交交变频器在电流断续状态下的控制方法

专利名称：交交变频器在电流断续状态下的控制方法
技术领域：
本发明属于大功率交流传动领域，是在交交变频器错位无环流算法的基础上提出的一种 控制方法，具体的说，是一种交交变频器输出电流有效值较小时的补偿控制方法，尤其是电 流断续状态下的控制方法。
技术背景随着电力电子学、微电子技术以及现代控制理论的迅速发展，在大功率调速传动领域交 流传动已经取代了直流传动的统治地位。对于大容量低速运转的生产领域，例如轧钢机、 矿井提升机及水泥球磨机等，交交变频调速是一种比较理想的传动方式。交交变频器所采用 的功率器件是单项导通的大功率晶闸管，该种器件只能通过门级信号控制其导通时刻而无法 准确的控制其关断时刻，晶闸管只能在电流过零时自动关断。在大功率交流传动领域，交交 变频器一般釆取错位无环流控制算法，通过控制正反组晶闸管开通时刻来实现变频器输出电 压变频变压的功能。然而正是由于晶闸管关断时刻不可控性，在变频器输出电流有效值较小时，尤其是电流 处于电流断续状态时，输出电压与触发角a之间的函数关系非常复杂。现有常用的控制器无法 在控制周期内精确的根据给定电压计算出触发角a,无法使得输出电压完全按照给定电压变 化。发明内容本发明的目的是解决交交变频器输出电流有效值较小时尤其是电流断续状态下由于晶闸 管特性带来的电压畸变问题，引入电流断续折线补偿方法，减小电压畸变，尽可能保证输出 电压跟随给定电压变化，从而提高交交变频器电流环的控制性能，尤其是提高交交变频器在 启动、停车与空载状态下的控制性能。交交变频器的控制所面临的最突出的困难是电流断续问题。输出电压u在电流连续的情 况下与触发角a的余弦值cosa成线性变化关系，因此只要调节触发角a的大小即可准确得到 所需的输出电压。然而在电流断续时输出电压大小与触发角的余弦不再存在简单的线性关系， 输出电压与触发角之间的函数关系非常复杂，无法简单的通过计算得到，针对这一问题本发 明提出了电流断续状态折线补偿控制方法，该方法通过分段线性化的方式拟合出输出电压与 触发角之间的函数关系，尽可能的提高电流断续状态下的控制性能。具体实现步骤如下步骤一、判断电流给定值i'是否位于电流断续补偿区。如果abs (i') 则进入步骤二；如果不成立，则触发补偿角Aa:O，直接进入步骤三。将[- ,， /自1定义为上面所述的电流断续补偿区。其中/,一般设为给定电流最大值的5%-10%，在工程中该值一般由工程调试得出。步骤二、判断给定电流值在哪条折线上，当0< i、/鹏时，Aa = 30°-^i';i折线/折线< i'<OHf, A":30。+ii';^折线当^线〈i、Z断续时，A^^"f~~T""断续一i');i断续_1折线22。当醫/断续< 卩<-/折线时，Ao^"j~j~(1断续"*);i断续^折线其中/自一般设为给定电流最大值的0.5%-2%，在工程中该值一般由工程调试得出。 步骤三、由电压给定值u'计算出补偿前的触发角"'，计算公式为"'=arccos(u"其中u'表示给定电压标幺值；步骤四、计算出补偿后的触发角《步骤五、根据输入电压的相位与触发角"之间关系输出脉冲信号，并经功率放大后传输 到主回路晶闸管门级，以控制主回路中各个晶闸管的导通时间，达到输出跟随给定电压变化 的实际输出电压的目的。本发明的优点在于(1) 本发明的控制方法减小了电流断续状态下出现的电压畸变，有效的消除了电压谐波。(2) 采用分段线性化方式，通过两段或多段折线的选取使得拟合曲线尽可能的接近于实 际曲线，从而尽可能的保证输出电压跟随给定电压变化，达到提高控制性能的最终目的。(3) 本发明的控制方法简单易行，适用于现行常用的控制器。 附 图 说 明

图1是本发明电流断续状态下触发补偿角与给定电流值之间的实际曲线与拟合曲线； 图2a是应用本发明的控制方法前的输出相电压波形图； 图2b是应用本发明的控制方法后的输出相电压波形图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，图中曲线表示触发补偿角与给定电流值的实际补偿曲线，折线表示触发补 偿角与给定电流值的拟合曲线，图中折线关键点坐标(0， 30° )， (/腿，22° )， (/,， 0 ° )， /,与/,一般由工程调试得出。在给定电流的情况下，可以根据实际曲线查出触发补偿角A"的值。本发明的折线补偿控制方法通过如下步骤实现 步骤一、判断电流给定值Z'是否位于电流断续补偿区。如果abs (/') </,，则电流给定值z'位于电流断续补偿区，进入步骤二；如果不成立， 则触发补偿角A = 0 ，直接进入步骤三。当abs (/') </,，实际电流断续严重，输出电压u与触发角a的余弦值cosa成非线性变化关系，函数关系非常复杂。此时若按照^arcc。s(u')所计算出触发角给出控制晶闸管的脉 冲信号，所得到的输出电压畸变非常严重，无法很好的跟随给定电压变化。将-/断续，/断续]定义为上面所述的电流断续补偿区，即当给定电流;'满足-/断续</'</断续即认为系统处于补偿区。在实际系统中很难通过对有效的检测手段获知电流是否断续及电流断续程度这些信息， 因此我们通过对给定电流大小的判断来推断实际电流是否处于断续状态及电流断续程度。当 给定电流处于电流断续补偿区，即-/断续<''</断续时认为实际电流断续，并且电流给定信号的绝 对值值越小，电流断续越严重。因此，当给定电流处于电流断续补偿区时，必须对触发角进 行补偿，否则就会造成严重的电压畸变。其中/,一般设为给定电流最大值的5%-10%，在工程中该值一般由工程调试得出。所述公式中"abs 是指"电流给定值z'的绝对值"。步骤二、判断给定电流值在如图1中折线的上哪一段中，如图1所示将折线分成四段。当0< i、/折线时，给定电流值处于折线l上，此时A""0'-^i';J折线当-/折线< i、0时，给定电流值处于折线2上，此时Aa^0。+^i';I折线当^< i'^鹏时，给定电流值处于折线3上，此时Aa-^—J断续"折线当-/断续< i'<-/折线时，给定电流值处于折线4上，此时厶^^^a断续+i');J断续_1折线其中/,一般设为给定电流最大值的0.5%-2%，在工程中该值一般由工程调试得出。步骤三、由电压给定值u'计算出补偿前的触发角a'，计算公式为a' = arccos(u"其中u'表示给定电压标幺值；步骤四、计算出补偿后的触发角"步骤五、根据输入电压的相位与触发角《之间的关系输出脉冲信号，并经功率放大后传 输到主回路晶闸管门级，以控制主回路中各个晶闸管的导通时间，达到输出跟随给定电压变化的实际输出电压的目的。 实施例以利用DSP芯片(型号为TMS320F2812)实现本发明的控制方法为例，具体说明本 发明控制方法实现效果。实验中，主回路由1200V、 800A晶闸管组成，控制系统基于DSP芯片，负载为3相 对称电阻，每相电阻为50欧姆。变频器三相进线相电压有效值IOOV。在实验中/,值设为 给定电流最大值的10%， /目值设为给定电流最大值的1%。图2a为加入电流断续补偿控制方法前的输出相电压波形图，图2b为加入电流断续补偿 控制方法后的输出相电压波形图。从图中明显看出加入电流断续补偿算法后输出电压正弦度 明显提高，谐波含量减少。经实测加入电流断续补偿控制方法后波形比加入前波形谐波含量 减少80%以上。
权利要求
1、交交变频器在电流断续状态下的控制方法，其特征在于如下步骤步骤一、判断电流给定值i*是否位于电流断续补偿区；如果abs(i*)＜I断续，则电流给定值i*位于电流断续补偿区，进入步骤二；如果不成立，则触发补偿角Δα＝0，直接进入步骤三；步骤二、判断给定电流值在哪条折线上，当0＜i*＜I折线时， id="icf0001" file="A2008102270720002C1.tif" wi="27" he="9" top= "64" left = "78" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>当-I折线＜i*＜0时， id="icf0002" file="A2008102270720002C2.tif" wi="27" he="9" top= "76" left = "79" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>当I折线＜i*＜I断续时， id="icf0003" file="A2008102270720002C3.tif" wi="38" he="9" top= "87" left = "81" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>当-I断续＜i*＜-I折线时， id="icf0004" file="A2008102270720002C4.tif" wi="38" he="9" top= "98" left = "84" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>步骤三、由电压给定值u*计算出补偿前的触发角α*，计算公式为α*＝arccos(u*)其中u*表示给定电压标幺值；步骤四、计算出补偿后的触发角αα＝Δα+α*步骤五、根据输入电压的相位与触发角α之间关系输出脉冲信号，并经功率放大后传输到主回路晶闸管门级，控制主回路中各个晶闸管的导通时间，使实际输出电压跟随给定电压变化。
2、 根据权利要求1所述的交交变频器在电流断续状态下的控制方法，其特征在于所述的 电流断续补偿区范围为-/,， /,]，其中/,设为给定电流最大值的5%-10%，在工程中该值由工程调试得出。
3、 根据权利要求1所述的交交变频器在电流断续状态下的控制方法，其特征在于所述的/, 设为给定电流最大值的0.5%-2%，在工程中该值由工程调试得出。
全文摘要
本发明公开了一种交交变频器在电流断续状态下的控制方法，该方法通过对电流给定值i^*是否位于电流断续补偿区进行判断，进而判断给定电流值位于哪条曲线上，然后根据α^*＝arccos(u^*)计算补偿前的触发角α^*，根据公式α＝Δα+α^*，计算出补偿后的触发角α，并根据输入电压的相位与触发角α之间关系输出脉冲信号，经功率放大后传输到主回路晶闸管门级，以控制主回路中各个晶闸管的导通时间，达到输出跟随给定电压变化的实际输出电压的目的。本发明的控制方法简单易行，适用于现行常用的控制器。
文档编号H02M1/06GK101404459SQ20081022707
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者瑜 张, 朱春毅, 凡 李, 李向欣, 李崇坚, 巍 段, 路尚书, 鸣 雷 申请人:北京金自天正智能控制股份有限公司