一种三相五桥臂功率变换器的变频调速控制方法技术

本发明专利技术提供了一种三相五桥臂功率变换器的变频调速控制方法，其步骤是：A、通过电流传感器、电压传感器和编码器分别测出整流侧三相电流电网电压、直流母线电压和电机的定子侧电流、转子转速；B、在整流侧采用电压定向控制，在逆变侧采用转子磁链定向控制，分别计算出整流和逆变侧的三相电压给定值；C、将整流的三相电压调制波比较，将逆变侧电压调制波比较，分别计算出它们的零序信号；D、将整流和逆变侧各自的零序分量注入到其三相电压调制波中；E、将整流侧共享桥臂调制波加到逆变侧三相调制波中，将逆变侧共享桥臂调制波加到整流侧三相调制波中，得到五桥臂的调制信号。本发明专利技术适用于任何整流可控的三相五桥臂拓扑下变频调速系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于中大功率下的变频调速
，更具体地，涉及。
技术介绍
近年来，在以功率半导体器件和PWM控制技术不断发展的今天，AC-DC-AC变换器可以很方便的从三相交流电网中获取能量，并对交流侧电压和频率进行良好的控制，这使得其在风能等中大功率下的变频调速系统中得到了广泛的应用。在中大功率变频调速系统中，系统普遍采用PWM整流和PWM逆变的双PWM控制。该方法有功率因数可调，对电网产生的谐波也小，电源利用率高等优点，但是由于功率开关管比较多，增加了因功率管损坏而无法正常运行的风险。这种拓扑结构一共有6个桥臂，12个功率管。当拓扑中有一个桥臂的功率管损坏时，整个系统将无法正常运行，这对于系统的安全有着重大的潜在性危险。此外，传统的方案中由于没有对调制信号优化，使得直流母线电压的利用率有所限制，从而降低了系统的输出功率。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供，通过对桥臂故障进行实时检测，在故障后重构系统拓扑结构，将整流(逆变)侧故障桥臂的对应相接到逆变(整流)系统的某一正常相，对整流侧采用电压定向控制控制方法，产生三相调制波，逆变侧采用转子磁场定向控制的控制方法，产生三相调制波，通过零序信号注入的方式，实现五桥臂下变频调速有效控制。本专利技术不仅实现了整流和逆变的独立控制，同时，提高了直流母线电压的利用率和系统带负载能力。本专利技术适用于任何整流可控的三相六桥臂拓扑下变频调速系统。本专利技术提供，包括以下步骤:步骤I分别测出电网侧的相电流、电网线电压和母线电压，并测出电机定子侧的相电流和电机转速；步骤2根据所述母线电压、所述电网侧的相电流以及给定电压和给定电流，通过电压矢量定向控制计算整流侧三相电压的给定值；还根据所述电机转速、所述定子侧的相电流以及给定转速和给定电流，通过转子磁链定向控制计算逆变侧三相电压的给定值；步骤3通过所计算的三相电压给定值分别计算出整流侧和逆变侧的给定电压的零序分量 vn。= -0.5X (Vmin+Vmax)、Vno= -0.5X (VMIN+V臓)，其中，Vmax和 V min是整流侧在某一次采样周期里三相电压的给定值中的最大值和最小值；Vm#P Vmin是逆变侧在某一次采样周期里三相电压的给定值中的最大值和最小值；步骤4将所述整流侧的零序分量Vn。分别加入到其三相电压调制波中，并将所述逆变侧获得的零序分量Vito分别注入到其三相电压调制波中，计算出容错拓扑下的五相电压的给定值；步骤5根据所述容错拓扑下的五相电压的给定值及载波信号，利用正弦脉宽调制方法计算出五桥臂各自的调制信号，并据此对功率管施加开关信号。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果:本专利技术实现五桥臂拓扑下整流侧和逆变侧的独立控制，提高了母线电压的利用率和系统的带负载能力，此外，当正常拓扑下的一个桥臂出现故障而导致系统无法正常运行时，可以通过调整系统到该拓扑下，然后利用本套控制方案，实现系统的正常运行，避免系统因为该硬件故障而停止运行。【附图说明】图1为本专利技术适用的三相AC-DC-AC功率变换器的五桥臂拓扑下的变频调速控制系统的结构示意图；图2为本专利技术的系统框图；图3为本专利技术PWM模块结构框图；图4为本专利技术三相五桥臂功率变换器的变频调速控制方法的流程图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术为了实现有效地功率变换控制策略，根据传感器采集的电压和电流以及电机转速，利用电压定向控制计算出整流电压的给定值；然后利用转子磁链定向控制，计算出逆变侧电机的给定值；然后根据计算出的电压给定值，分别算出其各自的零序分量，并由零序分量与计算的电压给定值相加，得到新的6个电压给定值；然后计算出容错拓扑下的5桥臂的各自的电压给定值；最后利用正弦脉宽调制策略计算出相应的调制信号，并计算出开关信号。图1所示为本专利技术适用的三相AC-DC-AC功率变换器的五桥臂拓扑下的变频调速控制系统的结构示意图。其中ea、eb、e。分别为电网三相电压，i a、ib是电网侧相电流，u d、uq分别是整流侧的d、q轴电压，Va、Vb、V。是整流侧三相电压的调制波，加*号表示为给定值，Vn。是整流侧三相电压调制波的零序分量，ω是电机的转速，isa、isb是电机定子侧的电流，usd、Usq分别是逆变侧的q、d轴电压，V A、VB、V^逆变侧三相电压的调制波，Vnq是逆变侧三相电压调制波的零序分量。VA1、VB1、Va、VD1、VE1是最终得到的五桥臂的调制波。图1所示为在整流侧采用电压定向控制，得到三相电压调制波；在逆变侧采用转子磁链定向控制，得到三相电压调制波，通过计算分别得到整流侧和逆变侧三相电压调制波的零序分量，最后通过计算得到五相调制波。当系统正常拓扑下整流侧某一桥臂发生故障时，可将该桥臂改接到逆变侧对应的桥臂中，对于逆变侧桥臂发生故障也同样处理，让整流侧和逆变侧某一相共享一个桥臂。图2所示为本专利技术的系统框图。整流侧采用电压矢量定向控制计算出三相电压调制波Va*、Vb*、V。*，逆变侧采用转子磁链定向控制计算出逆变侧三相电压调制波VA*、Vb*、V。*。然后PWM模块根据所得到的六个电压调制波计算出整流侧和逆变侧各自的零序分量，再据此计算出容错拓扑下的五相调制波，具体步骤见图3。其中U是直流母线电压，id、iq分别为dq轴电流，Θ 1是锁相环定向的角度，u α、Up是α和β轴的电压，u ab、Ua。分别是ab和ac相电压的线电压，isd、isq是逆变侧dq轴电流，Θ 2是转子磁链定向的角度。图3所示为本专利技术PWM模块结构框图。利用传统的电当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相五桥臂功率变换器的变频调速控制方法，其特征在于，包括：步骤1分别测出电网侧的相电流、电网线电压和母线电压，并测出电机定子侧的相电流和电机转速；步骤2根据所述母线电压、所述电网侧的相电流以及给定电压和给定电流，通过电压矢量定向控制计算整流侧三相电压的给定值；还根据所述电机转速、所述定子侧的相电流以及给定转速和给定电流，通过转子磁链定向控制计算逆变侧三相电压的给定值；步骤3通过所计算的三相电压给定值分别计算出整流侧和逆变侧的给定电压的零序分量Vno＝‑0.5×(Vmin+Vmax)、VNO＝‑0.5×(VMIN+VMAX),其中，Vmax和Vmin是整流侧在某一次采样周期里三相电压的给定值中的最大值和最小值；VMAX和VMIN是逆变侧在某一次采样周期里三相电压的给定值中的最大值和最小值；步骤4将所述整流侧的零序分量Vno分别加入到其三相电压调制波中，并将所述逆变侧获得的零序分量VNO分别注入到其三相电压调制波中，计算出容错拓扑下的五相电压的给定值；步骤5根据所述容错拓扑下的五相电压的给定值及载波信号，利用正弦脉宽调制方法计算出五桥臂各自的调制信号，并据此对功率管施加开关信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金，周德洪，李云华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42