专利名称：一种修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法
技术领域：
本发明主要涉及到晶闸管移相触发控制领域，特指一种用来修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法。
背景技术：
晶闸管移相触发控制整流系统中输出电压、功率的改变是通过改变晶闸管的控制角来实现的。相控整流则是利用半控开关器件晶闸管的开通可控特性和单向导电性，控制晶闸管触发相位角(脉冲施加深刻)，就控制了电源电压送至负载的起始时刻，从而控制整流电压。为满足晶闸管的导通条件并正确计算控制角，必须获得晶闸管两极电压由反向变 正向时的过零点信号，以此作为满足晶闸管的触发导通条件和计算控制角的基准点，这一信号通常称为“同步信号”。为了获取此信号用于控制，需要对高压侧的电源正弦信号进行隔离、滤波、过零检测和整形等多个环节形成控制电源系的“低压同步方波信号”。目前对于“同步信号”的采集多用带通滤波器，而相位信息滞后与滤波效果相互矛盾，在电网出现较大负序扰动时，过零判断将严重滞后。特别是小容量的柴油机发电系统频率变化幅度较大，由此引起同步信号的采集偏差，导致相控整流严重的故障。例如，在局域发电网(如单柴油机发电系统)中，电源频率变化可在40Hz至63Hz之间。不同频率下，同步信号经过滤波电路后将不可避免地产生较大的过零偏差。以电力机车网压同步信号处理所述的滤波电路为例，相位延时与频率的关系为tan (0 = Q(~-~)
J /o中心频率为50Hz，品质因数Q为4(品质因数过小将影响滤波效果)。40Hz频率电源信号经带通滤波电路后的相位误差0等于61°。对于三相整流系统，触发基准偏移61°将导致晶闸管换流导通失败，影响输出电压和功率急剧下降。现有技术的实际工程应用中，对同步信号处理的一种方式是如图1所示采用同步变压器来实现电源隔离，用过零检测电路检测电压过零点，并进行波形整形，从而得到同步方波信号。采用这种方式，经同步变压器隔离后，获得的电源信号完整，可用于电源幅值计算、电源谐波分析等其它用途；后续滤波和检测整形电路简单，能有效去除高次谐波和直流分量。但是，这种方式具有以下几个不足1.同步变压器重量大，占用设备较大空间；2.滤波电路受电源频率变化影响，通用性较差；3.当相位发生变化时，过零检测法要等到下一个过零点才能检测出随后各时刻的相位，故其动态性能在一些特定应用中无法满足要求。在电源谐波干扰较少，并且控制仅需要过零信号的一些工程应用中，同步电路可以采取直接从高压侧电阻分压后光耦隔离的简单方式实现，如图2所示。此种方式元件少、电路简单、可靠性较高、设备质量和空间开销小、且较变压器隔离方式相位延时更小。但是，这种方式也具有以下不足1.虽然可以对后续的同步方波信号进行数字滤波，但对于单相控制应用缺少多相位的参照对比，如果存在很严重的电源波形畸变，容易造成过零信号不准甚至错误。2.对于超高压电源系统，隔离光耦的耐受电压，以及响应灵敏度等要求对器件的选型造成较大困难。3.受器件参数分散性影响，过零相位误差很难通过有效手段进行修正。4.无法满足需要获取电源幅值等其它信号的控制应用。5.由于同样采用过零检测方法，动态性能在一些特定应用中无法满足要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种原理简单、操作简便、适用范围广、能消除频率连续变化带来的过零误差的修正相控整流控制中因频率变化弓I起相位采集误差的方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法，步骤为(I)采用同步变压器来实现电源隔离，网压信号经同步变压器隔离后，获得的电源信号经过滤波后进行过零检测及整形，去除高次谐波和直流分量；(2)对于固定参数和形式的滤波电路，相移偏差与输入信号的频率成固定函数关系，即依据输入信号的频率可以固定得出相移发生的偏差值；(3)根据上述得到的偏差值对同步过零基准进行修正，就可还原真实过零信号，即经过过零修正方法计算，得到同步方波信号。作为本发明的进一步改进在上述步骤(2)中，通过检测单相系统两次同步过零点间隔、或者检测三相系统中两路同步过零间隔，就可以得到输入信号的频率，然后依据输入信号的频率就固定得出相移发生的偏差值。在上述步骤(2)中，构建输入信号的频率与相移偏差的对应关系表，通过查表就能实现误差修正。在上述步骤(I)中通过调整滤波参数中的品质因数可减少修正过渡时间。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明的原理简单、操作简便，适用于电源频率变化范围较大，需要快速获取相位变化的应用；对于大量现行使用带通滤波方法的工程应用，本发明的偏差修正方法可以基本消除频率连续变化带来的过零误差，能解决因采集同步信号过零偏差所导致的晶闸管换流导通失败、影响输出电压和功率急剧下降等重大问题。
图1是现有技术中采用同步变压器隔离法时的原理示意图。图2是现有技术中采用电阻分压光耦隔离法时的原理示意图。图3是本发明的原理示意图。图4是本发明在具体应用实例中滤波电路品质因数为4时的仿真结果示意图。图5是本发明在具体应用实例中滤波电路品质因数为2时的仿真结果示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图3所示，本发明的一种修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法，其步骤为(I)采用同步变压器来实现电源隔离，网压信号经同步变压器隔离后，获得的电源信号经过带通滤波器的滤波后进行过零检测及整形，去除高次谐波和直流分量；(2)对于固定参数和形式的滤波电路，其相移偏差与输入信号的频率成固定函数 关系，即依据输入信号的频率可以固定得出相移发生的偏差值；(3)根据上述得到的偏差值对同步过零基准进行修正，就可还原真实过零信号，即经过过零修正方法计算，得到同步方波信号。同步变压器是用来为晶闸管提供同步信号来作为其控制电压的。在晶闸管整流电路中，晶闸管需要一个触发脉冲来控制其导通，而在什么时刻给可控硅发触发脉冲是要有时间基准的，而这个时间基准通常便是晶闸管的阳极电压。即要使触发脉冲与阳极电压同步，最直接的做法便是引阳极电压来作为触发脉冲。但是这其中出现一个问题一般整流桥阳极电压都比较高，不能直接引入控制装置，因此需要利用一个变压器来降压，并同时起到一定的隔离作用，这个变压器就是同步变压器。简言之同步变压器的功能是将晶闸管阳极电压变压来作为此晶闸管的控制信号，有此作用的变压器就叫做同步变压器。带通滤波器为一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备。在上述步骤(2)中，本发明可以通过检测单相系统两次同步过零点间隔、或者检测三相系统中两路同步过零间隔，就可以较为方便的计算出信号源频率，即输入信号的频率。接下来，依据输入信号的频率就可以固定得出相移发生的偏差值。在具体应用实例中，本发明还进一步可以构建输入信号的频率与相移偏差的对应关系表，通过查表就可快速便捷的实现误差修正。以使用带通滤波电路的三相整流控制系统为例。系统中引入两路相电压同步信号，经50Hz带通滤波并整形形成过零方波信号送入数字触发控制器。数字触发控制器内以50kHz的频率对过零方波信号进行采集。采样分辨间隔20uS，对应50Hz相周期的0. 18°，能充分满足移相控制精度要求。当电源频率为标准50Hz时，两相过零时间间隔6667uS，控制器频率测定计数为333 ;电源频率为40Hz时，两相过零时间间隔8333uS，控制器频率测定计数为417 ;电源频率为63Hz时，两相过零时间间隔5291uS，控制器频率测定计数为265。当电源频率为40Hz时，过零偏差-4220uS，对应修正计数211 ；电源频率为63Hz时，过零偏差2720uS，对应修正计数-136。以频率计数范围265 417为X轴,按公式tan ( 0) = 0(|-计算修正数值为
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y轴，范围为-136 -211，构建二维数据表。依据每次采样的两相过零间隔，查表获得修正值，对采集的过零点进行修正构建还原的过零基准。在具体应用实例中，使用Matlab/Simulate构建二阶带通滤波模型，将偏差修正算法运用到模型中，仿真结果如图4所示。图中第一行为相差120°的两相正弦信号，在0.1S时刻由50Hz突变为40Hz ;第二行为经过二阶带通滤波器后的正弦信号；第三行实线为第一相输入信号同步过零方波，点实线为第一相滤波后同步过零方波，虚线为修正后过零方波；第四行为实时检测的两相间隔计数，以及查表获得的修正计数。从图中分析可知，从0.1S突变时刻到0. 18S历时4个周期，修正后的过零方波与原信号过零点恢复一致。在上述实例中，修正过渡时间较长，通过分析其原因有以下几点1.信号源突变幅度较大。现实的柴油机发电系统虽然频率范围较广，但均为缓慢连续变化，不会造成过长的修正恢复时间。2.滤波电路对信号的频率变化响应较慢，从图中可知，一直到0. 16S时刻历时3个周期，滤波后信号的频率和两相相位差才达到与输入信号基本一致。而修正方法采用的是先计算相差，再修正的方式。从频率变化到修正结果，不可避免的产生半个周期的延时。为了减少滤波电路响应时间，本发明在另一较佳实施例中尝试着对滤波参数进行优化，即通过调整品质因数可以减少修正过渡时间。如图5所示，为滤波电路品质因数调整为2的仿真结果。从图中可知，滤波后信号的频率和相差达到与输入信号基本一致的时间从原先的0. 16S时刻提前到了 0. 13S时刻，总的修正过渡时间也原来的0. 18S提前到了0. 15S。过渡周期和过渡过程中的过零误差都大幅减小。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法，其特征在于，步骤为 (1)采用同步变压器来实现电源隔离，网压信号经同步变压器隔离后，获得的电源信号经过滤波后进行过零检测及整形，去除高次谐波和直流分量； (2)对于固定参数和形式的滤波电路，相移偏差与输入信号的频率成固定函数关系，即依据输入信号的频率固定得出相移发生的偏差值； (3)根据上述得到的偏差值对同步过零基准进行修正，还原真实过零信号，即经过过零修正方法计算，得到同步方波信号。
2.根据权利要求I所述的修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法，其特征在于，在上述步骤(2)中，通过检测单相系统两次同步过零点间隔、或者检测三相系统中两路同步过零间隔，就得到输入信号的频率，然后依据输入信号的频率就固定得出相移发生的偏差值。
3.根据权利要求2所述的修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法，其特征在于，在上述步骤(2)中，构建输入信号的频率与相移偏差的对应关系表，通过查表就能实现误差修正。
4.根据权利要求I或2或3所述的修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法，其特征在于，在上述步骤(I)中通过调整滤波参数中的品质因数减少修正过渡时间。
全文摘要
本发明公开了一种修正相控整流控制中因频率变化引起相位采集误差的方法，其步骤为(1)采用同步变压器来实现电源隔离，网压信号经同步变压器隔离后，获得的电源信号经过滤波后进行过零检测及整形，去除高次谐波和直流分量；(2)对于固定参数和形式的滤波电路，相移偏差与输入信号的频率成固定函数关系，即依据输入信号的频率可以固定得出相移发生的偏差值；(3)根据上述得到的偏差值对同步过零基准进行修正，就可还原真实过零信号，即经过过零修正方法计算，得到同步方波信号。本发明具有原理简单、操作简便、适用范围广、能消除频率连续变化带来的过零误差等优点。
文档编号H03K5/01GK102981133SQ20121042970
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者刘灿, 钱华, 戴仁德, 罗继光, 林波, 陈灿, 唐鸿华 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司