專利名稱：T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域，用于實現(xiàn)將較低的直流電壓轉(zhuǎn)化為較高的穩(wěn)定的直流電壓并驅(qū)動交流電機運行。
背景技術(shù)：
交流電機作為將電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今社會，隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)以及其他分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，供電形式呈現(xiàn)多樣性的特點。交流電機及其調(diào)速系統(tǒng)的供電形式也不僅僅局限于只由公共大電網(wǎng)供電，還需要適應(yīng)低電壓、大波動特性的電源為其供電，例如，在無公共大電網(wǎng)的偏遠地區(qū)，可 以采用光伏電池作為交流電機調(diào)速系統(tǒng)的供電電源，但是由于光伏電池輸出的電能形式對環(huán)境變化更加敏感，波動較大，而且通常電壓較低，難以直接為電機系統(tǒng)供電，為此需要結(jié)合相應(yīng)的電能變換技術(shù)來獲得滿足供電要求的電能形式。在目前的解決方案中，一種方案是采用直流-直流-交流的兩級式結(jié)構(gòu)，利用直流-直流變換實現(xiàn)直流電壓的升壓和穩(wěn)壓控制，以使直流電壓符合交流電機的供電電壓要求，而利用直流-交流變換結(jié)合電機控制算法實現(xiàn)交流電機的調(diào)速運行。這種結(jié)構(gòu)中直流側(cè)增加的開關(guān)變換器造成系統(tǒng)損耗增加，效率和可靠性均有所下降，不利于推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，實現(xiàn)用較低的波動的直流電源驅(qū)動較高額定電壓的交流電機，以解決現(xiàn)有方案的效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高等問題。一種T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，其組成包括直流正極輸入端的二極管(I )，變壓器(2)，濾波電容(3)，逆變器(4)，速度傳感器(5)，電平轉(zhuǎn)換電路(6)，交流電流檢測電路(7)，偏置電路(8)，直流電壓檢測電路(9)，低通濾波電路(10)，主控制器(11)以及隔離驅(qū)動電路
(12)；
所述的二極管(I)的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為所述的T源型交流逆變電源的正極輸入端，二極管(I)的負(fù)極與變壓器(2)的輸入端相連，變壓器(2)的第一輸出端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，變壓器(2)的第二輸出端與濾波電容(3)的一端相連，濾波電容(3)的另一端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的輸出端與交流電機負(fù)載相連；速度傳感器(5)的旋轉(zhuǎn)軸與電機軸端相連，速度傳感器(5)的信號輸出端與電平轉(zhuǎn)換電路(6)的一端相連，電平轉(zhuǎn)換電路(6)的另一端與主控制器(11)的第一輸入端相連；交流電流檢測電路(7)的輸入端與逆變器(4)的輸出端相連，用于檢測交流輸出電流，交流電流檢測電路(7)的輸出端與偏置電路(8)的輸入端相連，將采集到的交流輸出電壓信號提高到始終大于零，偏置電路(8)的輸出端與主控制器(11)的第二輸入端相連；直流電壓檢測電路(9)的第一輸入端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第二輸入端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端相連，用于檢測逆變器(4)的直流輸入電壓，直流電壓檢測電路(9)的輸出端與低通濾波電路
(10)的輸入端相連，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量，低通濾波電路(10)的輸出端與主控制器(11)的第三輸入端相連，主控制器
(11)的輸出端與隔離驅(qū)動電路(12)的輸入端相連，隔離驅(qū)動電路(12)的輸出端與逆變器
(4)的信號輸入端相連，用于驅(qū)動逆變器(4)的各個功率器件工作；
所述的變壓器(2)包括繞組Wl和繞組W2，所述的繞組Wl和繞組W2纏繞在同一個閉合的磁環(huán)上，繞組Wl和繞組W2的同名端相連作為所述變壓器(2)的輸入端，繞組Wl的另一端作為所述變壓器(2)的第一輸出端，繞組W2的另一端作為所述變壓器(2)的第一輸出端。所述的T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方法的步驟是，
步驟一、設(shè)置逆變器(4)的直流電壓的給定值
14,與通過低通濾波電路(10)獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量ITjr相減，獲
得的差值通過直流電壓調(diào)節(jié)器獲得逆變器中各個橋臂的直通占空比，以實現(xiàn)對逆變器的直流輸入電壓的恒定控制；
步驟二、將通過交流電流檢測電路(7)和偏置電路(8)采集的交流電流信號減去偏置量，獲得和實際的交流電壓成比例的較低的交流電流信號；
步驟三、設(shè)置交流電機的轉(zhuǎn)速或頻率給定值，與步驟一中獲得的直流電壓信號Uw、
步驟二中獲得的較低的交流電流信號以及通過電平轉(zhuǎn)換電路和速度傳感器獲得的交流電機的速度信號共同輸入到變頻調(diào)速算法模塊，進行轉(zhuǎn)速控制，獲得逆變器輸出電壓的給定值；
步驟四、將步驟一獲得的直通占空比以及步驟三獲得的逆變器輸出電壓的給定值輸入到加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，控制逆變器中的各個開關(guān)管工作，從而實現(xiàn)直流電壓和交流電壓的閉環(huán)控制。
本發(fā)明所具有的優(yōu)點現(xiàn)有方案中多采用直流-直流-交流的電能變換形式，采用了較多的功率開關(guān)器件，本發(fā)明通過在逆變器的基礎(chǔ)上直流側(cè)加入變壓器，并結(jié)合具有直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法和電機驅(qū)動控制算法，只采用直流-交流的逆變器和更少的儲能元件同時實現(xiàn)了直流電壓的升壓、穩(wěn)壓控制以及對交流電機轉(zhuǎn)速的驅(qū)動控制，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊以及效率聞、可罪性聞等優(yōu)點。
圖I是本發(fā)明的原理 圖2是本發(fā)明的直通狀態(tài)的原理圖，圖3是本發(fā)明的非直通狀態(tài)的原理 圖4是本發(fā)明的控制方法的原理 圖5是本發(fā)明的控制方法的流程 圖6是本發(fā)明的產(chǎn)生直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法的原理圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖I至圖5具體說明本實施方式。圖I為T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，其組成包括直流正極輸入端的二極管(1)，變壓器(2)，濾波電容(3)，逆變器(4 )，速度傳感器(5 )，電平轉(zhuǎn)換電路(6 )，交流電流檢測電路(7 )，偏置電路(8 )，直流電壓檢測電路(9)，低通濾波電路(10)，主控制器(11)以及隔離驅(qū)動電路(12)；
所述的二極管(I)的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為所述的T源型交流逆變電源的正極輸入端，二極管(I)的負(fù)極與變壓器(2)的輸入端相連，變壓器(2)的第一輸出端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，變壓器(2)的第二輸出端與濾波電容(3)的一端相連，濾波電容(3)的另一端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的輸出端與交流電機負(fù)載相連；速度傳感器(5)的旋轉(zhuǎn)軸與電機軸端相連，速度傳感器(5)的信號輸出端與電平轉(zhuǎn)換電路(6)的一端相連，電平轉(zhuǎn)換電路(6)的另一端與主控制器(11)的第一輸入端相連；交流電流檢測電路(7)的輸入端與逆變器(4)的輸出端相連，用于檢測交流輸出電流，交流電流檢測電路(7)的輸出端與偏置電路(8)的輸入端相連，將采集到的交流輸出電壓信號提高到始終大于零，偏置電路(8)的輸出端與主控制器(11)的第二輸入端相連；直流電壓檢測電路(9)的第一輸入端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第二輸入端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端相連，用于檢測逆變器(4)的直流輸入電壓，直流電壓檢測電路(9)的輸出端與低通濾波電路
(10)的輸入端相連，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量，低通濾波電路(10)的輸出端與主控制器(11)的第三輸入端相連，主控制器
(11)的輸出端與隔離驅(qū)動電路(12)的輸入端相連，隔離驅(qū)動電路(12)的輸出端與逆變器
(4)的信號輸入端相連，用于驅(qū)動逆變器(4)的各個功率器件工作；
所述的變壓器(2)包括繞組Wl和繞組W2，所述的繞組Wl和繞組W2纏繞在同一個閉合的磁環(huán)上，繞組Wl和繞組W2的同名端相連作為所述變壓器(2)的輸入端，繞組Wl的另一端作為所述變壓器(2)的第一輸出端，繞組W2的另一端作為所述變壓器(2)的第一輸出端。所述的逆變器由三個橋臂組成，每個橋臂由兩個功率開關(guān)器件串聯(lián)組成。本發(fā)明的基本原理是在直流側(cè)加入直流變壓器和濾波電容，通過逆變器的同一橋臂的兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，產(chǎn)生直通狀態(tài)，進而使能量存儲在直流變壓器中，而在非直通狀態(tài)釋放出去，進而實現(xiàn)直流電壓的升壓。下面推導(dǎo)其直流電壓和直流供電電源之間的關(guān)系，即直流升壓比。各個公式中變量的物理含義為， 為變壓器(2)的繞組Wl兩端電壓，為變壓器(2)的繞組W2兩端電壓，*1為變壓器(2)的匝數(shù)比I力濾波電容(3)的電壓，*W為直流正極輸入端的二極管(I)的電壓為直流輸入電源電壓，為逆變器的直通占空比。在直通狀態(tài)下，對應(yīng)的等效電路如圖2所示，變壓器的繞組電壓方程為
權(quán)利要求
1.一種T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，其組成包括直流正極輸入端的二極管(I)，變壓器(2)，濾波電容(3)，逆變器(4)，所述的二極管(I)的正極與外部直流電源的正極輸出端相連，作為所述的T源型交流逆變電源的正極輸入端，二極管(I)的負(fù)極與變壓器(2)的輸入端相連，變壓器(2)的第一輸出端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，變壓器(2)的第二輸出端與濾波電容(3)的一端相連，濾波電容(3)的另一端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端以及外部直流電源的負(fù)極輸出端相連，逆變器的輸出端與交流電機相連； 還包括速度傳感器(5 )，電平轉(zhuǎn)換電路(6 )，交流電流檢測電路(7 )，偏置電路(8 )，直流電壓檢測電路(9)，低通濾波電路(10)，主控制器(11)以及隔離驅(qū)動電路(12)； 速度傳感器(5)的旋轉(zhuǎn)軸與電機軸端相連，速度傳感器(5)的信號輸出端與電平轉(zhuǎn)換電路(6)的一端相連，電平轉(zhuǎn)換電路(6)的另一端與主控制器(11)的第一輸入端相連；交流電流檢測電路(7)的輸入端與逆變器(4)的輸出端相連，用于檢測交流輸出電流，交流電流檢測電路(7)的輸出端與偏置電路(8)的輸入端相連，將采集到的交流輸出電壓信號提高到始終大于零，偏置電路(8)的輸出端與主控制器(11)的第二輸入端相連；直流電壓檢測電路(9)的第一輸入端與逆變器(4)的直流正極輸入端相連，直流電壓檢測電路(9)的第二輸入端與逆變器(4)的直流負(fù)極輸入端相連，用于檢測逆變器(4)的直流輸入電壓，直流電壓檢測電路(9)的輸出端與低通濾波電路(10)的輸入端相連，濾除逆變器的直流輸入電壓的高頻脈沖，獲得逆變器的直流輸入電壓中的直流分量，低通濾波電路(10)的輸出端與主控制器(11)的第三輸入端相連，主控制器(11)的輸出端與隔離驅(qū)動電路(12)的輸入端相連，隔離驅(qū)動電路(12)的輸出端與逆變器(4)的信號輸入端相連，用于驅(qū)動逆變器(4)的各個功率器件工作； 其特征在于，所述的T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方法的步驟是 步驟一、設(shè)置逆變器(4)的直流電壓的給定值14,與通過低通濾波電路(10)獲得的逆變器的直流輸入電壓中的直流分量Ojr相減，獲得的差值通過直流電壓調(diào)節(jié)器獲得逆變器中各個橋臂的直通占空比，以實現(xiàn)對逆變器的直流輸入電壓的恒定控制； 步驟二、將通過交流電流檢測電路(7)和偏置電路(8)采集的交流電流信號減去偏置量，獲得和實際的交流電壓成比例的較低的交流電流信號； 步驟三、設(shè)置交流電機的轉(zhuǎn)速或頻率給定值，與步驟一中獲得的直流電壓信號&、步驟二中獲得的較低的交流電流信號以及通過電平轉(zhuǎn)換電路和速度傳感器獲得的交流電機的速度信號共同輸入到變頻調(diào)速算法模塊，進行轉(zhuǎn)速控制，獲得逆變器輸出電壓的給定值； 步驟四、將步驟一獲得的直通占空比以及步驟三獲得的逆變器輸出電壓的給定值輸入到加入直通狀態(tài)的正弦波脈寬調(diào)制算法產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，控制逆變器中的各個開關(guān)管工作，從而實現(xiàn)直流電壓和交流電壓的閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種T源型變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，屬于電能變換領(lǐng)域。其在三相逆變器的基礎(chǔ)上，在直流側(cè)加入直流正極輸入端的二極管，直流側(cè)變壓器，濾波電容，利用逆變器產(chǎn)生直通狀態(tài)進而實現(xiàn)直流側(cè)電壓的變換，并加入直流電壓閉環(huán)控制算法，實現(xiàn)直流電壓的恒定，采用交流電流檢測電路，偏置電路，速度傳感器獲得交流電機的電量信號，進而采用電機變頻調(diào)速算法對交流電機的轉(zhuǎn)速進行控制。本發(fā)明通過在直流側(cè)加入二極管、變壓器和濾波電容，利用逆變器產(chǎn)生直通狀態(tài)進而實現(xiàn)直流電壓的升壓和穩(wěn)壓控制，并結(jié)合電機控制算法實現(xiàn)用較低直流電壓驅(qū)動較高額定電壓的交流電機運行。本發(fā)明采用一級電路結(jié)構(gòu)和更少的儲能元件同時實現(xiàn)了直流電壓的升壓、穩(wěn)壓控制以及交流電機的運行控制，具有結(jié)構(gòu)緊湊、直流電壓利用率高以及可靠性高等優(yōu)點。
文檔編號H02P27/08GK102891652SQ20121040061
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者李宣南, 樸順善, 毛飛 申請人:哈爾濱東方報警設(shè)備開發(fā)有限公司