具有无功功率矢量控制的馈入转换器制造技术

技术编号:10694046 阅读:329 留言:0更新日期:2014-11-26 20:16
一种用于控制一频率转换器(520)的方法包含步骤:测量在一三相供电网络(530)的相位导体(531、532、533)中流动的相位电流(831、832、833);产生一第一调变空间向量(572),所述第一调变空间向量包含一角度(573)与一已确定调变指标(575),所述角度与所述三相供电网络(530)的一供应电压同步,且所述已确定调变指标是作为一振幅;根据所述第一调变空间向量(572)与所测量的相位电流(831、832、833)产生一第三调变空间向量(873);以及根据所述第三调变空间向量(873)调变所述频率转换器(520)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有无功功率矢量控制的馈入转换器
本专利技术是关于一种用于控制一频率转换器的方法,以及关于一种用于从一三相供电网络的一供应电压产生一中间电路电压的电路配置。
技术介绍
已经知道可在制造与制程自动化中使用具有可变旋转速率的电驱动机构。对于这类电驱动机构的开放回路控制与封闭回路控制而言,已经知道可使用具有一中间电压电路的频率转换器。对应的控制电路首先经由整流而从一供应电压(大部分为一第一三相电压)产生一直流电压(其称为一中间电路电压)。所述直流电压接着会经由一逆变整流器而转换为具有一可调整振幅与一可调整频率的一第二三相电压。用于产生一三相电压的所述逆变整流器可经由例如脉宽调变而加以控制。在先前技术中,常使用六脉冲桥式整流器作为整流器以产生中间电路电压。所述六脉冲桥式整流器包含简单的配置与稳健的操作行为。习知桥式整流器的优点在于它们可以无困难地在三相电压与直流电压之间平行切换。然而,这类二极管整流器的缺点为,它们会耗用三相供电网络的能量,但却无法将能量反馈至供电网络中,这是因为桥式整流器的二极管仅允许电流在单一方向中流动。当由一频率转换器所控制的一马达被电气减慢时,在这种情况下自由设定的能量是储存在频率转换器的中间电路的电容器中;其结果是,中间电路中的直流电压会增加。若使用高电容的中间电路电容器,则可储存一对应高能量的大小,这即为例如多个组件并联连接的情形。然而,当中间电路电压达到组件的临界位准,则必须停止减慢马达的程序,或是再也无法储存在中间电路电容器中的能量必会转换成暂时连接的制动电阻或负载电阻中的热,能量就因此而浪费了。经由未受控制的二极管整流来产生中间电路电压的一种替代方式是使用一受控制的馈入/反馈转换器。这些馈入/反馈转换器也被称为有效前端(ActiveFrontEnd)。这些馈入/反馈转换器使用六个晶体管来取代六个二极管,大部分是具有一回复二极管、具有绝缘闸电极的双极晶体管(IGBT晶体管)。此外,需要三个供电网络电感以平滑电流。在馈入/反馈转换器的操作期间,中间电路电压是独立于电位供应电压扰动而测量且被设定为一固定值,例如700V。这种馈入/反馈转换器的优点是,比起供应电压,增加的中间电路电压可允许以较高转速来操作马达。有利的是,馈入/反馈转换器也允许能量从中间电路反馈至供电网络。然而,在传统的馈入/反馈转换器中,中间电路电容器中所储存的能量是固定的。电力总是直接来自供电网络,也直接流回供电网络。中间电路电容器无法吸收瞬间电力峰值。这种馈入/反馈转换器的另一个缺点是其比基本的二极管整流器有明显更高的工作量,较高的工作量会导致增加的架构尺寸与增加的花费。此外,由于需要封闭回路控制,传统馈入/反馈转换器的操作比二极管整流更不稳健。除了由中间电路电容器所配置的控制回路的能量储存、以及三个供电网络电感之外,还需设有两个积分器(PI向量控制)以进行电流控制、以及一个积分器以进行电压控制,这也增加了系统的等级。习知馈入/反馈转换器的另一个缺点是,其并不用于平行切换直流电压中间电路。一般而言,一个单一馈入/反馈转换器会供应数个驱动机构,因此,所述馈入/反馈转换器必须要针对最大可能最佳性能加以配置,这导致在正常操作期间有次佳效率。传统馈入/反馈转换器的另一个缺点是,在具有一感应式内电阻的实际供电网络中(例如,当设有变压器时),平行切换的数个馈入/反馈转换器的控制回路无法完全解耦接。根据现有技术状态的馈入/反馈转换器的另一个缺点是,它们在马达运作期间的效率会减少约1个百分点。二极管桥包含约99%的效率,然馈入/反馈转换器仅具有约98%的效率。这是因为在快速切换的功率半导体以及用于平滑电流的较高供电网络电感中的额外损失之故。因此,传统上,将能量反馈至供电网络并不是有利益的,直到在运作期间有平均明显高于约1%的性能被反馈为止。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于指明一种用以控制一频率转换器的改良方法,此目的可经由具有如权利要求1所述特征的用于控制一频率转换器的方法来加以解决。本专利技术的另一目的在于提供一种用于从一三相供电网络的供应电压产生一中间电路电压的改良电路配置,此目的可经由具有如权利要求5所述特征的电路配置来加以解决。在权利要求附属项中说明了较佳的具体实施方式。一种用于控制一频率转换器的专利技术方法包含步骤:测量在一三相供电网络的相位导体中流动的相位电流;产生一第一调变空间向量,所述第一调变空间向量包含一角度与一已确定调变指标,所述角度与所述三相供电网络的一供应电压同步,且所述已确定调变指标是作为一振幅;根据所述第一调变空间向量与所测量的相位电流产生一第三调变空间向量;以及根据所述第三调变空间向量调变所述频率转换器。为了产生所述第三调变空间向量,进行用于产生一第一调变空间向量(其包含与所述三相供电网络的供应电压同步的角度以及所述已确定调变指标作为一振幅)的步骤,并进行根据所述第一调变空间向量与根据所测量的相位电流来产生所述第三调变空间向量的步骤。有利的是,这个方法并不需要有功电流或电压控制。反而是,在这个方法中,可以非受控制的方式相对于三相供应电压的电压来调整一中间电路电压。因此,即可有效地减少进行所述方法所需要的工作量,且比起现有技术状态,更可增进在频率转换器的运作期间的效率。同时,有利的是,频率转换器的供应输出电压会接近于带有增加的相位电流的三相供电网络的供应电压,因此可自动地区分出相位电流。较佳的是,为了产生所述第一调变空间向量,进行使用所述角度来实施一帕克转换(Parktransformation)的步骤,以将所测量的相位电流转换为一第一电流空间向量;进行控制所述角度而使得所述第一电流空间向量的一无功电流分量消失的步骤;以及经由逆帕克转换来产生所述第一调变空间向量(其包括所述角度以及所述已确定调变指标作为振幅)的步骤。有利的是,这是可产生具有与所述三相供电网络的供应电压同步的角度的第一调变空间向量的一种简单可能方式。在所述方法的一种变化例中,所述第一电流空间向量的无功电流分量被乘以一已确定虚拟电阻与所述已确定的调变指标的商,以得出一角度偏差,其中所述角度偏差是要提供至一锁相回路以控制角度。有利的是,控制所述锁相回路接着所具有的结果是,所述第一电流空间向量的无功电流分量总是会包含一可忽略值。为了产生所述第三调变空间向量,进行用于实施一克拉克转换(Clarktransformation)以将所测量的相位电流转换为一第二电流空间向量的步骤;进行对所述第二电流空间向乘上一已确定虚拟电阻以得到一第二调变空间向量的步骤;以及进行进行从所述第一调变空间向量减去所述第二调变空间向量以得出所述第三调变空间向量的步骤。有利的是,接着利用一虚拟电阻、以非受控制方式,相对于所述三相供电网络的供应电压来调整所述中间电路电压。有利的是,所述方法使得所述中间电路电压可根据虚拟电阻而与一负载电流成比例地降低、或是在反馈的情况下相应于奥姆定律(Ohm’slaw)而增加。这种行为具有的优点是,在达到中间电路电压的一可预先设定的最大值时,可视情况而连接的一负载电阻即可避免电压进一步增加。此外,在达到一可预先设定的最大负载电流时,亦即,在达到由供应电压、虚拟电阻与已确定的最大负载电压所决定的中间电路电压的一最小值时,二极管整流(不具平行切换本文档来自技高网
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具有无功功率矢量控制的馈入转换器

【技术保护点】
一种用于控制频率转换器(520)的方法,其中所述方法包含下列步骤:测量在三相供电网络(530)的相位导体(531、532、533)中流动的相位电流(831、832、833);产生第一调变空间向量(572),所述第一调变空间向量包含角度(573)与已确定调变指标(575),所述角度与所述三相供电网络(530)的供应电压同步,而所述已确定调变指标是作为振幅;根据所述第一调变空间向量(572)与所测量的相位电流(831、832、833)来产生第三调变空间向量(873);根据所述第三调变空间向量(873)来调变所述频率转换器(520)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.01 DE 102012203204.51.一种用于控制频率转换器(520)的方法,其中所述方法包含下列步骤:测量在三相供电网络(530)的相位导体(531、532、533)中流动的相位电流(831、832、833);产生第一调变空间向量(572),所述第一调变空间向量与所述相位电流(831、832、833)同相,且所述第一调变空间向量包含角度(573)且包含已确定调变指标(575),所述角度与所述三相供电网络(530)的供应电压同步,而所述已确定调变指标是作为振幅;进行克拉克转换(Clarketransformation)(861)以将所测量的相位电流(831、832、833)转换为第二电流空间向量(871);将所述第二电流空间相量(871)乘上已确定的虚拟电阻(874),以得到第二调变空间向量(872);将所述第一调变空间向量(572)减去所述第二调变空间向量(872),以得到第三调变空间向量(873);根据所述第三调变空间向量(873)来调变所述频率转换器(520),其中产生所述第一调变空间向量(572)包含下列步骤:使用所述角度(573)来进行帕克转换(961),以将所测量的相位电流(831、832、833)转换为第一电流空间向量(971);控制所述角度(573),使得所述第一电流空间向量(971)的无功电流分量有所確定值;经由逆帕克转换(562)来产生所述第一调变空间向量(572),所述第一调变空间向量包含所述角度(573)和作为振幅的所述已确定调变指标(575)。2.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一电流空间向量(971)的所述无功电流分量是乘以已确定虚拟电阻(874)与所述已确定调变指标(575)的商,以得到角度偏差(574),且对锁相回路(563)提供所述角度偏差(574),以控制所述角度(573)。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,经由空间向量调变(561)自所述第三调变空间向量(873)产生所述频率转换器(520)的控制讯号(571)。4.一种电路配置(900),用于从三相供电网络(530)的供应电压产生中间电路电压(515),具有中间电路电容器(510),所述中间电路电容器经由频率转换器(520)及平滑电感(540)连接至三相供电网络(530)...

【专利技术属性】
技术研发人员:珍·欧诺·克拉
申请(专利权)人:倍福自动化有限公司
类型:发明
国别省市:德国;DE

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