专利名称：一种脉冲换相阶段电流控制方法及表达式的计算方法
技术领域：
本发明属于电机学 及电力电子技术领域，特别涉及一种同步电机静止变频启动时，脉冲换相阶段的电流控制方法。
背景技术：
静止变频系统，如图1所示，三相全控整流桥和直流电抗器组成直流电流源，通过控制逆变桥将直流电流变成频率逐渐升高的交流电流输入到电机定子，使电机由静止升速到需要转速。在电机转动频率较低时(如小于5Hz)，机端感应的电压值较低，不足以使逆变桥的可控硅在反向电压作用下自然关断:在换相时刻，人为控制整流桥逆变，使回路中电流小于可控硅擎住电流，可控硅关断，再控制整流桥恢复整流、触发逆变桥下一组桥臂，则实现脉冲换相，每个周期换相6次。静止变频控制系统具有这样的自然特性:电机转速上升，电机定子阻抗增加，回路电流急剧减小，动力转矩减小，电机转速减小，直至静止；电机静止，回路阻抗很小，电流急剧增加，电机定子中产生过流。要维持电机一定的转动加速度，使其平稳加速，需要控制回路电流维持于电流参考值附近。另一方面，如图2所示，脉冲换相阶段直流电流id是断续状态，其中tl=5 8ms, t2=3 5ms, t3 ^ 10ms, t4 = 600 10ms,t4随电机转速上升而缩短。电流控制过程持续时间t3+t4最短可至20ms，电流断续及控制过程短暂给脉冲换相阶段中每一次换相后电流恢复时的控制带来困难，已有的控制方式不能很好处理这一问题，常因不能提供足够大的持续电流而导致电机启动失败，且其控制参数的适应性不佳。鉴于此，本发明人提出一种新颖的脉冲换相电流控制方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种脉冲换相阶段电流控制方法及表达式的计算方法，其通过很好地协调脉冲换向阶段电机转速上升与系统回路电流之间的关系，能够为电机转动提供持续正向转矩，同时实现电流快速上升和后续维持回路电流在一定水平，提高脉冲换相阶段电机启动的快速性和平稳性。为了达成上述目的，本发明的解决方案是:一种脉冲换相阶段电流控制方法，采用前馈控制与反馈控制相结合的方式，对脉冲换相阶段的回路电流进行控制；其中，前馈控制随时间推移，控制输出量按照前馈控制参数控制的速度，逐渐增大，反馈控制采用电流偏差的比例控制。上述脉冲换相阶段电流控制表达式C(t)是:C(t)=Cfw(t)+Cfb(t)其中，Cfw(t)表示t时刻的前馈控制量，Cfb(t)表示t时刻的反馈控制量。上述t时刻的前馈控制量的表达式Cfw (t)是: Cfw (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ Τ)其中，Cinit表示前馈初始控制量，t表示控制时刻，Ki表示前馈控制参数，Δ iupl表示与电流参考值与电流测量值偏差相关的量，ΛΤ表示控制器的计算周期。上述t时刻的反馈控制量的表达式Cfb(t)是:Cfb (t) =Kp* Λ i ⑴其中，Kp表示反馈比例系数，Ai⑴表示电流参考值与t时刻电流测量值偏差值，其中，Kp满足下式约束:Kp*iref<cos ( a min)其中，iraf为脉冲换相阶段回路电流参考值，取值0.3 lp.u.;amin为静止变频系统整流桥的最小触发角，取值5° 25°。一种脉冲换相阶段电流控制表达式的计算方法，包括如下步骤:(I)按照控制指标要求，确定脉冲换相阶段持续时间T，以秒为单位；根据被拖动电机转动惯量，确定维持脉冲换相阶段末电机转速的控制量Cfw(T),及实现电机初始转动的初始控制量Cinit ;在0.0005s 0.0Ols范围内选取控制器控制周期Λ T的取值；在0.1
0.2p.u范围内选取合适的前馈控制的输入量Aiupl，据此，在10 5之间确定h的取值；(2)将上述已知值代入下式:Ki=Ii* (Cfw W-Cinit)* Λ T/T获得前馈控制参数Ki ；(3)在0.3 lp.u范围内，根据电机升速快慢要求，选择合适的脉冲换相阶段回路电流参考值iMf，确定整流桥的最小触发角a min，按照下式约束，选择反馈比例系数Kp的值:KpKcos(Qniin)；( 4 )将前述K1、Kp代入下式:C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ T) +Kp* Δ i (t)即获得将前馈控制与反馈控制相结合的静止变频系统脉冲换相阶段电流控制表达式。采用上述方案后，本发明采用前馈控制与反馈控制相结合，前馈控制具有随时间推移，控制量按照前馈控制参数控制的速度，逐渐增大的特性，与电机启动过程中随着电机转速上升、回路阻抗增加的特性相匹配，可维持回路电流在一定水平；反馈控制采用电流偏差的比例控制，具有换相后使电流快速上升的控制效果；两种控制方式相结合，使得控制参数具有良好的适应性，实现了脉冲换相阶段电流恢复的快速性和后续维持在一定水平，确保电机在该阶段升速快速、平稳，进而提高静止变频启动设备的工作可靠性，解决了常规控制方法下，电机脉冲换相阶段升速缓慢、启动易失败的问题。
图1是静止变频系统功率桥部分示意图；图2是脉冲换向阶段断续的回路电流示意图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。本发明提供一种脉冲换相阶段电流控制方法，采用前馈控制与反馈控制相结合的方式，对静止变频控制系统脉冲换相工作阶段的回路电流进行控制，包括以下两部分内容:
(I)前馈控制在电机启动脉冲换相阶段，前馈控制输出基于前馈初始控制量Cinit、以(Ki* Δ iupl/AT)的速度增加，表达为式①:Cfw (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ ΔΤ)①即，t时刻的前馈控制量Cfw⑴等于初始控制量Cinit加上从O时刻(控制开始时刻)到t时刻的时间段内，以(Ki* Λ iupl/△ T)速度增加的控制量。式①中Λ iupl为与电流参考值与电流测量值偏差相关的量^为前馈控制参数；AT为控制器的计算周期。对于实际控制，需要确定控制参数1、Δ iupl的大小。式①变换为式②:Ki^A Iupl= (Cfw (t)-Cinit) *AT/t ②实际应用中，脉冲换相阶段持续时间T (以秒为单位)为已知的控制指标；维持脉冲换相阶段末电机转速的控制量Cfw(T)、实现电机初始转动的初始控制量Cinit,只与电机本体相关，可视为常量；控制器控制周期AT —般取0.0005s 0.001s，将上述已知量代入式②得式③:Ki* Δ Iupl= (Cfw ⑴-Cinit) * Λ T/T ③Δ iupl作为前馈控制的输入量，考虑到控制的平稳性，一般取值为0.1 0.2p.u.，则Ki可以式④计算获得:Ki=Ii* (Cfw W-Cinit)* Λ T/T ④其中h = 5 10。(2)反馈控制在电机启动脉冲换相阶段，以电流偏差的比例控制作为反馈控制，实现换相后电流快速上述，其表达式为:Cfb (t) =Kp* Δ i ⑴⑤S卩，t时刻的反馈控制量CfbU)等于反馈比例系数Kp乘上电流参考值与t时刻电流测量值偏差值Λ i (t)。其中Kp满足下式⑥约束:Kp*iref〈C0S ( a min)⑥其中，iref为脉冲换相阶段回路电流参考值，以静止变频系统额定电流为基值的标幺值，一般取0.3 lp.u.；a min是静止变频系统整流桥的最小触发角，根据静止变频系统实际容量，可取5° 25°。(3)前馈控制与反馈控制相结合最终的控制表达式为式⑦:C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ T) +Kp* Δ i (t)⑦前馈控制随时间推移，控制输出量按照前馈控制参数控制的速度逐渐增大；反馈控制采用电流偏差的比例控制。本发明还提供一种前述脉冲换相阶段电流控制表达式的计算方法，按照控制指标要求，确定脉冲换相阶段持续时间T (以秒为单位)；根据被拖动电机转动惯量，确定维持脉冲换相阶段末电机转速的控制量Cfw(T),及实现电机初始转动的初始控制量Cinit ;在
0.0005s 0.0Ols范围内选取控制器控制周期Λ T的取值；在0.1 0.2p.u范围内选取合适的前馈控制的输入量Λ iupl，据此，在10 5之间确定h的取值。将上述已知值代入下式:Ki=M(CfJT)-CinitRAiyT获得前馈控制参数Ki。在0.3 lp.u范围内，根据电机升速快慢要求，选择合适的脉冲换相阶段回路电流参考值iMf，确定整流桥的最小触发角amin，按照下式约束，选择反馈比例系数Kp的值:Kp*iref〈cos ( a min)将前述K1、Kp代入下式: C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ T) +Kp* Δ i (t)即可获得将前馈控制与反馈控制相结合的静止变频系统脉冲换相阶段电流控制表达式。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
权利要求
1.种脉冲换相阶段电流控制方法，其特征在于:采用前馈控制与反馈控制相结合的方式，对脉冲换相阶段的回路电流进行控制；其中，前馈控制随时间推移，控制输出量按照前馈控制参数控制的速度，逐渐增大，反馈控制采用电流偏差的比例控制。
2.权利要求1所述的一种脉冲换相阶段电流控制方法，其特征在于:所述脉冲换相阶段电流控制表达式C (t)是: C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) 其中，Cfw⑴表示t时刻的前馈控制量，Cfb⑴表示t时刻的反馈控制量。
3.权利要求2所述的一种脉冲换相阶段电流控制方法，其特征在于:所述t时刻的前馈控制量的表达式Cfw (t)是: Cfw W=Cini^(KjAiuplMT) 其中，Cinit表示前馈初始控制量，t表示控制时刻，Ki表示前馈控制参数，Δ iupl表示与电流参考值与电流测量值偏差相关的量，ΛΤ表示控制器的计算周期。
4.权利要求2所述的一种脉冲换相阶段电流控制方法，其特征在于:所述t时刻的反馈控制量的表达式Cfb⑴是: Cfb (t) =Kp* Δ i (t) 其中，Kp表示反馈比例系数，Ai(t)表示电流参考值与t时刻电流测量值偏差值，其中，Kp满足下式约束:Kp*iref<COS (amJ 其中，iMf为脉冲换相阶段回路电流参考值，取值0.3 lp.u.; a min为静止变频系统整流桥的最小触发角，取值5° 25°。
5.种脉冲换相阶段电流控制表达式的计算方法，其特征在于包括如下步骤: (O按照控制指标要求，确定脉冲换相阶段持续时间T，以秒为单位；根据被拖动电机转动惯量，确定维持脉冲换相阶段末电机转速的控制量Cfw (T),及实现电机初始转动的初始控制量Cinit ;在0.0005s 0.0Ols范围 内选取控制器控制周期Λ T的取值；在0.1 0.2ρ.u范围内选取合适的前馈控制的输入量Λ iupl，据此，在10 5之间确定h的取值； (2)将上述已知值代入下式:Ki=M (Cfw W-Cinit)* Λ T/T 获得前馈控制参数Ki ； (3)在0.3 lp.u范围内，根据电机升速快慢要求，选择合适的脉冲换相阶段回路电流参考值iMf，确定整流桥的最小触发角amin，按照下式约束，选择反馈比例系数Kp的值:Kp*iref<COS (amJ (4)将前述K1、Kp代入下式: C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ T) +Kp* Δ i (t) 即获得将前馈控制与反馈控制相结合的静止变频系统脉冲换相阶段电流控制表达式。
全文摘要
本发明公开一种脉冲换相阶段电流控制方法，采用前馈控制与反馈控制相结合的方式，对脉冲换相阶段的回路电流进行控制；其中，前馈控制随时间推移，控制输出量按照前馈控制参数控制的速度，逐渐增大，反馈控制采用电流偏差的比例控制。此控制方法通过很好地协调脉冲换向阶段电机转速上升与系统回路电流之间的关系，能够为电机转动提供持续正向转矩，同时实现电流快速上升和后续维持回路电流在一定水平，提高脉冲换相阶段电机启动的快速性和平稳性。本发明还公开一种脉冲换相阶段电流控制表达式的计算方法。
文档编号H02P6/20GK103095195SQ20131001483
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者闫伟, 吴龙, 刘为群, 石祥建, 袁江伟, 沈全荣, 梁少华 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司