專利名稱：四象限變頻器用控制方法
技術領域：
本發明涉及四象限變頻器，具體是一種四象限變頻器用控制方法，主要針對四象限變頻器在煤礦梭車上的應用。
背景技術：
通用四象限變頻器的四象限運行皆基于全控器件-絕緣柵雙極型晶體管IGBT和 PWM脈寬調制技術實現。其電路結構比較復雜(如圖1所示)，需要加裝輸入正弦波濾波器 6、升壓電抗器7，使得變頻器本體體積較大，無法安裝在梭車上；其次，基于PWM脈寬調制技術實現的控制算法比較復雜，不易實現，并存在故障率較高等缺點；且由于絕緣柵雙極型晶體管IGBT的頻繁開通和關斷，必然增加器件本身的熱損耗，也就對變頻器的散熱能力提出了更高的要求，不利于實現四象限變頻器在梭車上的應用。
發明內容
本發明為了解決通用四象限變頻器所用控制算法比較復雜且不易實現等問題，提供了一種四象限變頻器用控制方法。本發明是采用如下技術方案實現的四象限變頻器用控制方法，所述四象限變頻器包括主電路、控制電路；
主電路由并聯設置的整流單元、直流支撐電容、逆變單元構成； 整流單元由三路并聯設置的整流支路構成，每一整流支路由兩絕緣柵雙極型晶體管 IGBT串聯構成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯有二極管；每一整流支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT間的連接節點連接有連接導線，三路整流支路經連接導線分別與電網的三相電源線連接；
逆變單元由三路并聯設置的逆變支路構成，每一逆變支路由兩絕緣柵雙極型晶體管 IGBT串聯構成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯有二極管；每一逆變支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT間的連接節點連接有連接導線，三路逆變支路經連接導線分別與電機的三相電接線端連接；
控制電路包含檢測電網三相電源線各相電壓的電壓采樣單元、檢測直流支撐電容電壓的電壓采樣單元、控制整流單元中絕緣柵雙極型晶體管IGBT開通和關斷的整流側控制器、 以及控制逆變單元中絕緣柵雙極型晶體管IGBT開通和關斷的逆變側控制器； 所述控制方法包括電機電動工況控制步驟和電機發電工況控制步驟； 電機電動工況控制步驟包含整流步驟和逆變步驟；此時，四象限變頻器工作在第一、第三象限。整流步驟，三相交流電由電網流向整流單元，整流側控制器控制整流單元中所有絕緣柵雙極型晶體管IGBT關斷，三相交流電經由整流單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯的二極管將交流電轉化成直流電；
逆變步驟，逆變側控制器產生6路PWM脈沖控制逆變單元中6個絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通和關斷，將整流單元所獲直流電轉化成三相交流電輸出，以驅動電機工作，其中，PWM脈沖的頻率、脈寬由所要獲得三相交流電的頻率和幅值決定；
電機發電工況控制步驟包含回饋整流步驟、電壓采樣步驟、判定步驟、回饋逆變步驟； 此時，四象限變頻器工作在二、四象限。回饋整流步驟，當電機的實際轉速高于變頻器的給定轉速時，電機產生的三相交流電流向逆變單元，三相交流電經由逆變單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯的二極管將交流電轉化成直流電，回饋至直流支撐電容；
電壓采樣步驟，整流側控制器驅動電壓采樣單元檢測電網三相電源線各相電壓及直流支撐電容電壓；
判定步驟，依據電壓采樣步驟的檢測結果，判定實時狀態下，直流支撐電容電壓是否達到設定值，以及電網三相電源線中電壓最高的相線和電壓最低的相線；
回饋逆變步驟，如直流支撐電容電壓達到設定值，整流側控制器產生兩路信號開通整流單元中的兩個絕緣柵雙極型晶體管IGBT 其一為在與電網三相電源線中電壓最高相線連接的整流支路中與直流支撐電容正極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，其二為在與電網三相電源線中電壓最低相線連接的整流支路中與直流支撐電容負極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；直流支撐電容的電能經電網三相電源線中電壓最高相線和電壓最低相線回饋電網。與現有技術相比，本發明所述控制方法皆采用與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯的二極管實施整流，且在電機發電工況實施回饋逆變控制時，整流側控制器僅產生兩路信號開通整流單元中的兩個絕緣柵雙極型晶體管IGBT，使回饋至直流支撐電容的電能經電網三相電源線中電壓最高相線和電壓最低相線回饋電網，完全區別于復雜的PWM脈寬調制技術，極大地簡化了四象限變頻器的控制算法，故障率較低；且有效減少了絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開通和關斷頻率，減小了器件本身的熱損耗，降低了對變頻器的散熱要求，利于實現四象限變頻器在梭車上的應用；另外，在主電路結構上去掉了輸入正弦波濾波器和升壓電抗器，有效地減少了變頻器本體的體積，使其能安裝在梭車上。本發明所述控制方法合理、簡單、易實現，可靠性高，故障率低，易于在煤礦梭車上推廣應用。
圖1為現有四象限變頻器主電路的電路原理圖； 圖2為本發明所述四象限變頻器主電路的電路原理圖； 圖3為本發明所述四象限變頻器控制電路的原理方框圖中1-整流單元；2-直流支撐電容；3-逆變單元；4-絕緣柵雙極型晶體管IGBT ； 5- 二極管；6-正弦波濾波器；7-升壓電抗器。
具體實施例方式四象限變頻器用控制方法，所述四象限變頻器包括主電路、控制電路；
主電路由并聯設置的整流單元1、直流支撐電容2、逆變單元3構成(如圖2所示)； 整流單元1由三路并聯設置的整流支路構成，每一整流支路由兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT4串聯構成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT4反并聯有二極管5 ；每一整流支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT4間的連接節點連接有連接導線，三路整流支路經連接導線分別與電網的三相電源線連接；
逆變單元3由三路并聯設置的逆變支路構成，每一逆變支路由兩絕緣柵雙極型晶體管 IGBT4串聯構成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT4反并聯有二極管5 ；每一逆變支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT4間的連接節點連接有連接導線，三路逆變支路經連接導線分別與電機的三相電接線端連接；
控制電路包含檢測電網三相電源線各相電壓的電壓采樣單元、檢測直流支撐電容電壓的電壓采樣單元、控制整流單元中絕緣柵雙極型晶體管IGBT開通和關斷的整流側控制器、 以及控制逆變單元中絕緣柵雙極型晶體管IGBT開通和關斷的逆變側控制器(如圖3所示); 所述控制方法包括電機電動工況控制步驟和電機發電工況控制步驟； 電機電動工況控制步驟包含整流步驟和逆變步驟；
整流步驟，三相交流電由電網流向整流單元，整流側控制器控制整流單元中所有絕緣柵雙極型晶體管IGBT關斷，三相交流電經由整流單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管 IGBT反并聯的二極管將交流電轉化成直流電；
逆變步驟，逆變側控制器產生6路PWM脈沖控制逆變單元中6個絕緣柵雙極型晶體管 IGBT的開通和關斷，將整流單元所獲直流電轉化成三相交流電輸出，以驅動電機工作，其中，PWM脈沖的頻率、脈寬由所要獲得三相交流電的頻率和幅值決定；
電機發電工況控制步驟包含回饋整流步驟、電壓采樣步驟、判定步驟、回饋逆變步驟； 回饋整流步驟，當電機的實際轉速高于變頻器的給定轉速時，電機產生的三相交流電流向逆變單元，三相交流電經由逆變單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯的二極管將交流電轉化成直流電，回饋至直流支撐電容；
電壓采樣步驟，整流側控制器驅動電壓采樣單元檢測電網三相電源線各相電壓及直流支撐電容電壓；
判定步驟，依據電壓采樣步驟的檢測結果，判定實時狀態下，直流支撐電容電壓是否達到設定值，以及電網三相電源線中電壓最高的相線和電壓最低的相線；
回饋逆變步驟，如直流支撐電容電壓達到設定值，整流側控制器產生兩路信號開通整流單元中的兩個絕緣柵雙極型晶體管IGBT 其一為在與電網三相電源線中電壓最高相線連接的整流支路中與直流支撐電容正極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，其二為在與電網三相電源線中電壓最低相線連接的整流支路中與直流支撐電容負極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；直流支撐電容的電能經電網三相電源線中電壓最高相線和電壓最低相線回饋電網。
權利要求
1. 一種四象限變頻器用控制方法，所述四象限變頻器包括主電路、控制電路； 主電路由并聯設置的整流單元(1)、直流支撐電容(2)、逆變單元(3)構成； 整流單元(1)由三路并聯設置的整流支路構成，每一整流支路由兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)串聯構成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)反并聯有二極管(5)；每一整流支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)間的連接節點連接有連接導線，三路整流支路經連接導線分別與電網的三相電源線連接；逆變單元(3)由三路并聯設置的逆變支路構成，每一逆變支路由兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)串聯構成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)反并聯有二極管(5)；每一逆變支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)間的連接節點連接有連接導線，三路逆變支路經連接導線分別與電機的三相電接線端連接；所述控制方法包括電機電動工況控制步驟和電機發電工況控制步驟； 電機電動工況控制步驟包含整流步驟和逆變步驟；整流步驟，三相交流電由電網流向整流單元，整流側控制器控制整流單元中所有絕緣柵雙極型晶體管IGBT關斷，三相交流電經由整流單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管 IGBT反并聯的二極管將交流電轉化成直流電；逆變步驟，逆變側控制器產生6路PWM脈沖控制逆變單元中6個絕緣柵雙極型晶體管 IGBT的開通和關斷，將整流單元所獲直流電轉化成三相交流電輸出，以驅動電機工作，其中，PWM脈沖的頻率、脈寬由所要獲得三相交流電的頻率和幅值決定；電機發電工況控制步驟包含回饋整流步驟、電壓采樣步驟、判定步驟、回饋逆變步驟； 回饋整流步驟，當電機的實際轉速高于變頻器的給定轉速時，電機產生的三相交流電流向逆變單元，三相交流電經由逆變單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯的二極管將交流電轉化成直流電，回饋至直流支撐電容；電壓采樣步驟，整流側控制器驅動電壓采樣單元檢測電網三相電源線各相電壓及直流支撐電容電壓；判定步驟，依據電壓采樣步驟的檢測結果，判定實時狀態下，直流支撐電容電壓是否達到設定值，以及電網三相電源線中電壓最高的相線和電壓最低的相線；回饋逆變步驟，如直流支撐電容電壓達到設定值，整流側控制器產生兩路信號開通整流單元中的兩個絕緣柵雙極型晶體管IGBT 其一為在與電網三相電源線中電壓最高相線連接的整流支路中與直流支撐電容正極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，其二為在與電網三相電源線中電壓最低相線連接的整流支路中與直流支撐電容負極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；直流支撐電容的電能經電網三相電源線中電壓最高相線和電壓最低相線回饋電網。
全文摘要
本發明涉及四象限變頻器，具體是一種四象限變頻器用控制方法。解決了通用四象限變頻器所用控制算法比較復雜且不易實現等問題，所述控制方法包括電機電動工況控制步驟和電機發電工況控制步驟；電機電動工況控制步驟包含整流步驟和逆變步驟；電機發電工況控制步驟包含回饋整流步驟、電壓采樣步驟、判定步驟、回饋逆變步驟。本發明所述控制方法合理、簡單、易實現，可靠性高，故障率低，易于在煤礦梭車上推廣應用。
文檔編號H02M5/458GK102412735SQ20111040006
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月6日 優先權日2011年12月6日
發明者候林, 呼守信, 唐會成, 張小剛, 張勝達, 曹建文, 李 東, 王德光, 石博, 許連丙, 賈運紅, 金江 申請人:中國煤炭科工集團太原研究院, 山西天地煤機裝備有限公司