CN1989688B - 两相三相控制器的操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操作一两相三相控制器的方法。为优化一两相三相控制器的操作方法，建议在一两相三相控制器的两个可控相中对一个在这些相中可变的参数的量值进行匹配。特定而言，本发明放弃了沿用至今的在两个受控外导体中用一统一的触发延迟进行相位对称控制的原理，而是为每个受控外导体规定一自有的触发延迟。

Description

两相三相控制器的操作方法
技术领域
本发明涉及一种两相三相控制器的操作方法。此外，本发明还涉及一种两相三相控制器。
背景技术
三相控制器用于根据相栅(phase gating)原理对馈送给一电负载，特别是一异步电机的电功率进行配量。通过对馈送给异步电机的功率进行配量，可以减小起动电流和起动转矩，从而实现所谓的软起动。配量所使用的标准是所谓的触发延迟α，又称为“延迟”(Delay)。连接在三相控制器输出端上的负载中有变极电流半波流过，其中，每两个相继电流半波之间存在一由相栅决定的无电流时间间隔。
三相控制器的动力部分通常具有三组反向并联的晶闸管(thyristors)。由于随着三相控制器的额定功率不断增大，晶闸管的费用成了整个设备费用的决定性因素，因此现在也用只配有两组反向并联晶闸管的三相控制器。在这种所谓的两相三相控制器(two phase three phase controller)中，余下的外导体(outer conductor)实施为不可连接导体。这种结构有所精简的两相三相控制器的一个副效应是，尽管相栅角相同，但两个受控外导体内的电流的均方根值却互不相同。这种效应的原因在于受控异步电机内的三外导体电流间的磁相互作用，并取决于电力供应系统或异步电机的转动方向。由于电流大小并不均匀，功率半导体(晶闸管)及其散热器必须采取可应对高于要求值的值的设计，这是因为有必要对较高电流进行控制。受控外导体内的哪个电流较高，这取决于相连电力供应系统的转动方向，并可根据电力供应系统的转动方向发生变化。迄今为止，针对这一效应所作出的解决方案是对功率半导体进行这样一种设计，使得两个受控外导体上的两个阀组中的任意一个都能承载较高的电流。
发明内容
本发明的目的是优化一两相三相控制器的操作方法。这个目的通过以下的方法和的三相控制器来实现。
本发明公开一种在一三相电力供应系统中操作一两相三相电流控制器的方法，其中，在两个受控相中进行相角控制，其步骤如下：使用已知方法从数字化值中计算出一个电力供应系统周期内的电流均方根值；将两个均方根值相减，与额定电流IN进行比较，并用因子KI*TA加权，算出通过这种方法得到的加权值的总和，从中算出差分触发延迟Δα，其中KI是控制增益常数，TA是电力供应系统周期；以及从全局性触发延迟α中减去差分触发延迟Δα，或将差分触发延迟Δα与全局性触发延迟α相加，从中产生分别从属于两个受控外导体L1、L3的单个触发延迟α1、α3。
本发明公开一种用于在一三相电力供应系统中对两个受控相进行相角控制的两相三相电流控制器，其具有用于测量两个受控外导体L1、L3中的电流的电流互感器，以及一微处理器，测量信号被传输至所述微处理器的模/数转换器；使用已知方法从数字化值中计算出一个电力供应系统周期内的电流均方根值；将两个均方根值相减，与额定电流进行比较，并用因子KI*TA加权，算出通过这种方法得到的加权值的总和，从中算出差分触发延迟Δα，其中KI是控制增益常数，TA是电力供应系统周期；从全局性触发延迟α中减去差分触发延迟Δα，或将差分触发延迟Δα与全局性触发延迟α相加，从中产生分别从属于所述两个受控外导体L1、L3的单个触发延迟α1、α3；这两个触发延迟α1、α3被传输至一组合逻辑电路，所述组合逻辑电路据此为晶闸管生成相应的点火脉冲。
本发明的一主导思想是在一两相三相控制器的两个可控相中对一个在这些相中可变的参数的量值进行匹配。
特定而言，本发明放弃了沿用至今的在两个受控外导体中用一统一的触发延迟进行相位对称控制的原理，而是为每个受控外导体规定一自有的触发延迟。换言之就是进行相位不对称控制，即，两个受控相中的电流的均方根值进行相互匹配。这种匹配主要发生在异步电机的起动阶段，用以避免异步电机内出现参数差。原则上也可以在异步电机正常工作时进行这种匹配。
由于两个受控外导体中的参数值，尤其是电流，借助于本发明的“相位平衡器原理”(phase balancer principle)进行了相互近似，因此，所用阀组(功率半导体)无需再采取可应对预计最大值的设计。采取一可应对两个外导体相比而言较小的平均值的设计即可达到稳定工作的目的。由此可显著降低相关费用。本发明的方法的另一优点在于电力供应系统负载的更加均匀化。此外，发生网侧电压不对称时也会进行自动参数匹配。
通过本发明可以用两相三相控制器近似地实现三相三相控制器的功能，即在起动过程中减小起动电流和转矩的功能。
从属权利要求涉及的是本发明的其他有利实施例。
附图说明
下面借助附图与一实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1为现有技术中用于三相控制器的相栅、转速和转矩；
图2为现有技术中用于三相控制器的电流均方根值曲线图和电流差；
图3为使用一本发明的三相控制器时的相栅、转速和转矩；
图4为使用一本发明的三相控制器时的电流均方根值曲线图和电流差；
图5为本发明的方法的一示意图。
具体实施方式
在现有技术中，三相控制器例如可用于对一异步电机进行相栅控制。只有对三相控制器的控制方法具有变更的可能性，其中，对三相控制器的控制是借助其自身的控制单元而实现的，通过更改对三相控制器的控制方法可实现本发明的操作一三相控制器的方法。由于所述控制单元除如电流互感器和诸如此类的测量单元外通常还包括一微处理器或微控制器，因此，上述更改主要通过在所述微处理器或微控制器内运行的一计算机程序或任意一种其他形式(例如硬接线的电路)而实现。
在下述实施例中，外导体L1和L3例如为受控外导体，(从结构上看布置在中间的)外导体L2例如借助一铜制桥接线连接在三相控制器中。根据本发明，此时应该对均方根值I1rms和I3rms进行匹配。为此，先通过三相控制器的控制单元根据下述方程计算出一控制偏差ΔI：
ΔIk＝(I1rms(k)-I3rms(k))/IN  (方程1)
指数k表示采样时间t＝k·TA的值，其中，TA在50Hz电力供应系统中可以是TA＝20ms的电力供应系统周期。在此情况下，每一个电力供应系统周期进行一次重新计算。但也可以每两个、每三个或者每四个电力供应系统周期进行一次采样。根据方程1计算得出的控制偏差归一(normalized)成三相控制器的额定电流IN，即无量纲。
表示电流熄灭和下一次点火之间的时间间隔的“全局性”触发延迟α由三相控制器的控制装置根据在设备上整定的参数(起动电压、斜坡时间(ramptime)以及诸如此类的参数)以已知方式给予规定。为在两个受控外导体L1和L3中获得相同的均方根值，须从“全局性”触发延迟α中为每个受控外导体，即为每个晶闸管-阀组导出一自有的触发延迟α1和α3。这两个从属于外导体L1和L3的触发延迟由三相控制器的控制单元在加速过程中根据“全局性”触发延迟α按下述方程计算得出：
α1(k)＝αk-Δαk/2
α3(k)＝αk+Δαk/2      (方程2)
根据方程2得出的计算结果是，两个触发延迟α1和α3的平均值与“全局性”触发延迟α相对应，二者之间的差值与差分触发延迟Δα相对应。下一步是根据电流差ΔI来确定差分触发延迟Δα。这一结果根据下述方程计算得出：
Δ α k = K I · T A Σ v = 0 k - 1 Δ I v (方程3)
也就是说，从起动过程一开始就通过先前电力供应系统周期的数目算出两个外导体L1和L3之间的电流差的总和，并根据方程3从这个总和中计算出差分触发延迟Δα(时间离散的积分控制器)。在一50Hz电力供应系统中，方程3中又称为控制器增益的常数KI的有利取值范围为约0.03至0.05。其中特别有利的KI值是0.05。KI值过大就会导致系统出现不稳定。
也就是说，本发明不再像先前技术那样为每个外导体，更确切地说，为每个阀组规定相同的相栅，而是为两个受控相设定不同的相栅，即不同的触发延迟。其中，本发明的方法的主要特征是根据当前测量数据进行匹配，即所谓的“在线”匹配。这样就无需再进行不精确的估算。
方程3所表示的计算方法可理解为一实施例，自然可在本发明范围内对其进行修改。
下面借助附图对本发明的方法的效用进行说明。
图1显示使用一传统三相控制器时的相栅(延迟α)(单位：度)、转速n(单位：min-1)以及转矩M(单位：Nm)和时间t(单位：秒)。图2显示以一30kW异步电机为例、相同时间间隔内电流I1、I2和I3的均方根值的曲线走向以及受控外导体的电流差。
大约当触发延迟为α＝77°/180°·10ms＝4.3ms时，两个受控外导体L1和L3的电流均方根值逐渐分离。I3rms超出I1rms约22安培，约占额定电流(IN＝55安培)的40％。有效电流的最大值为202安培(L1)或220安培(L3)。
如果用本发明的方法操作图1、2所对应的三相控制器，就会得到图3、图4所示的特性曲线。为清楚起见，图3用十倍的负值表示差分触发延迟Δα。如图4所示，两个受控外导体L1和L3中的电流的均方根值I1rms、I3rms非常近似。两个外导体的最大值约为210安培，大致是图2所示的两个最大值的平均值。
图5以简化示意图形式显示一本发明的用于异步电机(ASM)的三相控制器。在这个实施例中，两个受控外导体L1和L3中的电流由一电流互感器测量。测量信号被传输至一微处理器的一模/数转换器。使用已知方法从数字化值中计算出一个电力供应系统周期内的电流均方根值。将两个均方根值相减，与额定电流IN进行比较，并用因子KI*TA加权。算出通过这种方法得到的加权值的总和，从中算出差分触发延迟Δα。从全局性触发延迟α中减去差分触发延迟Δα(L1)，或将差分触发延迟Δα与全局性触发延迟α相加(L3)。从中产生分别从属于两个受控外导体L1和L3的单个触发延迟α1和α3。这两个触发延迟α1和α3被传输至一组合逻辑电路，所述组合逻辑电路据此为晶闸管生成相应的点火脉冲。

Claims (3)

1.一种在一三相电力供应系统中操作一两相三相电流控制器的方法，其中，在两个受控相中进行相角控制，其步骤如下：
使用已知方法从数字化值中计算出一个电力供应系统周期内的电流均方根值，
将两个均方根值相减，与额定电流(IN)进行比较，并用因子KI*TA加权，算出通过这种方法得到的加权值的总和，从中算出差分触发延迟(Δα)，其中KI是控制增益常数，TA是电力供应系统周期，以及
从全局性触发延迟(α)中减去差分触发延迟(Δα)，或将差分触发延迟(Δα)与全局性触发延迟(α)相加，从中产生分别从属于两个受控外导体(L1、L3)的单个触发延迟(α1、α3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
使用一取值范围为0.03至0.05的数值作为计算所述差分触发延迟的控制增益常数。
3.一种用于在一三相电力供应系统中对两个受控相进行相角控制的两相三相电流控制器，其具有
用于测量两个受控外导体(L1、L3)中的电流的电流互感器，以及
一微处理器，测量信号被传输至所述微处理器的模/数转换器；使用已知方法从数字化值中计算出一个电力供应系统周期内的电流均方根值；将两个均方根值相减，与额定电流进行比较，并用因子KI*TA加权，算出通过这种方法得到的加权值的总和，从中算出差分触发延迟(Δα)，其中KI是控制增益常数，TA是电力供应系统周期；从全局性触发延迟(α)中减去差分触发延迟(Δα)，或将差分触发延迟(Δα)与全局性触发延迟(α)相加，从中产生分别从属于所述两个受控外导体(L1、L3)的单个触发延迟(α1、α3)；这两个触发延迟(α1、α3)被传输至一组合逻辑电路，所述组合逻辑电路据此为晶闸管生成相应的点火脉冲。
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