CN113572370A - 一种智能整流回馈共直流母线系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能整流回馈共直流母线系统,包括控制器、滤波电感L、预充电回路、智能整流回馈电路、直流母线电容C和逆变电路,智能整流回馈电路和逆变电路均与直流母线电容C并联,智能整流回馈电路采用三相全桥整流电路,包括三个IGBT模块,每个IGBT模块包括一组触发脉冲相差180度的二极管,在每个二极管上并联一个IGBT开关,每相IGBT连接一路滤波电感和预充电回路;在智能整流回馈电路上并联有泄放电路;本发明提供一种智能整流回馈方式,以较低成本实现直流母线稳压功能,无冗余的外加器件,减小了系统体积和成本,以便捷的控制方式解决了直流母线升高的问题,在系统断电或故障时,由于直流泄放回路的存在,大大提高了系统的安全性。

Description

一种智能整流回馈共直流母线系统及控制方法
技术领域
本发明涉及轮毂电机控制技术领域,具体涉及一种智能整流回馈共直流母线系统及控制方法。
背景技术
在工业智能设备应用中,常需要多台电机协同工作。如果配置多台驱动器,则每台驱动器都需配置整流,预充电,制动模块等,使得系统复杂程度大大增加。故在多轴驱动设备应用中,配置共直流母线应用具有优势。
目前,共直流母线系统主要有三种方式。
一方式为使用二极管整流装置,配置制动模块实现直流母线电压在合理的范围内。该方法设置较为简便,但不具备反馈功能,增加制动模块增加了系统的损耗,并且大大增加了系统体积。一般只应用于低端应用场合。
二方式为使用PWM整流器,实现共直流母线整流回馈功能。该方案能够实现整装置四象限运行,但是系统的控制驱动较为复杂,整流前端还需要配置大容量滤波电感,成本较高,一般只应用于高端应用场合。
三方式为使用二极管整流加上单独配置的PWM回馈装置。该方式使用二极管整流对直流母线进行充电,通过外置的PWM回馈装置对制动能量进行回馈,回馈装置的容量可以根据实际情况进行合理配置。但是系统的控制较为复杂,且仍需配置滤波电感,成本也较高。一般只应用于小容量高端应用场合。
发明内容
技术目的:针对现有共直流母线系统不足,本发明公开了一种系统体积小,成本低以较低成本实现直流母线稳压功能,无冗余的外加器件的智能整流回馈共直流母线系统及控制方法。
技术方案:为实现上述技术目的,本发明采用了如下技术方案:
一种智能整流回馈共直流母线系统,包括控制器、滤波电感L、预充电回路、智能整流回馈电路、直流母线电容C和逆变电路,智能整流回馈电路和逆变电路均与直流母线电容C并联,智能整流回馈电路采用三相全桥整流电路,包括三个IGBT模块,每个IGBT模块包括一组导通角度相差180度的二极管,在每个二极管上并联一个IGBT开关,每相IGBT连接一路滤波电感和预充电回路;在智能整流回馈电路上并联有泄放电路;
预充电回路包括预充电限流电阻R1和预充电接触器KM1,预充电接触器KM1并联在预充电限流电阻R1的两端,泄放电路包括串联的泄放电阻R2和泄放接触器KM2,预充电接触器KM1、泄放接触器KM2均与控制器电连接。
本发明还提供一种基于上述智能整流回馈共直流母线系统的控制方法,包括步骤:
S01、控制器根据直流母线电压采样值,控制预充电接触器KM1的开闭,泄放接触器KM2与预充电接触器KM1采用反逻辑控制,
S02、在预充电完成后,闭合预充电接触器KM1,电流经过IGBT模块的二极管进行整流,将相间交流电压转化为直流电压,由逆变电路输出至电机;
S03、依据交流线电压的过零点,在控制器内预设控制脉冲,依序触发对应相IGBT,在直流母线电压高于网侧电压时,进行回馈运行,直流母线电压低于网侧电压时,进行整流运行;
S04、控制器监测直流母线的电压值,在网侧电压断开后,电压值降低到设定电压值以下时,控制器发出预充电接触器KM1断开信号与泄放接触器KM2闭合信号,闭合泄放电阻R2,对直流母线电容C上电压进行放电。
优选地,本发明在步骤S03中,将三个IGBT模块依次记为第一IGBT模块、第二IGBT模块和第三IGBT模块,对应的相电压记为Ua、Ub和Uc,第一IGBT模块包括二极管Q1、二极管Q4,第二IGBT模块包括二极管Q3和二极管Q6,第三IGBT模块包括二极管Q5和二极管Q2,在每个二极管上并联有IGBT开关;二极管Q1在Ua大于Ub和Uc时导通,二极管Q4在Ua小于Ub和Uc时导通,对应的推出二极管Q2、Q3、Q5、Q6的导通时序,在二极管导通时,与导通的二极管对应的IGBT开关在电压自然换流点闭合,在一个交流电源周期内IGBT开关只导通和关断一次。
优选地,本发明的IGBT开关在自然换流点导通后,持续120°关断。
优选地,本发明在步骤S01中,反逻辑控制指预充电接触器KM1闭合时,泄放接触器KM2断开;预充电KM1断开时,泄放接触器KM2闭合。
有益效果:本发明所提供的一种智能整流回馈共直流母线系统及控制方法具有如下有益效果:
1、本发明以相较于AFE更小的尺寸实现整流回馈控制,进线滤波电感容量要比常规AFE小,减小了系统体积,降低了系统成本;
2、整流回馈控制方式比常规AFE要简单得多,由直流母线电压智能决定是处于整流状态还是回馈状态,控制逻辑简洁,大大提高了系统的稳定性和可靠性。
3、本发明的预充电回路与泄放回路控制处于反逻辑状态,保证预充电完成,系统运行时不产生多余的功率消耗;在系统断电或故障时,由于泄放电路的存在,大大提高了系统的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
图1为本发明电气原理图;
图2为本发明智能整流回馈流程图;
图3为本发明整流回馈控制时序图。
具体实施方式
下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示本发明所提供的一种智能整流回馈共直流母线系统,包括控制器、滤波电感L、预充电回路、智能整流回馈电路、直流母线电容C和逆变电路,智能整流回馈电路和逆变电路均与直流母线电容C并联,智能整流回馈电路采用三相全桥整流电路,包括三个IGBT模块,每个IGBT模块包括一组导通角度相差180度的二极管,在每个二极管上并联一个IGBT开关,每相IGBT连接一路滤波电感和预充电回路;在智能整流回馈电路上并联有泄放电路;
预充电回路包括预充电限流电阻R1和预充电接触器KM1,预充电接触器KM1并联在预充电限流电阻R1的两端,泄放电路包括串联的泄放电阻R2和泄放接触器KM2,预充电接触器KM1、泄放接触器KM2均与控制器电连接。
本发明还提供一种基于上述智能整流回馈共直流母线系统的控制方法,包括步骤:
S01、控制器根据直流母线电压采样值,控制预充电接触器KM1的开闭,泄放接触器KM2与预充电接触器KM1采用反逻辑控制,预充电接触器KM1闭合时,泄放接触器KM2断开;预充电KM1断开时,泄放接触器KM2闭合;
S02、在预充电完成后,闭合预充电接触器KM1,电流经过IGBT模块的二极管进行整流,将相间交流电压转化为直流电压,由逆变电路输出至电机;
S03、依据交流线电压的过零点,在控制器内预设控制脉冲,依序触发对应相IGBT,在直流母线电压高于网侧电压时,进行回馈运行,直流母线电压高于网侧电压时,进行整流运行;
S04、控制器监测直流母线的电压值,在网侧电压断开后,电压值降低到设定电压值以下时,控制器发出预充电接触器KM1断开信号与泄放接触器KM2闭合信号,闭合泄放电阻R2,对直流母线电容C上电压进行放电。
在步骤S03中,将三个IGBT模块依次记为第一IGBT模块、第二IGBT模块和第三IGBT模块,对应的相电压记为Ua、Ub和Uc,第一IGBT模块包括二极管Q1、二极管Q4,第二IGBT模块包括二极管Q3和二极管Q6,第三IGBT模块包括二极管Q5和二极管Q2,在每个二极管上并联有IGBT开关;二极管Q1在Ua大于Ub和Uc时导通,二极管Q4在Ua小于Ub和Uc时导通,对应的推出二极管Q2、Q3、Q5、Q6的导通时序,即二极管Q3在Ub大于Ua和Uc时导通,二极管Q6在Ub小于Ua和Uc时导通,二极管Q5在Uc大于Ua和Ub时导通,二极管Q2在Uc小于Ua和Ub时导通。
二极管导通时,与导通的二极管对应的IGBT开关在电压自然换流点闭合,IGBT开关在自然换流点导通后,持续120°关断,在一个交流电源周期内IGBT开关只导通和关断一次;不使用PWM控制方式,它的开关器件只按照固定模式执行开关动作,每相桥臂上下两只管子脉冲相差180°,正常工作模式下,不会发生直通现象。触发脉冲不需像AFE装置一样设置死区。由于开关频率低,开关损耗非常小。
如图2所示为本发明控制器进行整流回馈控制流程图,控制器先自动复位进行进行故障检测,在存在故障时,停止发射脉冲,进行故障显示,在接收到复位信号后,参数复位重新进行故障检测,在故障排除后,电路启动,控制器检测预充电回路是否预充完成,在预充电完成后,闭合预充电接触器KM1,短路R1,进行整流回馈控制,检测电路相序是否正常,无故障则发送脉冲控制IGBT开关,在网侧电压低于直流母线电压时进行回馈控制。
如图3所示,U为网侧相电压,UL为网侧线电压,iVT1为二极管Q1中通过的电流,UVT1为二极管Q1承受的电压,从图中可以看出,二极管Q1的触发角度正好为Uac的过零点,,依时序图推出剩余二极管的触发角度,在控制器内预先置入控制程序,依据过零点时刻依序触发相应的IGBT开关,在网侧电压小于直流母线电压时,自动进行回馈。
本发明在使用时,三相或单相交流进线输入,经过小型电感L滤波后,进入由接触器KM1与预充电阻R1控制的预充电回路,在预充电完成后发出脉冲对智能整流回馈装置进行控制,同时监控系统的状态,在整流过程中,由智能整流回馈电路的反并联二极管进行整流,交流电网能量通过二极管对直流母线电容C进行充电,实现整流控制,当电机处于制动状态,直流母线电压高于网侧电压时,智能整流回馈电路中IGBT导通,电流流向反转,直流母线能量通过IGBT向电网进行回馈,实现反馈运行。整体能量流向为从直流母线流向网侧;在网侧电压断开后,控制器监测直流母线电压值,在电压值降低到设定电压值以下时,控制器发出KM1断开信号与KM2闭合信号,闭合泄放电阻R2,此时R2对直流母线电容C上电压进行放电,大大提高了系统安全性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种智能整流回馈共直流母线系统,其特征在于,包括控制器、滤波电感L、预充电回路、智能整流回馈电路、直流母线电容C和逆变电路,智能整流回馈电路和逆变电路均与直流母线电容C并联,智能整流回馈电路采用三相全桥整流电路,包括三个IGBT模块,每个IGBT模块包括一组导通角度相差180度的二极管,在每个二极管上并联一个IGBT开关,每相IGBT连接一路滤波电感和预充电回路;在智能整流回馈电路上并联有泄放电路;
预充电回路包括预充电限流电阻R1和预充电接触器KM1,预充电接触器KM1并联在预充电限流电阻R1的两端,泄放电路包括串联的泄放电阻R2和泄放接触器KM2,预充电接触器KM1、泄放接触器KM2均与控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能整流回馈共直流母线系统的控制方法,其特征在于,包括步骤:
S01、控制器根据直流母线电压采样值,控制预充电接触器KM1的开闭,泄放接触器KM2与预充电接触器KM1采用反逻辑控制,
S02、在预充电完成后,闭合预充电接触器KM1,电流经过IGBT模块的二极管进行整流,将相间交流电压转化为直流电压,由逆变电路输出至电机;
S03、依据交流线电压的过零点,在控制器内预设控制脉冲,依序触发对应相IGBT,在直流母线电压高于网侧电压时,进行回馈运行,直流母线电压低于网侧电压时,进行整流运行;
S04、控制器监测直流母线的电压值,在网侧电压断开后,电压值降低到设定电压值以下时,控制器发出预充电接触器KM1断开信号与泄放接触器KM2闭合信号,闭合泄放电阻R2,对直流母线电容C上电压进行放电。
3.根据权利要求2所述的一种智能整流回馈共直流母线系统的控制方法,其特征在于,在步骤S03中,将三个IGBT模块依次记为第一IGBT模块、第二IGBT模块和第三IGBT模块,对应的相电压记为Ua、Ub和Uc,第一IGBT模块包括二极管Q1、二极管Q4,第二IGBT模块包括二极管Q3和二极管Q6,第三IGBT模块包括二极管Q5和二极管Q2,在每个二极管上并联有IGBT开关;二极管Q1在Ua大于Ub和Uc时导通,二极管Q4在Ua小于Ub和Uc时导通,对应的推出二极管Q2、Q3、Q5、Q6的导通时序,在二极管导通时,与导通的二极管对应的IGBT开关在电压自然换流点闭合,在一个交流电源周期内IGBT开关只导通和关断一次。
4.根据权利要求3所述的一种智能整流回馈共直流母线系统的控制方法,其特征在于,IGBT开关在自然换流点导通后,持续120°关断。
5.根据权利要求2所述的一种智能整流回馈共直流母线系统的控制方法,其特征在于,在步骤S01中,反逻辑控制指预充电接触器KM1闭合时,泄放接触器KM2断开;预充电KM1断开时,泄放接触器KM2闭合。
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CN115912267A (zh) * 2022-11-09 2023-04-04 成都哈工驱动科技有限公司 基于伺服驱动的共直流母线对拖装置
CN115912267B (zh) * 2022-11-09 2023-11-21 成都哈工驱动科技有限公司 基于伺服驱动的共直流母线对拖装置

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