一种跳相交交变频方法技术

本发明专利技术公开一种跳相交交变频方法，以与传统晶闸管交交变频方法相同的电路为基础构成变频主电路，以创新的被称为“跳相”变频的方法进行变频控制，从而实现交交变频。其变频控制思想是通过同时触发正组和负组中的一对晶闸管，使变频器输出端与一相输入相连通，并间隔与期望输出频率相关的一个时间间隔后进行下次触发，使变频器的输出端与下一相输入相连通，通过不断地切换这种连通关系，使输出电压的相位不断跳变，从而获得整体上输出频率变化的效果。具有成本低、可靠性高的优点，同时可以克服传统交交变频器只能输出20Hz以下频率的缺点，而且具有无环流、无死区的优点。

A Phase-hopping Interchange Frequency Conversion Method

The invention discloses a phase-hopping alternating frequency conversion method, which is based on the same circuit as the traditional thyristor alternating frequency conversion method to form a main frequency conversion circuit, and carries out frequency conversion control by an innovative method called \phase-hopping\ frequency conversion, thereby realizing alternating frequency conversion. The idea of frequency conversion control is to connect the output terminal of the converter with one phase input by triggering a pair of thyristors in both positive and negative groups at the same time, and then trigger the next time after a time interval related to the expected output frequency, so that the output terminal of the converter is connected with the next phase input. By continuously switching this connection, the phase of the output voltage can be changed continuously. And the effect of output frequency change is obtained as a whole. It has the advantages of low cost and high reliability. At the same time, it can overcome the disadvantage that the traditional cycloconverter can only output frequencies below 20Hz, and has the advantages of no circulation and no dead zone.

【技术实现步骤摘要】
一种跳相交交变频方法
本专利技术属于变频
，涉及交交变频技术，尤其涉及一种跳相交交变频方法。
技术介绍
电能作为清洁型能源，为各行各业提供了发展的动力，在现代人类社会的发展中有着十分重要的作用，世界各国都十分重视对电能的开发，近年，我国对电能的开发也投入了大量人力、物力。但是在电能广泛应用的各领域，利用率较低，尤其是在传动领域，浪费现象严重，所以，在能源问题日益突出的今天，各国又竞相对节能技术进行研究。尤其是，目前我国单位GDP能耗远高于发达国家，节能降耗是今后一段时间的工作重点。采用变频技术是工业进行节能改造的首选方案，采用变频技术充分利用了电动机的工作特性，根据负载转速的变化要求，改变供电的频率和电压的大小，以获得合理的电机运行条件，在不同的转速情况下，均保持较高的运行效率，不仅降低了电能消耗，同时还能改善启动性能，减少电网、电机及负载设备因为瞬时冲击带来的影响，还提高电动机和负载设备的工作精确度。在变频器领域，利用以IGBT为代表的全控器件为核心构成的交直交变频产品具有功率因素高、谐波少等优点，但也存在着器件价格高且比较娇气的缺点，并且目前高压大容量的核心器件只能依赖国外生产。相比交直交变频方式，交交变频不存在中间直流环节，变换效率较高。交交变频由于多采用晶闸管等大容量器件，且输出频率较低，多用在大功率、低转速领域。以晶闸管构成的传统交交变频器一般均采用反并联的三相零式整流电路或三相桥式整流电路为核心主电路，其输出波形中每个电源周期(20ms)内脉波数目较少(分别为3个、6个)，在保证输出波形中谐波含量较少的情况下，变频器输出频率受到限制，一般最高只能输出到20Hz左右，而在一些变频器运用场合，频率范围要求大，传统的交交变频方法难以适应。传统以晶闸管为核心器件构成的交交变频器主要使用余弦交点法获得触发脉冲的产生时刻，可以按需要的输出电压、频率和相位产生一个期望正弦波，令此期望正弦波与同步电压波比较即可获得触发脉冲产生时刻，该方法可以输出幅度、频率和相位均可控制的交流电源。然而，由于晶闸管为单向导通器件，正弦输出电流的正半波和负半波需要分别由正组晶闸管和负组晶闸管导通来构成流通路径。为了防止正负组晶闸管同时导通导致环流事故，有三种处理方式：其一，无环流方式，正电流期间只给正组晶闸管发脉冲，负电流期间只给负组晶闸管发脉冲，二者严格互斥，而且在正负组交换的期间禁止正负组所有的触发脉冲，使正负组晶闸管均不导通，以产生一个“死区”时间，保证正负组晶闸管不会同时导通而发生环流事故；其二，有环流方式，在主回路中串入大容量的电抗器，给正负组晶闸管同时发脉冲，当正负组晶闸管同时导通时，线电压可以加在电抗器上，由电抗器限制环流，防止事故；其三，小环流方式，当电流较大的时候工作于无环流方式，当电流较小的时候工作于有环流方式，在主回路中需要有容量合适的电抗器来限制环流。这三种方式各有缺点：无环流方式由于有“死区”时间，目前能够实现的最小“死区”时间为1.1ms，当输出频率较高，比如接近50Hz时，每周期时间仅有20ms左右，而每周期有2次电流过零，则总“死区”时间大于2.2ms，也就是系统每周期有超过10％的时间无输出，这将使输出波形变差，谐波含量过多，无法在实际系统中使用；有环流方式由于需要多个大容量的电抗器，具有成本高、体积大的缺点，而且主回路的电抗器将使系统总功率因素下降较多；小环流方式使用的电抗器容量较有环流方式小得多，成本、体积和总功率因素下降方面较有环流方式有较大的优势，同时在系统工作中没有“死区”时间，然而其电抗器容量过小则环流会过大、容量过大则会具有更接近有环流方式的缺点，而且系统在工作中将在有环流与无环流两种方式中交换，工作状态不一致也将导致一定的输出波形畸变，整个系统的设计和控制均较复杂。
技术实现思路
本专利技术根据以上现有技术存在的缺点，在传统交交变频技术的基础上，提出一种跳相交交变频方法。利用相位与频率之间有微分与积分的关系，相位的不断跳变及跳变的快慢将影响到频率的大小，通过不断变换输出端与不同输入相之间的连接关系得到输出相位的不断跳变，最终得以实现输出频率变化。每次变换连接关系时同时触发反并联的一对晶闸管(正组和负组中各一只)，使某一时刻变频器输出端与某一相输入相连通，每次触发会使得输出电压从一个输入线电压变为其后的一个线电压，以此带来π/3的相位延迟，在一个输出电压周期中，电压跳跃的次数越多，则其周期越长，相应地输出频率越低。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种跳相交交变频方法，其特征在于：使用晶闸管为核心器件构成变频器主电路，将工频输入电源以交交变频的形式直接变换为较高输出频率的输出电源，此处“较高输出频率”特指输出频率范围从二分之一的工频频率一直到工频频率，晶闸管构成变频器的主电路拓扑结构是两个三相整流桥结构反并联而成，所述两个三相整流桥结构分别称为正组和负组，输出频率变化是通过不断变换输出端与不同输入相之间的连接关系实现的，且每次变换连接关系时同时触发反并联的一对晶闸管，包括正组和负组中各一只。进一步的，每次触发会使得输出电压从一个输入线电压变为其后的一个线电压，带来π/3的相位延迟，在一个输出电压周期中，电压跳跃的次数越多，则其周期越长，相应地输出频率越低；假设在输出电压的一个周期中，发生了跳跃的次数为M，则因为跳跃而减少的相位而该电压最终走完了一个完整周期，即相位增加了2π，故在该输出电压的一个周期中，按以50Hz工频的速度增长的总相位为故该输出电压的周期则，该输出电压的频率f＝1/T＝1000/(10M/3+20)(Hz)(4)M越大则频率越低，M可以取正整数也可以取正的实数。进一步的，输出频率f＝50×(n-1)/n，其中n为完成一次大循环所需的工频周期数目，其中每次跳变带来π/3的相位延迟，6次跳变总共延迟2π，即为一个大循环，可计算得到n＝50/(50-f)，并计算出每2次跳变之间的时间间隔为Δt＝n×20/6(ms)，利用此时间间隔控制触发各个晶闸管，从而实现跳相交交变频。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的跳相交交变频方法，以与传统晶闸管交交变频方法相同的电路为基础构成变频主电路，以创新的被称为“跳相”变频的方法进行变频控制，从而实现交交变频。具有成本低、可靠性高的优点，同时可以克服传统交交变频器只能输出20Hz以下频率的缺点，而且具有无环流、无死区的优点。其变频控制思想是通过同时触发正组和负组中的一对晶闸管，使变频器输出端与一相输入相连通，并间隔与期望输出频率相关的一个时间间隔后进行下次触发，使变频器的输出端与下一相输入相连通，通过不断地切换这种连通关系，使输出电压的相位不断跳变，从而获得整体上输出频率变化的效果。本专利技术提出的跳相交交变频方法既能够保持高压大容量晶闸管交交变频方法成本低、可靠性高的优势，又可以在保证输出波形中谐波含量较少的情况下，使变频器的最高输出频率提高到工频频率的二分之一以上。附图说明图1为三相桥式整流电路构成的基本交交变频电路。图2为余弦交点法输出电压波形示意图。图3为输出45Hz电压波形示意图。图4为45Hz输出的谐波仿真分析结果。图5为交交变频实验输出45Hz电压、电流波形。具体实施方式为了便于本领域普通技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跳相交交变频方法，其特征在于：使用晶闸管为核心器件构成变频器主电路，将工频输入电源以交交变频的形式直接变换为较高输出频率的输出电源，此处“较高输出频率”特指输出频率范围从二分之一的工频频率一直到工频频率，晶闸管构成变频器的主电路拓扑结构是两个三相整流桥结构反并联而成，所述两个三相整流桥结构分别称为正组和负组，输出频率变化是通过不断变换输出端与不同输入相之间的连接关系实现的，且每次变换连接关系时同时触发反并联的一对晶闸管，包括正组和负组中各一只。

【技术特征摘要】
1.一种跳相交交变频方法，其特征在于：使用晶闸管为核心器件构成变频器主电路，将工频输入电源以交交变频的形式直接变换为较高输出频率的输出电源，此处“较高输出频率”特指输出频率范围从二分之一的工频频率一直到工频频率，晶闸管构成变频器的主电路拓扑结构是两个三相整流桥结构反并联而成，所述两个三相整流桥结构分别称为正组和负组，输出频率变化是通过不断变换输出端与不同输入相之间的连接关系实现的，且每次变换连接关系时同时触发反并联的一对晶闸管，包括正组和负组中各一只。2.根据权利要求1所述的跳相交交变频方法，其特征在于：每次触发会使得输出电压从一个输入线电压变为其后的一个线电压，带来π/3的相位延迟，在一个输出电压周期中，电压跳跃的次数越多，则其周期越长，相应地输出频率越低；假设在输...

【专利技术属性】
技术研发人员：许正望，张家瑞，易宇纯，陈铖，柯锟，蒋国壮，黄周，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42