專利名稱：一種兩相正交逆變器的電流復合控制方法
技術領域：
本發明涉及一種兩相正交逆變器的輸出電壓電流的數學模型、電流控制方法，特別是一種兩相正交逆變器的電流復合控制方法。
背景技術：
在工業和居民用電中，用電負荷大多為三相負載和單相負載。但在一些特殊的工業場合，存在兩相負荷。例如，在冶金連鑄行業中，冶金連鑄電磁攪拌器需要兩相低頻正交電源供給勵磁形成兩相旋轉磁場；單相異步電動機有兩個正交的定子繞組，也需要兩相電源進行變頻調速進行控制等，這種電源通常稱為兩相電源。兩相電源對定子繞組的磁場進行定向控制時，由于其兩相定子繞組自然正交，所以與三相電機應用矢量控制相比，它減少了一個從三相坐標系到兩相坐標系的變換，減少了計算量，從理論上說，還可以提高裝置的控制性能。兩相電源在工業應用中的需求使其受到重視和研究，并得到應用。由于目前配電網般是三相電源供電，而兩相負載需要獨立的兩相正交電源供電，所以需要采用AC-DC變換技術和兩相正交逆變技術結合的兩相正交變頻電源。該種變頻電源的主要功能是將現有電網三相交流電源變換為所需頻率的穩定兩相交流電源。目前國內兩相逆變電源產品還只有少數廠家具有生產能力，大多處于實驗室的研究和試制階段，相關產品長期依賴國外進口。在兩相逆變電源的拓撲結構方面，國外的兩相逆變電源前級采用一個不可控整流橋和后級采用兩個單相逆變橋及其輸出電感構成的兩相逆變電源。前級不可控整流橋用來整流提供直流電壓，儲存能量。后級兩相逆變器由兩個單相逆變橋構成，每個單相逆變橋均含有4個功率開關管和一個輸出電感，兩個單相逆變橋共用直流側電容。該兩相電源中兩單相逆變橋采取電流跟蹤控制使兩單相逆變器輸出期望電流。該逆變電源結構的缺點是逆變器中含有8個功率開關器件，硬件成本較高，網側輸入電流諧波含量大，功率因數低。近年來，有學者提出了一種三橋臂兩相正交逆變電源，其中有兩個開關臂為獨立的開關臂，利用第三個開關臂為公共的開關臂，通過分別對三個開關臂的輸出電壓或者電流閉環來實現兩相正交輸出功能。
圖1為傳統兩相正交逆變拓撲結構圖。在拓撲結構方面，傳統兩相正交逆變電源前級采用一個不可控整流橋和后級采用兩個單相逆變橋及其輸出電感構成的兩相正交逆變電源。前級不可控整流橋用來整流提供直流電壓，儲存能量。后級兩相正交逆變器由兩個單相逆變橋構成，每個單相逆變橋通過一個輸出電感與單相負載相連，兩個單相逆變橋共用直流側電容。該兩相正交逆變電源中兩單相逆變橋采用輸出電流跟蹤控制使兩單相逆變器輸出期望電流。該逆變電源結構的缺點是每個單相逆變橋均含有4個功率開關管，總共含有8個功率開關器件，硬件成本較高。鋼鐵企業冶煉用的兩相正交電磁攪拌電源，其輸出頻率是變化的，而且要進行頻繁的正反轉交替運行，對電源輸出電流動態跟蹤性能要求較高。然后目前兩相正交逆變電源的輸出電流控制一般采用單閉環控制，具有響應慢，跟蹤誤差大的缺點，不能有效滿足電磁攪拌的變頻需求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種兩相正交逆變器的電流復合控制方法，通過分析兩相正交逆變器的數學模型，得到穩態時輸出逆變器的輸出電壓電流表達式，由此可以進行輸出電流的前饋快速跟蹤控制，而利用輸出電流的閉環控制可以實現逆變器輸出電流的微調，形成輸出電流的反饋控制，從而構成兩相正交逆變器輸出電流的前饋+反饋控制，達到輸出電流的快速、無差跟蹤。為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種兩相正交逆變器的電流復合控制方法，包括三橋臂兩相正交逆變系統，所述三橋臂兩相正交逆變系統包括兩相正交逆變器和負載電磁攪拌器，所述兩相正交逆變器包括三個橋臂和三個輸出濾波電感，所述負載電磁攪拌器包括α相電感線圈和β相電感線圈，所述兩相正交逆變器的其中兩個橋臂的中點分別通過一個輸出濾波電感與α相電感線圈、β相電感線圈的一端連接，所述兩相正交逆變器的第三個橋臂的中點通過輸出濾波電感與兩個電感線圈的公共點連接，該方法為:I)根據外部給定的指令輸出電流幅值4和頻率f%通過指令電流生成環節，求得兩相正交逆變器的期望輸出電流C、i 、(..
I* = fm sinWt，/* = /* coswt，1: = -(ζ +/*) = _4 : sin(wV + 足/4)，其中角頻率 w*=2 π f* ；2)將兩相正交逆變器的期望輸出電流C、i;、C分別減去檢測到的兩相正交逆變器輸出電流ia、ie、i。，得到輸出電流的跟蹤誤差信號ea、ee、e。；3)將輸出電流的跟蹤誤差信號ea、ee、e。送到電流PI控制器，經處理得到兩相正交逆變器的三個橋臂的動態調制波信號Λ uta、Λ Ute、Λ utc ；4)利用前饋指令生成環節生成兩相正交逆變器的三個橋臂的穩態調制波信號
Ut a、Ut β、Utc ；5)將動態調制波信號Λ Uta、Λ Ute、Λ Utc和穩態調制波信號Uta、Ute、Utc分別疊力口，得到兩相正交逆變器的三個橋臂的電壓調制波信號ma、me、m。；6)將兩相正交逆變器的三個橋臂的電壓調制波信號ma、me、m。送到PWM調制環節，輸出兩相正交逆變器的三個橋臂的開關驅動信號Sa、se、s。，驅動兩相正交逆變器的三個橋臂的功率開關管，并輸出期望的電壓電流。所述步驟4)中，穩態調制波信號uta、ute、ut。的計算式為:
權利要求
1.一種兩相正交逆變器的電流復合控制方法，包括三橋臂兩相正交逆變系統，所述三橋臂兩相正交逆變系統包括兩相正交逆變器和負載電磁攪拌器，所述兩相正交逆變器包括三個橋臂和三個輸出濾波電感，所述負載電磁攪拌器包括α相電感線圈和β相電感線圈，所述兩相正交逆變器的其中兩個橋臂的中點分別通過一個輸出濾波電感與α相電感線圈、β相電感線圈的一端連接，所述兩相正交逆變器的第三個橋臂的中點通過輸出濾波電感與兩個電感線圈的公共點連接，其特征在于，該方法為: 1)根據外部給定的指令輸出電流幅值/:τ和頻率f%通過指令電流生成環節，求得兩相正交逆變器的期望輸出電流
2.根據權利要求1所述的兩相正交逆變器的電流復合控制方法，其特征在于，所述步驟4)中，穩態調制波信號uta、Ute、ut。的計算式為:
全文摘要
本發明公開了一種兩相正交逆變器的電流復合控制方法，通過分析兩相正交逆變器的輸出電壓電流的數學模型，得到穩態時兩相正交逆變器的輸出電壓電流表達式，由此可以進行輸出電流的前饋快速跟蹤控制，而利用輸出電流的閉環控制可以實現逆變器輸出電流的微調，形成了輸出電流的反饋閉環控制，從而構成兩相正交逆變器輸出電流的前饋+反饋控制，達到輸出電流的快速、無差跟蹤。
文檔編號H02M7/5387GK103166497SQ201310121649
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者馬伏軍, 畢然 申請人:馬伏軍