[发明专利]交交变频器在电流断续状态下的控制方法

说明书

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。

背景技术

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。

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α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α，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α的余弦值cosα成线性变化关系，因此只要调节触发角α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^*)＜I_断续，则进入步骤二；如果不成立，则触发补偿角Δα＝0，直接进入步骤三。

将[-I_断续，I_断续]定义为上面所述的电流断续补偿区。其中I_断续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^*＜I_折线时，

当-I_折线＜i^*＜0时，

当I_折线＜i^*＜I_断续时，

当-I_断续＜i^*＜-I_折线时，

其中I_折线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α

α＝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，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。