷續補償區。如果abs (i') 則進入步驟二；如果不成立，則觸發補償角Aa:O，直接進入步驟三。將[- ,， /自1定義為上面所述的電流斷續補償區。其中/,一般設為給定電流最大值的5%-10%，在工程中該值一般由工程調試得出。步驟二、判斷給定電流值在哪條折線上，當0< i、/鵬時，Aa = 30°-^i';i折線/折線< i'<OHf, A":30。+ii';^折線當^線〈i、Z斷續時，A^^"f~~T""斷續一i');i斷續_1折線22。當醫/斷續< 卩<-/折線時，Ao^"j~j~(1斷續"*);i斷續^折線其中/自一般設為給定電流最大值的0.5%-2%，在工程中該值一般由工程調試得出。 步驟三、由電壓給定值u'計算出補償前的觸發角"'，計算公式為"'=arccos(u"其中u'表示給定電壓標幺值；步驟四、計算出補償后的觸發角《步驟五、根據輸入電壓的相位與觸發角"之間關系輸出脈沖信號，并經功率放大后傳輸 到主回路晶閘管門級，以控制主回路中各個晶閘管的導通時間，達到輸出跟隨給定電壓變化 的實際輸出電壓的目的。本發明的優點在于(1) 本發明的控制方法減小了電流斷續狀態下出現的電壓畸變，有效的消除了電壓諧波。(2) 采用分段線性化方式，通過兩段或多段折線的選取使得擬合曲線盡可能的接近于實 際曲線，從而盡可能的保證輸出電壓跟隨給定電壓變化，達到提高控制性能的最終目的。(3) 本發明的控制方法簡單易行，適用于現行常用的控制器。 附 圖 說 明

圖1是本發明電流斷續狀態下觸發補償角與給定電流值之間的實際曲線與擬合曲線； 圖2a是應用本發明的控制方法前的輸出相電壓波形圖； 圖2b是應用本發明的控制方法后的輸出相電壓波形圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。如圖1所示，圖中曲線表示觸發補償角與給定電流值的實際補償曲線，折線表示觸發補 償角與給定電流值的擬合曲線，圖中折線關鍵點坐標(0， 30° )， (/腿，22° )， (/,， 0 ° )， /,與/,一般由工程調試得出。在給定電流的情況下，可以根據實際曲線查出觸發補償角A"的值。本發明的折線補償控制方法通過如下步驟實現 步驟一、判斷電流給定值Z'是否位于電流斷續補償區。如果abs (/') </,，則電流給定值z'位于電流斷續補償區，進入步驟二；如果不成立， 則觸發補償角A = 0 ，直接進入步驟三。當abs (/') </,，實際電流斷續嚴重，輸出電壓u與觸發角a的余弦值cosa成非線性變化關系，函數關系非常復雜。此時若按照^arcc。s(u')所計算出觸發角給出控制晶閘管的脈 沖信號，所得到的輸出電壓畸變非常嚴重，無法很好的跟隨給定電壓變化。將-/斷續，/斷續]定義為上面所述的電流斷續補償區，即當給定電流;'滿足-/斷續</'</斷續即認為系統處于補償區。在實際系統中很難通過對有效的檢測手段獲知電流是否斷續及電流斷續程度這些信息， 因此我們通過對給定電流大小的判斷來推斷實際電流是否處于斷續狀態及電流斷續程度。當 給定電流處于電流斷續補償區，即-/斷續<''</斷續時認為實際電流斷續，并且電流給定信號的絕 對值值越小，電流斷續越嚴重。因此，當給定電流處于電流斷續補償區時，必須對觸發角進 行補償，否則就會造成嚴重的電壓畸變。其中/,一般設為給定電流最大值的5%-10%，在工程中該值一般由工程調試得出。所述公式中"abs 是指"電流給定值z'的絕對值"。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0< i、/折線時，給定電流值處于折線l上，此時A""0'-^i';J折線當-/折線< i、0時，給定電流值處于折線2上，此時Aa^0。+^i';I折線當^< i'^鵬時，給定電流值處于折線3上，此時Aa-^—J斷續"折線當-/斷續< i'<-/折線時，給定電流值處于折線4上，此時厶^^^a斷續+i');J斷續_1折線其中/,一般設為給定電流最大值的0.5%-2%，在工程中該值一般由工程調試得出。步驟三、由電壓給定值u'計算出補償前的觸發角a'，計算公式為a' = arccos(u"其中u'表示給定電壓標幺值；步驟四、計算出補償后的觸發角"步驟五、根據輸入電壓的相位與觸發角《之間的關系輸出脈沖信號，并經功率放大后傳 輸到主回路晶閘管門級，以控制主回路中各個晶閘管的導通時間，達到輸出跟隨給定電壓變化的實際輸出電壓的目的。 實施例以利用DSP芯片(型號為TMS320F2812)實現本發明的控制方法為例，具體說明本 發明控制方法實現效果。實驗中，主回路由1200V、 800A晶閘管組成，控制系統基于DSP芯片，負載為3相 對稱電阻，每相電阻為50歐姆。變頻器三相進線相電壓有效值IOOV。在實驗中/,值設為 給定電流最大值的10%， /目值設為給定電流最大值的1%。圖2a為加入電流斷續補償控制方法前的輸出相電壓波形圖，圖2b為加入電流斷續補償 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補償算法后輸出電壓正弦度 明顯提高，諧波含量減少。經實測加入電流斷續補償控制方法后波形比加入前波形諧波含量 減少80%以上。
權利要求
1、交交變頻器在電流斷續狀態下的控制方法，其特征在于如下步驟步驟一、判斷電流給定值i*是否位于電流斷續補償區；如果abs(i*)＜I斷續，則電流給定值i*位于電流斷續補償區，進入步驟二；如果不成立，則觸發補償角Δα＝0，直接進入步驟三；步驟二、判斷給定電流值在哪條折線上，當0＜i*＜I折線時， id="icf0001" file="A2008102270720002C1.tif" wi="27" he="9" top= "64" left = "78" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>當-I折線＜i*＜0時， id="icf0002" file="A2008102270720002C2.tif" wi="27" he="9" top= "76" left = "79" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>當I折線＜i*＜I斷續時， id="icf0003" file="A2008102270720002C3.tif" wi="38" he="9" top= "87" left = "81" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>當-I斷續＜i*＜-I折線時， 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*計算出補償前的觸發角α*，計算公式為α*＝arccos(u*)其中u*表示給定電壓標幺值；步驟四、計算出補償后的觸發角αα＝Δα+α*步驟五、根據輸入電壓的相位與觸發角α之間關系輸出脈沖信號，并經功率放大后傳輸到主回路晶閘管門級，控制主回路中各個晶閘管的導通時間，使實際輸出電壓跟隨給定電壓變化。
2、 根據權利要求1所述的交交變頻器在電流斷續狀態下的控制方法，其特征在于所述的 電流斷續補償區范圍為-/,， /,]，其中/,設為給定電流最大值的5%-10%，在工程中該值由工程調試得出。
3、 根據權利要求1所述的交交變頻器在電流斷續狀態下的控制方法，其特征在于所述的/, 設為給定電流最大值的0.5%-2%，在工程中該值由工程調試得出。
全文摘要
本發明公開了一種交交變頻器在電流斷續狀態下的控制方法，該方法通過對電流給定值i^*是否位于電流斷續補償區進行判斷，進而判斷給定電流值位于哪條曲線上，然后根據α^*＝arccos(u^*)計算補償前的觸發角α^*，根據公式α＝Δα+α^*，計算出補償后的觸發角α，并根據輸入電壓的相位與觸發角α之間關系輸出脈沖信號，經功率放大后傳輸到主回路晶閘管門級，以控制主回路中各個晶閘管的導通時間，達到輸出跟隨給定電壓變化的實際輸出電壓的目的。本發明的控制方法簡單易行，適用于現行常用的控制器。
文檔編號H02M1/06GK101404459SQ20081022707
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月20日 優先權日2008年11月20日
發明者瑜 張, 朱春毅, 凡 李, 李向欣, 李崇堅, 巍 段, 路尚書, 鳴 雷 申請人:北京金自天正智能控制股份有限公司