一种两相正交逆变器的电流复合控制方法技术

本发明专利技术公开了一种两相正交逆变器的电流复合控制方法，通过分析两相正交逆变器的输出电压电流的数学模型，得到稳态时两相正交逆变器的输出电压电流表达式，由此可以进行输出电流的前馈快速跟踪控制，而利用输出电流的闭环控制可以实现逆变器输出电流的微调，形成了输出电流的反馈闭环控制，从而构成两相正交逆变器输出电流的前馈+反馈控制，达到输出电流的快速、无差跟踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种两相正交逆变器的输出电压电流的数学模型、电流控制方法，特别是。
技术介绍
在工业和居民用电中，用电负荷大多为三相负载和单相负载。但在一些特殊的工业场合，存在两相负荷。例如，在冶金连铸行业中，冶金连铸电磁搅拌器需要两相低频正交电源供给励磁形成两相旋转磁场；单相异步电动机有两个正交的定子绕组，也需要两相电源进行变频调速进行控制等，这种电源通常称为两相电源。两相电源对定子绕组的磁场进行定向控制时，由于其两相定子绕组自然正交，所以与三相电机应用矢量控制相比，它减少了一个从三相坐标系到两相坐标系的变换，减少了计算量，从理论上说，还可以提高装置的控制性能。两相电源在工业应用中的需求使其受到重视和研究，并得到应用。由于目前配电网般是三相电源供电，而两相负载需要独立的两相正交电源供电，所以需要采用AC-DC变换技术和两相正交逆变技术结合的两相正交变频电源。该种变频电源的主要功能是将现有电网三相交流电源变换为所需频率的稳定两相交流电源。目前国内两相逆变电源产品还只有少数厂家具有生产能力，大多处于实验室的研究和试制阶段，相关产品长期依赖国外进口。在两相逆变电源的拓扑结构方面，国外的两相逆变电源前级采用一个不可控整流桥和后级采用两个单相逆变桥及其输出电感构成的两相逆变电源。前级不可控整流桥用来整流提供直流电压，储存能量。后级两相逆变器由两个单相逆变桥构成，每个单相逆变桥均含有4个功率开关管和一个输出电感，两个单相逆变桥共用直流侧电容。该两相电源中两单相逆变桥采取电流跟踪控制使两单相逆变器输出期望电流。该逆变电源结构的缺点是逆变器中含有8个功率开关器件，硬件成本较高，网侧输入电流谐波含量大，功率因数低。近年来，有学者提出了一种三桥臂两相正交逆变电源，其中有两个开关臂为独立的开关臂，利用第三个开关臂为公共的开关臂，通过分别对三个开关臂的输出电压或者电流闭环来实现两相正交输出功能。附图说明图1为传统两相正交逆变拓扑结构图。在拓扑结构方面，传统两相正交逆变电源前级采用一个不可控整流桥和后级采用两个单相逆变桥及其输出电感构成的两相正交逆变电源。前级不可控整流桥用来整流提供直流电压，储存能量。后级两相正交逆变器由两个单相逆变桥构成，每个单相逆变桥通过一个输出电感与单相负载相连，两个单相逆变桥共用直流侧电容。该两相正交逆变电源中两单相逆变桥采用输出电流跟踪控制使两单相逆变器输出期望电流。该逆变电源结构的缺点是每个单相逆变桥均含有4个功率开关管，总共含有8个功率开关器件，硬件成本较高。钢铁企业冶炼用的两相正交电磁搅拌电源，其输出频率是变化的，而且要进行频繁的正反转交替运行，对电源输出电流动态跟踪性能要求较高。然后目前两相正交逆变电源的输出电流控制一般采用单闭环控制，具有响应慢，跟踪误差大的缺点，不能有效满足电磁搅拌的变频需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供，通过分析两相正交逆变器的数学模型，得到稳态时输出逆变器的输出电压电流表达式，由此可以进行输出电流的前馈快速跟踪控制，而利用输出电流的闭环控制可以实现逆变器输出电流的微调，形成输出电流的反馈控制，从而构成两相正交逆变器输出电流的前馈+反馈控制，达到输出电流的快速、无差跟踪。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:，包括三桥臂两相正交逆变系统，所述三桥臂两相正交逆变系统包括两相正交逆变器和负载电磁搅拌器，所述两相正交逆变器包括三个桥臂和三个输出滤波电感，所述负载电磁搅拌器包括α相电感线圈和β相电感线圈，所述两相正交逆变器的其中两个桥臂的中点分别通过一个输出滤波电感与α相电感线圈、β相电感线圈的一端连接，所述两相正交逆变器的第三个桥臂的中点通过输出滤波电感与两个电感线圈的公共点连接，该方法为:I)根据外部给定的指令输出电流幅值4和频率f%通过指令电流生成环节，求得两相正交逆变器的期望输出电流C、i 、(.. I* = fm sinWt，/* = /* coswt，1: = -(ζ +/*) = _4 : sin(wV + 足/4)，其中角频率 w*=2 π f* ；2)将两相正交逆变器的期望输出电流C、i;、C分别减去检测到的两相正交逆变器输出电流ia、ie、i。，得到输出电流的跟踪误差信号ea、ee、e。；3)将输出电流的跟踪误差信号ea、ee、e。送到电流PI控制器，经处理得到两相正交逆变器的三个桥臂的动态调制波信号Λ uta、Λ Ute、Λ utc ；4)利用前馈指令生成环节生成两相正交逆变器的三个桥臂的稳态调制波信号Ut a、Ut β、Utc ；5)将动态调制波信号Λ Uta、Λ Ute、Λ Utc和稳态调制波信号Uta、Ute、Utc分别叠力口，得到两相正交逆变器的三个桥臂的电压调制波信号ma、me、m。；6)将两相正交逆变器的三个桥臂的电压调制波信号ma、me、m。送到PWM调制环节，输出两相正交逆变器的三个桥臂的开关驱动信号Sa、se、s。，驱动两相正交逆变器的三个桥臂的功率开关管，并输出期望的电压电流。所述步骤4)中，稳态调制波信号uta、ute、ut。的计算式为:权利要求1.，包括三桥臂两相正交逆变系统，所述三桥臂两相正交逆变系统包括两相正交逆变器和负载电磁搅拌器，所述两相正交逆变器包括三个桥臂和三个输出滤波电感，所述负载电磁搅拌器包括α相电感线圈和β相电感线圈，所述两相正交逆变器的其中两个桥臂的中点分别通过一个输出滤波电感与α相电感线圈、β相电感线圈的一端连接，所述两相正交逆变器的第三个桥臂的中点通过输出滤波电感与两个电感线圈的公共点连接，其特征在于，该方法为: 1)根据外部给定的指令输出电流幅值/:τ和频率f%通过指令电流生成环节，求得两相正交逆变器的期望输出电流2.根据权利要求1所述的两相正交逆变器的电流复合控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，稳态调制波信号uta、Ute、ut。的计算式为:全文摘要本专利技术公开了，通过分析两相正交逆变器的输出电压电流的数学模型，得到稳态时两相正交逆变器的输出电压电流表达式，由此可以进行输出电流的前馈快速跟踪控制，而利用输出电流的闭环控制可以实现逆变器输出电流的微调，形成了输出电流的反馈闭环控制，从而构成两相正交逆变器输出电流的前馈+反馈控制，达到输出电流的快速、无差跟踪。文档编号H02M7/5387GK103166497SQ201310121649公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日专利技术者马伏军, 毕然 申请人:马伏军本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两相正交逆变器的电流复合控制方法，包括三桥臂两相正交逆变系统，所述三桥臂两相正交逆变系统包括两相正交逆变器和负载电磁搅拌器，所述两相正交逆变器包括三个桥臂和三个输出滤波电感，所述负载电磁搅拌器包括α相电感线圈和β相电感线圈，所述两相正交逆变器的其中两个桥臂的中点分别通过一个输出滤波电感与α相电感线圈、β相电感线圈的一端连接，所述两相正交逆变器的第三个桥臂的中点通过输出滤波电感与两个电感线圈的公共点连接，其特征在于，该方法为：1）根据外部给定的指令输出电流幅值和频率f*，通过指令电流生成环节，求得两相正交逆变器的期望输出电流iα*=Im*sinw*t,iβ*=Im*cosw*t,ic*=-(iα*+iβ*)=-2Im*sin(w*t+π/4),其中角频率w*=2πf*；2）将两相正交逆变器的期望输出电流分别减去检测到的两相正交逆变器输出电流iα、iβ、ic，得到输出电流的跟踪误差信号eα、eβ、ec；3）将输出电流的跟踪误差信号eα、eβ、ec送到电流PI控制器，经处理得到两相正交逆变器的三个桥臂的动态调制波信号△utα、△utβ、△utc；4）利用前馈指令生成环节生成两相正交逆变器的三个桥臂的稳态调制波信号utα、utβ、utc；5）将动态调制波信号△utα、△utβ、△utc和稳态调制波信号utα、utβ、utc叠加，得到两相正交逆变器的三个桥臂的电压调制波信号mα、mβ、mc；6）将两相正交逆变器的三个桥臂的电压调制波信号mα、mβ、mc送到PWM调制环节，输出两相正交逆变器的三个桥臂的开关驱动信号sα、sβ、sc，驱动两相正交逆变器的三个桥臂的功率开关管，并输出期望的电压电流。FDA00003025864000011.jpg,FDA00003025864000012.jpg,FDA00003025864000016.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马伏军，毕然，
申请(专利权)人：马伏军，
类型：发明
国别省市：