[发明专利]带无功补偿功能的三相变两相正交逆变电源复合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于电磁搅拌器的三相变两相正交逆变电源复合控制方法，特别涉及一种带无功补偿功能的三相变两相正交逆变电源复合控制方法。

背景技术

电磁搅拌技术由于具有无接触特点，使钢铁、铝合金等金属成分均匀，缩短熔炼时间，减少熔体上下部温差，减少熔渣的产生，已经在连铸钢、铝熔铸等冶炼行业得到推广应用。由于电磁搅拌器使用低速旋转的感应磁场在钢水中产生强大的搅拌作用，该感应磁场的搅拌力矩和磁场穿透钢水的能力与通过电磁搅拌器的电流频率和大小密切相关。因此，作为电磁搅拌器电源的三相变两相正交逆变电源的电流波形质量和响应速度对保证连铸钢等冶金产品的质量至关重要。

三相变两相正交逆变电源通常由三相整流电路(前级)和两相正交逆变电路(后级)两部分组成，传统的两相正交逆变电源通常是采用两个H桥单相逆变电路作为主电路，共需要8个大容量的功率开关器件，硬件成本较高。为了减少成本和降低器件损耗，近年出现了三相全桥逆变电路和两桥臂逆变电路在三相变两相正交逆变电源中的应用。相对两桥臂逆变路，三相全桥逆变电路产生的谐波含量小，并且不需要考虑流经两个直流电容的交流电流不均匀导致的两直流电容电压不相等问题，用于三相全桥逆变电路的传统控制方法不能直接用于控制后级两相正交逆变电路，引起了很多学者对三相变两相正交逆变电源控制方法的研究。目前，应用于三相变两相正交逆变电源系统中后级两相逆变电路的控制方法主要由空间矢量控制、基于旋转坐标系的PI控制等。由于后级两相逆变电路的电压矢量不对称，其空间状态矢量构成一个非等边长六变形，因此采用该方法时确定开关时间很复杂。基于旋转坐标系下的PI控制方法，虽然能实现交流信号的零稳态误差控制，但是该控制过程对于反馈信号中的低次谐波分量无响应，电源中产生的谐波电流将影响电磁搅拌器的功能。此外，电磁搅拌器为了起到良好的搅拌效果，通常工作于正转、停运、反转三种工作状态，而目前用于电磁搅拌器的三相变两相正交逆变电源中前级三相整流电路的控制方法都是追求整流电路输入侧实现单位功率因数，而关于前级整流电路在整流的同时还作为无功补偿设备对外部电网进行无功补偿的控制方法尚未有报道。同时，电磁搅拌器应用场合都存在大量感性负载，一般需要安装专门无功补偿设备实现节能降耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种能改善电磁搅拌器线圈电流、易于实现数字控制和电流跟踪速度快的带无功补偿功能的三相变两相正交逆变电源复合控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：带无功补偿功能的三相变两相正交逆变电源复合控制方法，基于三相变两相正交逆变电源系统，三相变两相正交逆变电源系统包括三相电源、三相变两相正交逆变电源、三相电源和电磁搅拌器，三相变两相正交逆变电源包括三相PWM整流桥和三桥臂逆变桥，三相电源通过电感与三相PWM整流桥连接，三相PWM整流桥与三桥臂逆变桥连接，三桥臂逆变桥中两个桥臂的中点经输出电感各与一个单相负载连接，第三桥臂的中点经输出电感与电磁搅拌器的接地线连接，三相电源与三相PWM整流桥之间并联有感性负载；所述三相PWM整流桥包括三个并联的桥臂和一个直流侧电容支路，直流侧电容支路与桥臂并联，每个桥臂包括两个串联的开关器件；所述三桥臂逆变桥包括三个并联的桥臂，每个桥臂包括两个串联的开关器件，该方法包括以下步骤：

1)将检测到的三相变两相正交逆变电源系统网侧的外部三相感性负载或容性负载电流通过dq变换，获得三相PWM整流桥输入侧的无功电流目标值

2)将三相PWM整流桥直流侧电容电压的目标值与反馈值之差经PI控制器得到有功电流目标值

2)和经过dq反变换得到三相PWM整流桥输入侧三相瞬时目标电流值

3)经过无差拍电流控制器及PWM调制器得到三相PWM整流桥中开关器件的控制信号，从而实现直流侧电容电压的稳定控制和对三相PWM整流桥网侧外部负载进行无功补偿；

4)将三相变两相正交逆变电源系统的一个电流幅值给定值分别乘以一个正弦函数和一个余弦函数，得到三桥臂逆变桥其中两相的目标电流值和和之和取反后得到三桥臂逆变桥第三相的目标电流值和经过无差拍电流控制器及PWM调制器得到三桥臂逆变桥中开关器件的控制信号，从而实现三桥臂逆变桥的两相正交电流的跟踪控制。