交交变频器的无环流控制方法

摘要

本发明公开了一种交交变频器的无环流控制方法，该方法针对在电流过零时可能出现电流给定信号抖动现象，对电流给定信号加上一个死区，电流给定信号在死区内不做切换处理，仅仅在电流给定信号由一个方向进入死区并由另一个方向离开死区后才发出切换命令，从而避免由于过于频繁的切换命令造成变频器切换不正常；若电流给定信号长时间处于死区之内时间超过10ms，则直接给出切换命令，使得实际电流电压始终处于交流状态。若同相正反组所有晶闸管长时间处于关断状态，并且该时间超过设定阈值5ms，强制给正组或反组晶闸管发出开通信号，确保三相晶闸管正确的配合输出电机所需的三相交流电。

权利要求

1.交交变频器的无环流控制方法，其特征在于，所述的控制方法通过如下步骤实现：步骤一、电流给定信号换向，发出切换命令；

当电流给定信号由一个方向进入电流死区，并由另一个方向离开死区时，电流给定信号完成一次换向，自动发出切换命令；

若电流给定信号处于死区内时间超过10ms，则直接给出切换命令；

步骤二、切换命令发出后，等待零电流信号持续时间超过0.3ms，将正反组全部脉冲封锁从而关闭正反组所有晶闸管；否则一直等待不做切换处理；

步骤三、正反组全部脉冲封锁后，等待零电流信号继续持续时间超过0.75ms，根据此时的电流给定信号极性发送待工作组脉冲从而开启待工作组所有晶闸管，换向操作结束；否则一直等待不做切换处理；

步骤四、当零电流信号超过5ms，根据此时电流给定信号极性发送待工作组脉冲，从而将待工作组所有晶闸管强制打开。

2.根据权利要求1所述的交交变频器的无环流控制方法，其特征在于：所述的电流给定信号极性分三种，即电流给定信号大于0、小于0和等于0：当电流给定信号大于0时，发送正组脉冲，从而打开正组所有晶闸管；

当电流给定信号小于0时，发送反组脉冲，从而打开反组所有晶闸管；

当电流给定信号等于0时，等待电流给定信号出现极性后，再按上面两种情况发送脉冲。

3.根据权利要求1所述的交交变频器的无环流控制方法，其特征在于：所述死区是零电流附近的一个区域，若以标幺值表示电流给定信号，以1表示电流给定信号最大值，选取[-0.05，0.05]作为电流给定信号的死区范围。

说明书

交交变频器的无环流控制方法

技术领域

[0001] 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关于切换的控制方法，具体地说，是指一种交交变频器输出电流有效值较小时的切换控制方法，尤其是给定电流极小状态下的切换控制方法。

背景技术

[0002] 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。在大功率交流传动领域，交交变频器一般采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。 无环流换向逻辑用于控制正反向两组触发脉冲的释放和封锁，实现无环流切换，无环流换向逻辑应满足下述要求：

[0003] (1)在电流给定信号极性方向确定后，准备切换，并给出切换命令；

[0004] (2)得到切换命令后，如零电流信号持续时间超过0.3ms，将正反组全部脉冲封锁从而关闭正反组所有晶闸管；

[0005] (3)正反组全部封锁后，如零电流信号继续持续时间超过0.75ms，发送待工作组脉冲从而开启待工作组所有晶闸管，换向操作结束。

[0006] 从上面的陈述可知，在无环流逻辑中电流给定信号为切换命令信号，电流给定信号的好坏对变频器正反组能否正常切换有着极其重要的影响。 然而电流给定信号在过零附近不可避免的会产生正负抖动，在输出电流有效值较小尤其在给定电流极小状态时电流给定信号抖动更加严重，这给晶闸管的正反组切换控制带来了很大的难度，如不采取合适的控制方法会导致晶闸管正反组切换错误、输出电压质量下降、谐波分量增加，严重的情况下甚至会产生环流并导致功率器件晶闸管损坏。

发明内容

[0007] 本发明的目的是解决给定电流抖动造成交交变频器正反组晶闸管不能正常切换的问题，并通过解决该问题提高交交变频器的可靠性和控制性能。

[0008] 针对上述问题，本发明提出了死区切换控制方法。 针对在电流过零时可能出现电流给定信号抖动现象，对电流给定信号加上一个死区，电流给定信号在死区内不做切换处理，仅仅在电流给定信号由一个方向进入死区并由另一个方向离开死区后才发出切换命令，从而避免由于过于频繁的切换命令造成变频器切换不正常。 然而此种处理方式会引出新的问题，电流给定信号若长时间处于死区内，变频器不做切换，反馈电流电压长时间处于较小的直流状态，导致上位机中电流调节器积分饱和，会使得变频调速系统无法正常工作。 针对此问题，本发明提出：若电流给定信号长时间处于死区之内，将晶闸管正反组做定时切换，使得实际电流电压始终处于交流状态。 并且为防止在三相电流同时较小时，正反组切换过程中出现的晶闸管阻塞现象，本发明提出若同相正反组所有晶闸管长时间处于关断状态，并且该时间超过设定阈值，强制给正组或反组晶闸管发出开通信号，确保三相晶闸管正确的配合并输出电机所需的三相交流电。

[0009] 所述的晶闸管阻塞现象是指，由于电流过小且三相晶闸管开通之间互相影响，导致切换时发出开通命令后晶闸管无法正常开通，始终处于关断状态。

[0010] 本发明提供的无环流控制方法具体包括如下步骤：

[0011] 步骤一、电流给定信号换向，发出切换命令；

[0012] 当电流给定信号由一个方向进入电流死区，并由另一个方向离开死区时，电流给定信号完成一次换向，自动发出切换命令；

[0013] 若电流给定信号处于死区内的时间超过10ms，则直接给出切换命令；

[0014] 步骤二、切换命令发出后，等待零电流信号持续时间超过0.3ms，将正反组全部脉冲封锁从而关闭正反组所有晶闸管；否则一直等待不做切换处理；

[0015] 步骤三、正反组全部脉冲封锁后，等待零电流信号继续持续时间超过0.75ms，根据此时的电流给定信号极性发送待工作组脉冲从而开启待工作组所有晶闸管，换向操作结束；否则一直等待不做切换处理。

[0016] 步骤四、当零电流信号超过5ms，根据此时电流给定信号极性发送待工作组脉冲，从而将待工作组强制打开。

[0017] 当电流给定信号大于0时，发送正组脉冲，从而打开正组所有晶闸管；

[0018] 当电流给定信号小于0时，发送反组脉冲，从而打开反组所有晶闸管；

[0019] 当电流给定信号等于0时，稍作延时，等待电流给定信号出现极性后，再按上面两种情况发送脉冲。

[0020] 本发明的优点在于：

[0021] (1)通过引入电流给定死区，避免变频器不正常的过于频繁切换；

[0022] (2)在给定电流信号长时间处于死区内时，采取定时切换晶闸管正反组的方法，解决了引入电流给定死区所导致的积分饱和问题；

[0023] (3)在同相正反组晶闸管长时间同时关断时，采取强制开通一组晶闸管的方法，解决了晶闸管开通阻塞问题；

[0024] (4)本发明的控制方法解决了给定电流信号抖动带来的晶闸管正反组切换不正常的问题，并且减小了输出电压谐波，从而改善了控制性能、减少了变频器对电网的污染、提高了变频器的效率。

附图说明

[0025] 图1是本发明的无环流控制方法的流程图；

[0026] 图2是给定电流死区说明图；

[0027] 图3是本发明带电机负载时三相电流波形；

[0028] 图4a表示电流给定信号长时间完全处于死区内时，加入定时切换前输出电流波形；

[0029] 图4b表示电流给定信号长时间完全处于死区内时，加入定时切换后输出电流波形。

具体实施方式

[0030] 下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

[0031] 本发明提供的交交变频器的无环流控制方法，流程图如图1所示，具体为如下步骤：

[0032] 步骤一、电流给定信号换向，发出切换命令。

[0033] 当电流给定信号由一个方向进入电流死区，并由另一个方向离开死区时，将这个过程称之为电流给定信号换向。

[0034] 如图2所示，所述死区是电流值为零附近的一个区域。 若以标幺值表示电流给定信号，以1表示电流给定信号最大值，一般选取[-0.05，0.05]作为电流给定信号的死区范围。 只有当电流给定信号由一个方向进入电流死区并由另一个方向离开死区时，才认为电流给定信号过零切换，即认为电流给定信号由大于零变为小于零，或由小于零变为大于零。 所述电流给定信号的死区范围根据电流给定信号的精度的不同可作调整，在工程中一般由调试得出。

[0035] 当电流给定信号完成一次换向时，则自动发出切换命令。

[0036] 若电流给定信号不换向并且处于死区内的时间超过10ms，则直接给出切换命令。

[0037] 步骤二、切换命令发出后，等待零电流信号持续时间超过0.3ms，将正反组全部脉冲封锁从而关闭正反组所有晶闸管；否则一直等待不做切换处理。

[0038] 步骤三、正反组全部脉冲封锁后，等待零电流信号继续持续时间超过0.75ms，根据此时的电流给定信号极性发送待工作组脉冲从而开启待工作组所有晶闸管，换向操作结束；否则一直等待不做切换处理。

[0039] 所述零电流信号持续时间0.3ms和0.75ms均由零电流检测手段决定，如果检测手段不够准确，这两个零电流信号持续时间应相应的延长。

[0040] 所述的电流给定信号极性分两种，即电流给定信号大于0和小于0两种情况：

[0041] 当电流给定信号大于0时，发送正组脉冲，从而打开正组所有晶闸管；

[0042] 当电流给定信号小于0时，发送反组脉冲，从而打开反组所有晶闸管；

[0043] 当电流给定信号等于0时，稍作延时，等待电流给定信号出现极性后，再按上面两种情况发送脉冲。

[0044] 步骤四、当零电流信号超过阈值5ms，根据此时电流给定信号极性发送待工作组脉冲，从而将待工作组强制打开。

[0045] 当零电流信号超过5ms，说明出现晶闸管阻塞现象，晶闸管未能正常开通。 根据此时电流给定信号极性发送待工作组脉冲，从而将待工作组强制打开。

[0046] 当电流给定信号大于0时，发送正组脉冲，从而打开正组所有晶闸管；

[0047] 当电流给定信号小于0时，发送反组脉冲，从而打开反组所有晶闸管；

[0048] 当电流给定信号等于0时，稍作延时，等待电流给定信号出现极性后，再按上面两种情况发送脉冲。

[0049] 实施例

[0050] 以利用DSP芯片(型号为TMS320F2812)实现本发明提供的控制方法为例，具体说明本发明控制方法实现效果。

[0051] 实验中，主回路由1200V、800A可控硅组成，控制系统基于DSP芯片，负载为额定转速为1470r/min的异步电机负载。 变频器三相进线相电压有效值为100V。

[0052] 图3和图4a、4b即为本实验结果图。 图3为加入本发明控制方法后，变频器带三相电机负载电流波形，从图3中可以看出三相电流波形基波含量高，谐波含量少，经实测加入该控制方法后比加入该控制方法前线电流谐波含量减少57％。 图4a表示加入定时切换控制方法前电流波形，图4b表示加入定时切换控制方法后电流波形，图4a和图4b中所示的两波形都是在给定电流长时间处于切换死区内时作出的波形，从图中可以看出加入定时切换控制方法前电流为一个极小的直流波形，加入定时切换方法后，电流为一个极小的交流波形，从而避免了由于长时间出现直流电流造成电流环调节器积分饱和的问题。