专利名称：一种感性负载换流的方法
技术领域：
本发明涉及电学领域，尤其涉及一种需要对感性负载需要进行电流方向切换的方法。
背景技术：
电流从一个支路向另 一个支路进行转移的过程，称为换流。 在对感性负载进行换流时，由于感性负载电流不能突变，必须停滞一段时间(续流 时间)，等待该负载的储能完全释放才能进行反方向的电流输出。 采用可控开关管等元件作为控制装置进行换流，是常见的方式。为了负载运行的 要求和保护开关管等元件，通常的方法是通过查表、手册或者根据经验，给控制装置设定 固定的续流时间。然而，不同的负载，所需要的续流时间不尽相同，甚至差别很大；所以设计 续流时间时，往往将最长的续流时间设为统一的续流时间，这就造成多数情况下，给定的续 流时间大于实际的续流时间，导致了效率的降低。 采用图1进一步说明，在tl时刻之前，负载电流在反向电压作用下持续增大；在 tl时刻，撤去反向电压，电流开始续流，并逐渐减小到零，到零时刻为t2 ;t3时刻，加正向电 压，电流开始正向增加。可见，负载续流的时间为Td042 — tl，由于不知道电感的电感量和 储能情况，设置的固定续流时间需要一定的裕量，如图l所示，设定的固定续流时间是Td， Td=t3 — tl， Td〉TdO，所以设置的续流时间Td比实际的续流时间长，所以这种控制效率很 低。 在生产实践中，当某类控制装置的负载对象可能具有差异较大的电感量时，在不 能预知负载电感量、最大储存能量的情况下，固定长短的续流时间设计方案甚至可能使控 制装置的设计、生产无法进行。
发明内容
本发明的目在于，提供一种能够自适应感性负载的电感量与储能，调整续流时间 的高效换流方法。 为实现上述目的，本发明的技术方案在于 a设置两反向支路交替给感性负载供电； b对负载电流进行实时的监测；
c每当一支路由通态转为断态，负载续流，待监测到续流电流为零后，再给出控制指令， 使另一支路转为通态。 所述支路的通态与断态，是由支路上的可控开关管的导通与关断实现的；可控的 开关管，其导通与关断，受门极信号的控制。并且可控开关管上反向并联有续流二极管。
由于采用了电流检测，通过测量负载电流回路中的续流电流，可以间接感知负载 电感的大小和负载储能释放情况；在续流电流为零时，及时改变开关状态，进行换流，使得 控制连续，紧凑，提高了效率。
图1是现有技术采用固定续流时间的感性负载的电流电压变化示意图； 图2是本发明实施例一的电流电压示意图； 图3是本发明实施例二的电流电压示意图； 图4是H桥逆变电路带感性负载的电路图； 图5是现有技术、实施例一、实施例二的比较示意图； 图6是用于检测电流的比较式电流检测电路的原理图。
具体实施例方式
本发明以磨床电磁吸盘控制器为例进一步说明。磨床电磁吸盘控制器，控制对象 是各类电磁吸盘。电磁吸盘是一个电磁转换装置，工作过程中，控制器控制电磁吸盘进行充 磁和退磁操作。电路中，电磁吸盘是一个电感性负载，各种型号的电磁吸盘电感量有极大的差异。 磨床电磁吸盘的退磁操作，采用直流换向衰减法，通过不断改变电流的方向，使通 过负载线圈的电流逐渐衰减到零，从而进行退磁。为了可靠退磁，除了保证每次换向电流衰 减到零，还要使换向次数必须足够多，而且每次衰减幅度要尽可能小。因此，在退磁操作中， 控制器输出一组占空比逐步变小、正反极性交替的方波序列，直至方波的占空比接近零。图 1是采用现有技术的电感线圈的电流电压波形图。图中，占空比不断减小，直至电流衰减至 接近零，所以每次的续流时间也越来越短，但是每次的续流时间都是Td，造成了效率的极 大降低。 实施例一
图4是退磁设备的主电路，采用了 H桥逆变电路，两个反向支路分别由两个开关管Ql， Q4与两个开关管Q2， Q3组成，两个支路互补导通；电感L是负载线圈；采样电阻R与负载线 圈L串联，采样该电阻R上电压，除以电阻R阻值便能得到采样续流电流值。通过控制四个 开关管的导通和关断，输出占空比不断减小的交流方波，四个开关管Q1、 Q2、 Q3、 Q4上分别 反并联四个二极管D1、 D2、 D3、 D4，作为续流二极管，提供电流的续流通路。在一条支路开 关管关断后，负载电流不能突变，通过另一条支路的续流二极管进行续流，直到电流减小为 零。 该实施例采用过零比较的方式，监测电流的过零点，一旦电流为零，结合开关管的 状态信息，控制开关管进行换流操作。该实施例的电流电压波形如图2所示，初始时开关 管Ql， Q4导通；根据初始设定的占空比，tl时刻，控制一支路两个开关管Ql， Q4关断，由于 失去供电，续流电流不断减小，t2时刻，续流结束，电流下降到零，立即导通开关管Q2， Q3， 则负载电压和电流均反向，电流开始增加。可以看出，现在的续流时间等于实际的续流时间 Td0。由于占空比不断减小，续流时间TdO也不断减小。本实施例中，精确地检测续流电流 的过零点，可以采用具有较强A/D功能的单片机或芯片，在续流结束瞬间立即给出开关管 触发信号，实现换流，效率达到最高。
实施例二
实施例二与实施例一的差别仅在于实施例二选取一个很小的正负电压值作为零电位 的近似值，并在检测到电流达到这个值时给出一个很短的延时。由于测量的精度问题，电流
4过零点可能并不容易确定。所以测量时设置一个参考点电位，令参考点电位非常接近零电位，用参考点电位来模拟零电位。为了达到这种目的，实施例二采用了一种用于检测电流的比较式电流检测电路，其电路原理图如图6所示。运放U1A与其外围电路组成反向放大器，运放U1B和运放U1C与其外围电路组成比较器；四个R7、R4、R6、R8依次串联连接在正电源和负电源之间，为比较器提供电压基准和参考电位；电阻R7和电阻R8的阻值相等，电阻R4和电阻R6的阻值相等，电阻R4和电阻R6之间接地。运放U1B的反向输入端R接在电阻R7和电阻R4之间，运放U1C的正向输入端R'接在电阻R6和电阻R8之间，运放U1B的正向输入端与运放U1C的反向输入端连接在一起连接运放U1A的输出端T。运放U1B组成同相输入单门限电压比较器，运放U1B组成反相输入单门限电压比较器。它们的参考电位点分别是R点与R'点，R点电压与R'点电压大小相等，方向相反，分别是正负电压参考值。当采样的电流信号从IN端子引入，经过放大，输出到T端，分别为上述两个电压比较器提供正相和反相输入。 当采样电流(IN点电压)为正时(两个开关管Q1与Q4导通)，经反向放大，T点电压为负，运放U1B输出使B点电压为反向电压门限，令二极管D5截止，同时运放U1C输出使C点电压为正向电压门限，令二极管D6导通，OUT输出高电平；如图3所示，tl时刻，两个开关管Ql与Q4关断，续流电流减小，当续流电流减小到使T电压小于R'点电压Ur'时，二级管D6也截止，OUT输出低电平；此时检测到OUT的下降沿信号，对应于图3中的t0时刻，然后延迟一个A t，这段时间内，电流减小到零，电流为零时刻为t2时刻，延时结束，到t3'时刻，触发导通另一支路两个开关管Q2， Q3，电流开始反向增大。 当采样电流(IN点电压)为负时(两个开关管Q2与Q3导通)，经反向放大，T点电压为正，运放U1B输出使B点电压为正向电压门限，令二极管D5导通，同时运放U1C输出使C点电压为反向电压门限，令二极管D6截止，OUT输出高电平；如图3所示，t5时刻，两个开关管Q2与Q3关断，续流电流减小，当续流电流减小到使T电压小于R点电压Ur时，二级管D5也截止，0UT输出低电平；再次检测到0UT的下降沿信号，则触发开通开关管Q1，Q4，对应于图3中的t6时刻，然后延迟一个A t，这段时间内，电流减小到零，电流为零时刻为t7时刻，延时结束，到达t8时刻，触发导通另一支路两个开关管Q1，Q4，电流开始反向增大。如此交替，每次减小占空比，直到占空比为零，完成退磁。需要说明的是At相比TdO与Td'是很小的，比较器的参考电位R点电压是设置的越小，就可以使检测的精度越高，OUT低电平时间越短，给出的A t延时也可以越短。 图5对现有技术A，实施例一 B，实施例二 C的波形和他们的续流时间进行了直观的比较，标号等均与上述图中相同，不再赘述。从中可以看出，实施例一的电流波形达到无缝连接，控制时间等于实际续流时间，效率非常高；实施例二中，虽然有一个A t的延时，但是A t在整个控制时间中占的比例是非常小的，并不会影响控制的自适应性和高效性。
权利要求
一种感性负载换流的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤设置两反向支路交替给感性负载供电；对负载电流进行实时的监测；每当一支路由通态转为断态，负载续流，待监测到续流电流为零后，再给出控制指令，使另一支路转为通态。
2. 根据权利要求1所述的感性负载换流的方法，其特征在于，所述的控制指令是在监 测到电流为零后，延时10 30ms之后给出的。
3. 根据权利要求1或2所述的感性负载换流的方法，其特征在于，所述支路的通态与断 态，是由支路上的可控开关管的导通与关断实现的，其导通与关断，受门极信号的控制。
4. 根据权利要求1或2所述的感性负载换流的方法，其特征在于，可控开关管与续流二 极管反向并联。
全文摘要
本发明涉及一种感性负载换流的方法，该方法包括如下步骤设置两反向支路交替给感性负载供电；对负载电流进行实时的监测；每当一支路由通态转为断态，负载续流，待监测到续流电流为零后，再给出控制指令，使另一支路转为通态。通过测量负载电流回路中的续流电流，间接感知负载电感的大小和负载储能释放情况，从而可以根据需要选择切换电流方向的时刻，能够自动适应不同电感量的负载，提高效率。
文档编号H02M7/5387GK101795087SQ20101013862
公开日2010年8月4日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者刘勇, 张春阳, 肖春宝, 赵海霞, 陈乃明, 高卫红 申请人:河南科技大学