專利名稱：一種脈沖換相階段電流控制方法及表達式的計算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機學(xué) 及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種同步電機靜止變頻啟動時，脈沖換相階段的電流控制方法。
背景技術(shù)：
靜止變頻系統(tǒng)，如圖1所示，三相全控整流橋和直流電抗器組成直流電流源，通過控制逆變橋?qū)⒅绷麟娏髯兂深l率逐漸升高的交流電流輸入到電機定子，使電機由靜止升速到需要轉(zhuǎn)速。在電機轉(zhuǎn)動頻率較低時(如小于5Hz)，機端感應(yīng)的電壓值較低，不足以使逆變橋的可控硅在反向電壓作用下自然關(guān)斷:在換相時刻，人為控制整流橋逆變，使回路中電流小于可控硅擎住電流，可控硅關(guān)斷，再控制整流橋恢復(fù)整流、觸發(fā)逆變橋下一組橋臂，則實現(xiàn)脈沖換相，每個周期換相6次。靜止變頻控制系統(tǒng)具有這樣的自然特性:電機轉(zhuǎn)速上升，電機定子阻抗增加，回路電流急劇減小，動力轉(zhuǎn)矩減小，電機轉(zhuǎn)速減小，直至靜止；電機靜止，回路阻抗很小，電流急劇增加，電機定子中產(chǎn)生過流。要維持電機一定的轉(zhuǎn)動加速度，使其平穩(wěn)加速，需要控制回路電流維持于電流參考值附近。另一方面，如圖2所示，脈沖換相階段直流電流id是斷續(xù)狀態(tài)，其中tl=5 8ms, t2=3 5ms, t3 ^ 10ms, t4 = 600 10ms,t4隨電機轉(zhuǎn)速上升而縮短。電流控制過程持續(xù)時間t3+t4最短可至20ms，電流斷續(xù)及控制過程短暫給脈沖換相階段中每一次換相后電流恢復(fù)時的控制帶來困難，已有的控制方式不能很好處理這一問題，常因不能提供足夠大的持續(xù)電流而導(dǎo)致電機啟動失敗，且其控制參數(shù)的適應(yīng)性不佳。鑒于此，本發(fā)明人提出一種新穎的脈沖換相電流控制方法，本案由此產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種脈沖換相階段電流控制方法及表達式的計算方法，其通過很好地協(xié)調(diào)脈沖換向階段電機轉(zhuǎn)速上升與系統(tǒng)回路電流之間的關(guān)系，能夠為電機轉(zhuǎn)動提供持續(xù)正向轉(zhuǎn)矩，同時實現(xiàn)電流快速上升和后續(xù)維持回路電流在一定水平，提高脈沖換相階段電機啟動的快速性和平穩(wěn)性。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:一種脈沖換相階段電流控制方法，采用前饋控制與反饋控制相結(jié)合的方式，對脈沖換相階段的回路電流進行控制；其中，前饋控制隨時間推移，控制輸出量按照前饋控制參數(shù)控制的速度，逐漸增大，反饋控制采用電流偏差的比例控制。上述脈沖換相階段電流控制表達式C(t)是:C(t)=Cfw(t)+Cfb(t)其中，Cfw(t)表示t時刻的前饋控制量，Cfb(t)表示t時刻的反饋控制量。上述t時刻的前饋控制量的表達式Cfw (t)是: Cfw (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ Τ)其中，Cinit表示前饋初始控制量，t表示控制時刻，Ki表示前饋控制參數(shù)，Δ iupl表示與電流參考值與電流測量值偏差相關(guān)的量，ΛΤ表示控制器的計算周期。上述t時刻的反饋控制量的表達式Cfb(t)是:Cfb (t) =Kp* Λ i ⑴其中，Kp表示反饋比例系數(shù)，Ai⑴表示電流參考值與t時刻電流測量值偏差值，其中，Kp滿足下式約束:Kp*iref<cos ( a min)其中，iraf為脈沖換相階段回路電流參考值，取值0.3 lp.u.;amin為靜止變頻系統(tǒng)整流橋的最小觸發(fā)角，取值5° 25°。一種脈沖換相階段電流控制表達式的計算方法，包括如下步驟:(I)按照控制指標(biāo)要求，確定脈沖換相階段持續(xù)時間T，以秒為單位；根據(jù)被拖動電機轉(zhuǎn)動慣量，確定維持脈沖換相階段末電機轉(zhuǎn)速的控制量Cfw(T),及實現(xiàn)電機初始轉(zhuǎn)動的初始控制量Cinit ;在0.0005s 0.0Ols范圍內(nèi)選取控制器控制周期Λ T的取值；在0.1
0.2p.u范圍內(nèi)選取合適的前饋控制的輸入量Aiupl，據(jù)此，在10 5之間確定h的取值；(2)將上述已知值代入下式:Ki=Ii* (Cfw W-Cinit)* Λ T/T獲得前饋控制參數(shù)Ki ；(3)在0.3 lp.u范圍內(nèi)，根據(jù)電機升速快慢要求，選擇合適的脈沖換相階段回路電流參考值iMf，確定整流橋的最小觸發(fā)角a min，按照下式約束，選擇反饋比例系數(shù)Kp的值:KpKcos(Qniin)；( 4 )將前述K1、Kp代入下式:C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ T) +Kp* Δ i (t)即獲得將前饋控制與反饋控制相結(jié)合的靜止變頻系統(tǒng)脈沖換相階段電流控制表達式。采用上述方案后，本發(fā)明采用前饋控制與反饋控制相結(jié)合，前饋控制具有隨時間推移，控制量按照前饋控制參數(shù)控制的速度，逐漸增大的特性，與電機啟動過程中隨著電機轉(zhuǎn)速上升、回路阻抗增加的特性相匹配，可維持回路電流在一定水平；反饋控制采用電流偏差的比例控制，具有換相后使電流快速上升的控制效果；兩種控制方式相結(jié)合，使得控制參數(shù)具有良好的適應(yīng)性，實現(xiàn)了脈沖換相階段電流恢復(fù)的快速性和后續(xù)維持在一定水平，確保電機在該階段升速快速、平穩(wěn)，進而提高靜止變頻啟動設(shè)備的工作可靠性，解決了常規(guī)控制方法下，電機脈沖換相階段升速緩慢、啟動易失敗的問題。


圖1是靜止變頻系統(tǒng)功率橋部分示意圖；圖2是脈沖換向階段斷續(xù)的回路電流示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明。本發(fā)明提供一種脈沖換相階段電流控制方法，采用前饋控制與反饋控制相結(jié)合的方式，對靜止變頻控制系統(tǒng)脈沖換相工作階段的回路電流進行控制，包括以下兩部分內(nèi)容:
(I)前饋控制在電機啟動脈沖換相階段，前饋控制輸出基于前饋初始控制量Cinit、以(Ki* Δ iupl/AT)的速度增加，表達為式①:Cfw (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ ΔΤ)①即，t時刻的前饋控制量Cfw⑴等于初始控制量Cinit加上從O時刻(控制開始時刻)到t時刻的時間段內(nèi)，以(Ki* Λ iupl/△ T)速度增加的控制量。式①中Λ iupl為與電流參考值與電流測量值偏差相關(guān)的量^為前饋控制參數(shù)；AT為控制器的計算周期。對于實際控制，需要確定控制參數(shù)1、Δ iupl的大小。式①變換為式②:Ki^A Iupl= (Cfw (t)-Cinit) *AT/t ②實際應(yīng)用中，脈沖換相階段持續(xù)時間T (以秒為單位)為已知的控制指標(biāo)；維持脈沖換相階段末電機轉(zhuǎn)速的控制量Cfw(T)、實現(xiàn)電機初始轉(zhuǎn)動的初始控制量Cinit,只與電機本體相關(guān)，可視為常量；控制器控制周期AT —般取0.0005s 0.001s，將上述已知量代入式②得式③:Ki* Δ Iupl= (Cfw ⑴-Cinit) * Λ T/T ③Δ iupl作為前饋控制的輸入量，考慮到控制的平穩(wěn)性，一般取值為0.1 0.2p.u.，則Ki可以式④計算獲得:Ki=Ii* (Cfw W-Cinit)* Λ T/T ④其中h = 5 10。(2)反饋控制在電機啟動脈沖換相階段，以電流偏差的比例控制作為反饋控制，實現(xiàn)換相后電流快速上述，其表達式為:Cfb (t) =Kp* Δ i ⑴⑤S卩，t時刻的反饋控制量CfbU)等于反饋比例系數(shù)Kp乘上電流參考值與t時刻電流測量值偏差值Λ i (t)。其中Kp滿足下式⑥約束:Kp*iref〈C0S ( a min)⑥其中，iref為脈沖換相階段回路電流參考值，以靜止變頻系統(tǒng)額定電流為基值的標(biāo)幺值，一般取0.3 lp.u.；a min是靜止變頻系統(tǒng)整流橋的最小觸發(fā)角，根據(jù)靜止變頻系統(tǒng)實際容量，可取5° 25°。(3)前饋控制與反饋控制相結(jié)合最終的控制表達式為式⑦:C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ T) +Kp* Δ i (t)⑦前饋控制隨時間推移，控制輸出量按照前饋控制參數(shù)控制的速度逐漸增大；反饋控制采用電流偏差的比例控制。本發(fā)明還提供一種前述脈沖換相階段電流控制表達式的計算方法，按照控制指標(biāo)要求，確定脈沖換相階段持續(xù)時間T (以秒為單位)；根據(jù)被拖動電機轉(zhuǎn)動慣量，確定維持脈沖換相階段末電機轉(zhuǎn)速的控制量Cfw(T),及實現(xiàn)電機初始轉(zhuǎn)動的初始控制量Cinit ;在
0.0005s 0.0Ols范圍內(nèi)選取控制器控制周期Λ T的取值；在0.1 0.2p.u范圍內(nèi)選取合適的前饋控制的輸入量Λ iupl，據(jù)此，在10 5之間確定h的取值。將上述已知值代入下式:Ki=M(CfJT)-CinitRAiyT獲得前饋控制參數(shù)Ki。在0.3 lp.u范圍內(nèi)，根據(jù)電機升速快慢要求，選擇合適的脈沖換相階段回路電流參考值iMf，確定整流橋的最小觸發(fā)角amin，按照下式約束，選擇反饋比例系數(shù)Kp的值:Kp*iref〈cos ( a min)將前述K1、Kp代入下式: C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ T) +Kp* Δ i (t)即可獲得將前饋控制與反饋控制相結(jié)合的靜止變頻系統(tǒng)脈沖換相階段電流控制表達式。以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.種脈沖換相階段電流控制方法，其特征在于:采用前饋控制與反饋控制相結(jié)合的方式，對脈沖換相階段的回路電流進行控制；其中，前饋控制隨時間推移，控制輸出量按照前饋控制參數(shù)控制的速度，逐漸增大，反饋控制采用電流偏差的比例控制。
2.權(quán)利要求1所述的一種脈沖換相階段電流控制方法，其特征在于:所述脈沖換相階段電流控制表達式C (t)是: C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) 其中，Cfw⑴表示t時刻的前饋控制量，Cfb⑴表示t時刻的反饋控制量。
3.權(quán)利要求2所述的一種脈沖換相階段電流控制方法，其特征在于:所述t時刻的前饋控制量的表達式Cfw (t)是: Cfw W=Cini^(KjAiuplMT) 其中，Cinit表示前饋初始控制量，t表示控制時刻，Ki表示前饋控制參數(shù)，Δ iupl表示與電流參考值與電流測量值偏差相關(guān)的量，ΛΤ表示控制器的計算周期。
4.權(quán)利要求2所述的一種脈沖換相階段電流控制方法，其特征在于:所述t時刻的反饋控制量的表達式Cfb⑴是: Cfb (t) =Kp* Δ i (t) 其中，Kp表示反饋比例系數(shù)，Ai(t)表示電流參考值與t時刻電流測量值偏差值，其中，Kp滿足下式約束:Kp*iref<COS (amJ 其中，iMf為脈沖換相階段回路電流參考值，取值0.3 lp.u.; a min為靜止變頻系統(tǒng)整流橋的最小觸發(fā)角，取值5° 25°。
5.種脈沖換相階段電流控制表達式的計算方法，其特征在于包括如下步驟: (O按照控制指標(biāo)要求，確定脈沖換相階段持續(xù)時間T，以秒為單位；根據(jù)被拖動電機轉(zhuǎn)動慣量，確定維持脈沖換相階段末電機轉(zhuǎn)速的控制量Cfw (T),及實現(xiàn)電機初始轉(zhuǎn)動的初始控制量Cinit ;在0.0005s 0.0Ols范圍 內(nèi)選取控制器控制周期Λ T的取值；在0.1 0.2ρ.u范圍內(nèi)選取合適的前饋控制的輸入量Λ iupl，據(jù)此，在10 5之間確定h的取值； (2)將上述已知值代入下式:Ki=M (Cfw W-Cinit)* Λ T/T 獲得前饋控制參數(shù)Ki ； (3)在0.3 lp.u范圍內(nèi)，根據(jù)電機升速快慢要求，選擇合適的脈沖換相階段回路電流參考值iMf，確定整流橋的最小觸發(fā)角amin，按照下式約束，選擇反饋比例系數(shù)Kp的值:Kp*iref<COS (amJ (4)將前述K1、Kp代入下式: C (t) =Cfw (t) +Cfb (t) =Cinit+t* (Ki* Δ iupl/ Δ T) +Kp* Δ i (t) 即獲得將前饋控制與反饋控制相結(jié)合的靜止變頻系統(tǒng)脈沖換相階段電流控制表達式。
全文摘要
本發(fā)明公開一種脈沖換相階段電流控制方法，采用前饋控制與反饋控制相結(jié)合的方式，對脈沖換相階段的回路電流進行控制；其中，前饋控制隨時間推移，控制輸出量按照前饋控制參數(shù)控制的速度，逐漸增大，反饋控制采用電流偏差的比例控制。此控制方法通過很好地協(xié)調(diào)脈沖換向階段電機轉(zhuǎn)速上升與系統(tǒng)回路電流之間的關(guān)系，能夠為電機轉(zhuǎn)動提供持續(xù)正向轉(zhuǎn)矩，同時實現(xiàn)電流快速上升和后續(xù)維持回路電流在一定水平，提高脈沖換相階段電機啟動的快速性和平穩(wěn)性。本發(fā)明還公開一種脈沖換相階段電流控制表達式的計算方法。
文檔編號H02P6/20GK103095195SQ20131001483
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者閆偉, 吳龍, 劉為群, 石祥建, 袁江偉, 沈全榮, 梁少華 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司