本发明专利技术公开了一种两相正交式电磁搅拌器逆变电源，该电源逆变器采用六桥臂式结构和正交矢量控制方法，完成对两相电磁搅拌器电流和频率的解耦控制，使输出两相低频电流的相位差为９０°，第三相与两相电磁搅拌器的中点相连，该相交流电流为其它两相的＊倍。该正交矢量控制采用电流、频率双闭环控制。电流传感器（１９）采集两相电流信号，ＰＩ调节（１４、１５），通过正交变换（１６），ＰＷＭ驱动等处理过程，对输出脉冲的频率进行控制，从而控制变频器输出两相正交低频电压的幅值和频率，实现对电磁搅拌器搅拌磁力的矢量控制。该逆变电源提高了电磁搅拌系统的可靠性，减少了无功补偿装置和滤波装置，节省了空间，降低了电磁搅拌器的成本。
【技术实现步骤摘要】
一种二相正交式电磁搅拌器逆变电源，具有恒流源特性，作为钢铁或有色金属冶炼或连铸工艺中具有两相绕组的电磁搅拌器的供电电源。
技术介绍
在钢铁和有色金属的冶炼过程中，电磁搅拌器是提高连铸系统产品质量的一个关键性装置，二相电磁搅拌器由于具有较强的电磁穿透力，往往应用于炉底搅拌等特殊搅拌场合，以往的电磁搅拌器低频电源，有采用晶闸管交—交变频方式，其结构复杂，占地面积很大，功率因数低。同时谐波含量很大，对电网污染很大，需用昂贵的无功补偿装置和谐波滤波器，因此，限制了其应用。目前国内外也开始采用二相IGBT低频电源，二相低频电源的拓扑形式较多，有二相4只IGBT方法，这种方式所用元器件较少，但电源电压利用率低，输出功率受到限制。有二相8桥臂IGBT逆变器，这种方式逆变器输出功率较大，电压利用率较高，但是结构较为复杂。为了提高电磁搅拌器工作特性，已经提出了改进措施。例如在2002年7月30日公告的技术专利02244223.5中提出了一种变频电磁搅拌电控装置，以交—直—交变频原理工作，三相桥式变频器有六组IGBT功率模块组成，控制系统的核心为高速DSP，设有专用现场总线适配器，以DSP为核心的控制系统，控制变频器的六组IGBT，实现对变频器输出的三相交流电的参量调控；DSP可通过专用适配器与现场总线联网通讯；上位机可通过现场总线、专用适配器，将控制信息传送至DSP，由DSP控制变频器的输出，进而调控电磁搅拌的工艺参数和工艺过程，以提高装置的自动化、智能化水平，满足工厂自动化发展之要求。但是，由于方案只能采用三相电磁搅拌器，因此对于需要电磁穿透力较强的两相电磁搅拌器的场合，该方法是无能为力的。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种二相6桥臂IGBT逆变器，能够采用标准的三相桥式逆变器电路，而且能够应用工业通用的三相变频器进行改造，其标准化程度高，结构相对简单，电压利用率高。虽然合成电流相(假设C相)的电流比较大，但是可以通过定电流控制模式进行限幅，从而保障系统正常运行。对于新设计的低频电源，可以加大合成电流相(假定C相)的IGBT容量来保障安全运行。为了解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方案，提供一种二相电磁搅拌器逆变电源，其中包括一个电抗器，用于平波和改善功率因数；一个整流电路，用于将交流电整流为直流电；一个合闸缓冲电路，利用缓冲电路，降低合闸时的冲击电流；一个逆变器，用于产生频率和电压可控的交流电源；一个变频器控制单元，用于控制所述逆变器；该逆变电源采用六桥臂式逆变器结构和正交矢量控制方法，实现对二相电磁搅拌器电流和频率的解耦控制，三相六桥臂逆变器的具体结构为逆变器特定的两相能够输出低频相位差是90°的两相正交交流电流，该逆变器具有恒流源特性，与两相电磁搅拌器绕组的输入端连接，两相电磁搅拌器绕组有公共中点，该中点与逆变器的第三相连接，该相交流电流幅值是其他两相电流的 倍；在变频器控制单元中，电磁搅拌器电流和频率实现解耦控制的具体方法，是采用正交矢量控制方式，实现频率和电流的双闭环控制，其电流和频率分别采用两个独立的设定通道进行给定值id*，f*的设定，把电流总给定值和电流反馈值进行归一化定标数据处理，然后，把频率的给定转化为角频率的表达式，与时间变量进行积分运算，其结果是旋转角度θ*，将角度作为变量赋给正弦和余弦函数，把该三角函数作为坐标变换的基础，然后将两相电流的反馈值进行两相旋转坐标系的坐标变换，得到d-q中的两相正交电流的反馈值id，iq，把电流的总给定值直接赋值给d轴电流的给定值，将q轴电流的给定值设定为零，然后对电流给定值的d-q分量id*，iq*与电流的反馈值id，iq求偏差后，分别经PI调节器进行运算，其结果是d-q坐标系中输出电压的给定值Vd*，Vq*，将该给定值利用前述的正弦和余弦函数，进行坐标变换，得到两相正交的低频电压给定值Vα*，Vβ*，第三相的电压给定值是把前述的两相正交低频电压给定值反向后再求和，然后把该三相的给定值VA*，VB*，VC*送入PWM驱动器中，得到了三相不对称PWM电压的驱动信号，利用该信号驱动IGBT三相桥逆变器，得到了电流和频率能分别进行解耦控制的低频正交的正弦波电流。根据本专利技术提出的技术方案的进一步改进，其中包括，逆变电源的工作频率在0.2～5HZ连续可调，工作电流为0～500A、0～1000A、0～1500A、0～2000A连续可调，频率和电流相互独立可调，互不干扰。根据本专利技术提出的技术方案的进一步改进，其中包括，逆变器的功率阀器件采用集电极-发射极耐压为1700V、1400V、1200V的大电流IGBT或IPM功率器件构成二相逆变器的主电路。根据本专利技术提出的技术方案的进一步改进，其中包括，具有过电压、欠电压、过流、短路、缓降频保护和元件过热保护功能。根据本专利技术提出的技术方案的进一步改进，其中包括，可以采用数字信号处理器(DSP)来构造其控制系统。所述数字信号处理器可以采用TMS2407DSP或其它型号的数字信号处理器，对DSP进行相关控制方式的编程。也可以采用经过软件改造的工业通用低压变频器，如西门子(SIEMENS)、或瓦萨(WASA)等。所述方法成本低，只需通过修改其内部的控制软件来实现对三相变频器触发脉冲的控制，逆变产生的交流电作为二相电磁搅拌器的电源。采用本专利技术的两相电磁搅拌器，在调节精度上，负载能力上，经济性以及占地面积上都具有很好的效果。与现有二相4只IGBT方式构成的电磁搅拌器相比，具有电压利用率高，输出功率大，负载能力强的优点。现有晶闸管交-交变频器结构组成的电磁搅拌器需要36只晶闸管，成本可观，占地面积大，而且交-交晶闸管逆变器的控制相对IGBT逆变器的控制要复杂的多，而且容易出现故障，功率因数低，并且需要增加无功补偿装置和滤波装置。利用本专利技术构成的两相电磁搅拌器不仅输出稳定，控制方便，而且不需要增加额外大量的无功补偿装置和大容量的滤波装置。本专利技术采用6只IGBT构成系统逆变电路，该电路输出的a、b相电流相位相差90°，但幅值相同，产生的旋转磁场与同幅值同频率的对称三相电流产生的磁场磁势相同。逆变电路中第三桥上的大电流可以通过定电流控制模式进行有效的限制，在进行第三桥IGBT容量的选择时，可以根据需要，选择较大容量的器件，以保证系统可靠、安全的运行。如上述两相电磁搅拌器应用到冶炼行业中，比较容易的实现旋转式电磁搅拌器系统电源的改造。同时，减少了大量的无功补偿和滤波装置，节省了大量的空间，减少了建造电磁搅拌器系统的费用，同时增大了系统的可靠性。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步详细的说明，在附图中图1是根据本专利技术优选实施例的两相电磁搅拌器的主电路框图。图2是根据本专利技术优选实施例的逆变器的脉冲发生控制电路框图。图3是根据本专利技术的第一实施例中频率为0.2Hz时逆变器输出电流和频率波形图。图4是第二实施例中频率为2.5Hz时逆变器输出电流和频率波形图。图5是第三实施例中频率为5Hz时逆变器输出电流和频率大小波形图。图6是第三实施例中频率为5Hz时逆变器输出线电压的波形图。图7是第四实施例中频率为15Hz时逆变器输出电流和频率波形图。图8是根据本专利技术实施例的输出电流幅值和相量关系示意图。图9是根本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种二相电磁搅拌器逆变电源，包括：一个电抗器（２），用于平波和改善功率因数；一个整流电路（３），用于将交流电整流为直流电；一个合闸缓冲电路（４），利用缓冲电阻，降低合闸时的冲击电流；一个逆变器（７），用于产生 频率和电压可控的交流电源；一个变频器控制单元（５），用于控制所述逆变器；其特征在于，该逆变电源采用六桥臂式逆变器结构和正交矢量控制方法，实现对二相电磁搅拌器电流和频率的解耦控制，三相六桥臂逆变器的具体结构为逆变器特定的两相能 够输出低频相位差是９０°的两相正交交流电流，该逆变器具有恒流源特性，与两相电磁搅拌器绕组（８）的输入端连接，两相电磁搅拌器绕组有公共中点，该中点与逆变器的第三相连接，该相交流电流幅值是其他两相电流的＊倍，在变频器控制单元（５）中，电 磁搅拌器电流和频率实现解耦控制的具体方法，是采用正交矢量控制方式，实现频率和电流的双闭环控制，其电流和频率分别采用两个独立的设定通道进行给定值ｉ↓［ｄ］↑［＊］，ｆ↑［＊］的设定，将电流的总给定值和电流的反馈值进行归一化定标数据处理，然后，把频率的给定转化为角频率的表达式，与时间变量进行积分运算（１０），其结果是旋转角度θ↑［＊］，将角度作为变量赋给正弦和余弦函数，将该三角函数作为坐标变换的基础，然后由电流传感器（１９）测量出的两相电流的反馈值进行两相旋转坐标系的坐标变换（１１），得到ｄ－ｑ中的两相正交电流的反馈值ｉ↓［ｄ］，ｉ↓［ｑ］，把电流的总给定值直接赋值给ｄ轴电流的给定值，把ｑ轴电流的给定值设定为零，然后对电流给定值的ｄ－ｑ分量ｉ↓［ｄ］↑［＊］，ｉ↓［ｑ］↑［＊］与电流的反馈值ｉ↓［ｄ］，ｉ↓［ｑ］求偏差后，分别经ＰＩ调节器（１４、１５）进行运算，其结果是ｄ－ｑ坐标系中输出电压的给定值Ｖ↓［ｄ］↑［＊］，Ｖ↓［ｑ］↑［＊］，将该给定值利用前述的正弦和余弦函数，进行坐标变换（１６），得到两相正交的低频电压给定值Ｖ↓［α］↑［＊］，Ｖ↓［β］↑［＊］，第三相的电压给定值是把前述的两相正交低频电压给定值反向后再求和，然后把该三相的给定值Ｖ↓［Ａ］↑［＊］，Ｖ↓［Ｂ］↑［＊］，Ｖ↓［Ｃ］↑［＊］送入ＰＷＭ驱动器（１８）中，得到了三相不对称ＰＷＭ电压的驱动信号，利用该信号驱动ＩＧＢＴ三相桥逆变器，得到了电流和频率能分别进行解耦控制的正交低频正弦波电流。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓雷，陈旭，付邦胜，李宪普，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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