CN102412735A - 四象限变频器用控制方法 - Google Patents

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金江
曹建文
张胜达
王德光
许连丙
候林
石博
贾运红
唐会成
张小刚
呼守信
李东
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Shanxi Tiandi Coal Mining Machinery Co Ltd
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Abstract

本发明涉及四象限变频器，具体是一种四象限变频器用控制方法。解决了通用四象限变频器所用控制算法比较复杂且不易实现等问题，所述控制方法包括电机电动工况控制步骤和电机发电工况控制步骤；电机电动工况控制步骤包含整流步骤和逆变步骤；电机发电工况控制步骤包含回馈整流步骤、电压采样步骤、判定步骤、回馈逆变步骤。本发明所述控制方法合理、简单、易实现，可靠性高，故障率低，易于在煤矿梭车上推广应用。

Description

四象限变频器用控制方法
技术领域
本发明涉及四象限变频器，具体是一种四象限变频器用控制方法，主要针对四象限变频器在煤矿梭车上的应用。
背景技术
通用四象限变频器的四象限运行皆基于全控器件-绝缘栅双极型晶体管IGBT和PWM脉宽调制技术实现。其电路结构比较复杂（如图1所示），需要加装输入正弦波滤波器6、升压电抗器7，使得变频器本体体积较大，无法安装在梭车上；其次，基于PWM脉宽调制技术实现的控制算法比较复杂，不易实现，并存在故障率较高等缺点；且由于绝缘栅双极型晶体管IGBT的频繁开通和关断，必然增加器件本身的热损耗，也就对变频器的散热能力提出了更高的要求，不利于实现四象限变频器在梭车上的应用。
发明内容
本发明为了解决通用四象限变频器所用控制算法比较复杂且不易实现等问题，提供了一种四象限变频器用控制方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：四象限变频器用控制方法，所述四象限变频器包括主电路、控制电路；
主电路由并联设置的整流单元、直流支撑电容、逆变单元构成；
整流单元由三路并联设置的整流支路构成，每一整流支路由两绝缘栅双极型晶体管IGBT串联构成，且每一绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联有二极管；每一整流支路中两绝缘栅双极型晶体管IGBT间的连接节点连接有连接导线，三路整流支路经连接导线分别与电网的三相电源线连接；
逆变单元由三路并联设置的逆变支路构成，每一逆变支路由两绝缘栅双极型晶体管IGBT串联构成，且每一绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联有二极管；每一逆变支路中两绝缘栅双极型晶体管IGBT间的连接节点连接有连接导线，三路逆变支路经连接导线分别与电机的三相电接线端连接；
控制电路包含检测电网三相电源线各相电压的电压采样单元、检测直流支撑电容电压的电压采样单元、控制整流单元中绝缘栅双极型晶体管IGBT开通和关断的整流侧控制器、以及控制逆变单元中绝缘栅双极型晶体管IGBT开通和关断的逆变侧控制器；
所述控制方法包括电机电动工况控制步骤和电机发电工况控制步骤；
电机电动工况控制步骤包含整流步骤和逆变步骤；此时，四象限变频器工作在第一、第三象限。
整流步骤，三相交流电由电网流向整流单元，整流侧控制器控制整流单元中所有绝缘栅双极型晶体管IGBT关断，三相交流电经由整流单元三支路中与绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联的二极管将交流电转化成直流电；
逆变步骤，逆变侧控制器产生6路PWM脉冲控制逆变单元中6个绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通和关断，将整流单元所获直流电转化成三相交流电输出，以驱动电机工作，其中，PWM脉冲的频率、脉宽由所要获得三相交流电的频率和幅值决定； 
电机发电工况控制步骤包含回馈整流步骤、电压采样步骤、判定步骤、回馈逆变步骤；此时，四象限变频器工作在二、四象限。
回馈整流步骤，当电机的实际转速高于变频器的给定转速时，电机产生的三相交流电流向逆变单元，三相交流电经由逆变单元三支路中与绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联的二极管将交流电转化成直流电，回馈至直流支撑电容； 
电压采样步骤，整流侧控制器驱动电压采样单元检测电网三相电源线各相电压及直流支撑电容电压；
判定步骤，依据电压采样步骤的检测结果，判定实时状态下，直流支撑电容电压是否达到设定值，以及电网三相电源线中电压最高的相线和电压最低的相线； 
回馈逆变步骤，如直流支撑电容电压达到设定值，整流侧控制器产生两路信号开通整流单元中的两个绝缘栅双极型晶体管IGBT：其一为在与电网三相电源线中电压最高相线连接的整流支路中与直流支撑电容正极相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT，其二为在与电网三相电源线中电压最低相线连接的整流支路中与直流支撑电容负极相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT；直流支撑电容的电能经电网三相电源线中电压最高相线和电压最低相线回馈电网。
与现有技术相比，本发明所述控制方法皆采用与绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联的二极管实施整流，且在电机发电工况实施回馈逆变控制时，整流侧控制器仅产生两路信号开通整流单元中的两个绝缘栅双极型晶体管IGBT，使回馈至直流支撑电容的电能经电网三相电源线中电压最高相线和电压最低相线回馈电网，完全区别于复杂的PWM脉宽调制技术，极大地简化了四象限变频器的控制算法，故障率较低；且有效减少了绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通和关断频率，减小了器件本身的热损耗，降低了对变频器的散热要求，利于实现四象限变频器在梭车上的应用；另外，在主电路结构上去掉了输入正弦波滤波器和升压电抗器，有效地减少了变频器本体的体积，使其能安装在梭车上。 
本发明所述控制方法合理、简单、易实现，可靠性高，故障率低，易于在煤矿梭车上推广应用。
附图说明
图1为现有四象限变频器主电路的电路原理图；
图2为本发明所述四象限变频器主电路的电路原理图；
图3为本发明所述四象限变频器控制电路的原理方框图；
图中：1-整流单元；2-直流支撑电容；3-逆变单元；4-绝缘栅双极型晶体管IGBT；5-二极管；6-正弦波滤波器；7-升压电抗器。
具体实施方式
四象限变频器用控制方法，所述四象限变频器包括主电路、控制电路；
主电路由并联设置的整流单元1、直流支撑电容2、逆变单元3构成（如图2所示）；
整流单元1由三路并联设置的整流支路构成，每一整流支路由两绝缘栅双极型晶体管IGBT4串联构成，且每一绝缘栅双极型晶体管IGBT4反并联有二极管5；每一整流支路中两绝缘栅双极型晶体管IGBT4间的连接节点连接有连接导线，三路整流支路经连接导线分别与电网的三相电源线连接；
逆变单元3由三路并联设置的逆变支路构成，每一逆变支路由两绝缘栅双极型晶体管IGBT4串联构成，且每一绝缘栅双极型晶体管IGBT4反并联有二极管5；每一逆变支路中两绝缘栅双极型晶体管IGBT4间的连接节点连接有连接导线，三路逆变支路经连接导线分别与电机的三相电接线端连接；
控制电路包含检测电网三相电源线各相电压的电压采样单元、检测直流支撑电容电压的电压采样单元、控制整流单元中绝缘栅双极型晶体管IGBT开通和关断的整流侧控制器、以及控制逆变单元中绝缘栅双极型晶体管IGBT开通和关断的逆变侧控制器（如图3所示）；
所述控制方法包括电机电动工况控制步骤和电机发电工况控制步骤；
电机电动工况控制步骤包含整流步骤和逆变步骤；
整流步骤，三相交流电由电网流向整流单元，整流侧控制器控制整流单元中所有绝缘栅双极型晶体管IGBT关断，三相交流电经由整流单元三支路中与绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联的二极管将交流电转化成直流电；
逆变步骤，逆变侧控制器产生6路PWM脉冲控制逆变单元中6个绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通和关断，将整流单元所获直流电转化成三相交流电输出，以驱动电机工作，其中，PWM脉冲的频率、脉宽由所要获得三相交流电的频率和幅值决定；
电机发电工况控制步骤包含回馈整流步骤、电压采样步骤、判定步骤、回馈逆变步骤；
回馈整流步骤，当电机的实际转速高于变频器的给定转速时，电机产生的三相交流电流向逆变单元，三相交流电经由逆变单元三支路中与绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联的二极管将交流电转化成直流电，回馈至直流支撑电容； 
电压采样步骤，整流侧控制器驱动电压采样单元检测电网三相电源线各相电压及直流支撑电容电压；
判定步骤，依据电压采样步骤的检测结果，判定实时状态下，直流支撑电容电压是否达到设定值，以及电网三相电源线中电压最高的相线和电压最低的相线； 
回馈逆变步骤，如直流支撑电容电压达到设定值，整流侧控制器产生两路信号开通整流单元中的两个绝缘栅双极型晶体管IGBT：其一为在与电网三相电源线中电压最高相线连接的整流支路中与直流支撑电容正极相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT，其二为在与电网三相电源线中电压最低相线连接的整流支路中与直流支撑电容负极相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT；直流支撑电容的电能经电网三相电源线中电压最高相线和电压最低相线回馈电网。

Claims (1)

1.一种四象限变频器用控制方法，所述四象限变频器包括主电路、控制电路；
主电路由并联设置的整流单元（1）、直流支撑电容（2）、逆变单元（3）构成；
整流单元（1）由三路并联设置的整流支路构成，每一整流支路由两绝缘栅双极型晶体管IGBT（4）串联构成，且每一绝缘栅双极型晶体管IGBT（4）反并联有二极管（5）；每一整流支路中两绝缘栅双极型晶体管IGBT（4）间的连接节点连接有连接导线，三路整流支路经连接导线分别与电网的三相电源线连接；
逆变单元（3）由三路并联设置的逆变支路构成，每一逆变支路由两绝缘栅双极型晶体管IGBT（4）串联构成，且每一绝缘栅双极型晶体管IGBT（4）反并联有二极管（5）；每一逆变支路中两绝缘栅双极型晶体管IGBT（4）间的连接节点连接有连接导线，三路逆变支路经连接导线分别与电机的三相电接线端连接；
所述控制方法包括电机电动工况控制步骤和电机发电工况控制步骤；
电机电动工况控制步骤包含整流步骤和逆变步骤；
整流步骤，三相交流电由电网流向整流单元，整流侧控制器控制整流单元中所有绝缘栅双极型晶体管IGBT关断，三相交流电经由整流单元三支路中与绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联的二极管将交流电转化成直流电；
逆变步骤，逆变侧控制器产生6路PWM脉冲控制逆变单元中6个绝缘栅双极型晶体管IGBT的开通和关断，将整流单元所获直流电转化成三相交流电输出，以驱动电机工作，其中，PWM脉冲的频率、脉宽由所要获得三相交流电的频率和幅值决定；
电机发电工况控制步骤包含回馈整流步骤、电压采样步骤、判定步骤、回馈逆变步骤；
回馈整流步骤，当电机的实际转速高于变频器的给定转速时，电机产生的三相交流电流向逆变单元，三相交流电经由逆变单元三支路中与绝缘栅双极型晶体管IGBT反并联的二极管将交流电转化成直流电，回馈至直流支撑电容； 
电压采样步骤，整流侧控制器驱动电压采样单元检测电网三相电源线各相电压及直流支撑电容电压；
判定步骤，依据电压采样步骤的检测结果，判定实时状态下，直流支撑电容电压是否达到设定值，以及电网三相电源线中电压最高的相线和电压最低的相线； 
回馈逆变步骤，如直流支撑电容电压达到设定值，整流侧控制器产生两路信号开通整流单元中的两个绝缘栅双极型晶体管IGBT：其一为在与电网三相电源线中电压最高相线连接的整流支路中与直流支撑电容正极相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT，其二为在与电网三相电源线中电压最低相线连接的整流支路中与直流支撑电容负极相连的绝缘栅双极型晶体管IGBT；直流支撑电容的电能经电网三相电源线中电压最高相线和电压最低相线回馈电网。
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