[发明专利]一种脉冲换相阶段电流控制方法及表达式的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电机学及电力电子技术领域，特别涉及一种同步电机静止变频启动时，脉冲换相阶段的电流控制方法。

背景技术

静止变频系统，如图1所示，三相全控整流桥和直流电抗器组成直流电流源，通过控制逆变桥将直流电流变成频率逐渐升高的交流电流输入到电机定子，使电机由静止升速到需要转速。在电机转动频率较低时（如小于5Hz），机端感应的电压值较低，不足以使逆变桥的可控硅在反向电压作用下自然关断：在换相时刻，人为控制整流桥逆变，使回路中电流小于可控硅擎住电流，可控硅关断，再控制整流桥恢复整流、触发逆变桥下一组桥臂，则实现脉冲换相，每个周期换相6次。静止变频控制系统具有这样的自然特性：电机转速上升，电机定子阻抗增加，回路电流急剧减小，动力转矩减小，电机转速减小，直至静止；电机静止，回路阻抗很小，电流急剧增加，电机定子中产生过流。要维持电机一定的转动加速度，使其平稳加速，需要控制回路电流维持于电流参考值附近。另一方面，如图2所示，脉冲换相阶段直流电流id是断续状态，其中t1=5～8ms，t2=3～5ms，t3≈10ms，t4＝600～10ms，t4随电机转速上升而缩短。电流控制过程持续时间t3+t4最短可至20ms，电流断续及控制过程短暂给脉冲换相阶段中每一次换相后电流恢复时的控制带来困难，已有的控制方式不能很好处理这一问题，常因不能提供足够大的持续电流而导致电机启动失败，且其控制参数的适应性不佳。

鉴于此，本发明人提出一种新颖的脉冲换相电流控制方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种脉冲换相阶段电流控制方法及表达式的计算方法，其通过很好地协调脉冲换向阶段电机转速上升与系统回路电流之间的关系，能够为电机转动提供持续正向转矩，同时实现电流快速上升和后续维持回路电流在一定水平，提高脉冲换相阶段电机启动的快速性和平稳性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种脉冲换相阶段电流控制方法，采用前馈控制与反馈控制相结合的方式，对脉冲换相阶段的回路电流进行控制；其中，前馈控制随时间推移，控制输出量按照前馈控制参数控制的速度，逐渐增大，反馈控制采用电流偏差的比例控制。

上述脉冲换相阶段电流控制表达式C(t)是：

C(t)=C_fw(t)+C_fb(t)

其中，C_fw(t)表示t时刻的前馈控制量，C_fb(t)表示t时刻的反馈控制量。

上述t时刻的前馈控制量的表达式C_fw(t)是：

C_fw(t)=C_init+t*(K_i*Δi_upl/ΔT)

其中，C_init表示前馈初始控制量，t表示控制时刻，K_i表示前馈控制参数，Δi_upl表示与电流参考值与电流测量值偏差相关的量，ΔT表示控制器的计算周期。

上述t时刻的反馈控制量的表达式C_fb(t)是：

C_fb(t)=K_p*Δi(t)

其中，K_p表示反馈比例系数，Δi(t)表示电流参考值与t时刻电流测量值偏差值，其中，K_p满足下式约束：

K_p*i_ref<cos(α_min)

其中，i_ref为脉冲换相阶段回路电流参考值，取值0.3～1p.u.；α_min为静止变频系统整流桥的最小触发角，取值5°～25°。

一种脉冲换相阶段电流控制表达式的计算方法，包括如下步骤：

（1）按照控制指标要求，确定脉冲换相阶段持续时间T，以秒为单位；根据被拖动电机转动惯量，确定维持脉冲换相阶段末电机转速的控制量C_fw(T)，及实现电机初始转动的初始控制量C_init；在0.0005s～0.001s范围内选取控制器控制周期ΔT的取值；在0.1～0.2p.u范围内选取合适的前馈控制的输入量Δ_iupl，据此，在10～5之间确定h的取值；

（2）将上述已知值代入下式：