[发明专利]一种容错型电磁搅拌电源系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种容错型电磁搅拌电源系统及其控制方法，系统前级为三相可控整流电路，将三相电转化为稳定的直流电压输出，为系统后级两相正交逆变电路供电；直流侧串联两个容值相同的电容；后级为容错的三相转两相正交逆变电路，将直流电逆变为交流电，经过两个输出电感与单相负载连接。输出侧的输出电感能抑制高次谐波及扼制短路故障时电流过大。当系统正常工作时，后级两相正交逆变器为两相三桥臂逆变电路，当后级两相正交逆变器中的功率器件发生故障时，即某一相桥臂的功率开关发生短路或开路故障时，断开故障桥臂，并接通相应的三端双向可控硅开关，构成两相半桥逆变电路，以保持系统持续正常运行。本发明提高了电源的可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种容错型电磁搅拌电源系统及其控制方法。

背景技术

在高品质特殊钢加工冶炼行业，连铸电磁搅拌技术成为提高连铸钢材品质和成品率的最有效技术途径。两相正交逆变电源作为连铸电磁搅拌的关键装备，其电流波形质量和响应速度等性能直接影响连铸钢的质量和品质，对提升我国军用舰船、桥梁、建筑、高档轿车等制造水平意义重大。

目前钢铁连铸用电磁搅拌电源一般采用二相正交逆变电源，输出两相正交电流给感应线圈供电，激发形成电磁推力，从而使钢液产生旋转运动。该种搅拌方法具有磁场能量集中，所需搅拌功率小以及绕组能量效率高。在两相逆变电源的拓扑结构方面，一般采用两级结构，前级采用不可控整流方式，将三相交流电转换成一个稳定的直流电源。由于两相正交逆变电源的负载为感性负载，系统消耗有功功率小，负载功率主要是无功功率，故前级整流器的功率因数低，同时谐波含量高。针对后级两相正交逆变器，Young C M等学者采用4个桥臂构成两单相逆变器结构，可以分别单独控制，将直流电转换成两个正交90°的交流电源，该种结构具有控制简单，直流电压利用率高，但是其器件数量较多，成本高。由此，JangD H等学者提出了采用两个桥臂构成两相正交逆变器，每个桥臂与直流侧电容构成半桥逆变器，从而实现两相正交电压输出，该种结构虽然器件数量减少，但是其直流电压利用率低，直流侧两电容需要进行平衡控制。为此，为了弥合两者的缺陷，罗安等学者提出了一种三桥臂的两相正交逆变电源结构，其中两个开关臂为独立的开关臂，第3个开关臂为公共臂，通过采用合适的控制方法可以实现两相正交输出功能。

电磁搅拌逆变电源的重要组成部分是逆变器。逆变器中最容易产生事故的地方就是功率组件及其控制线路，目前还没能够有效地处理好它的可靠性问题。当逆变器产生事故时会导致整个系统不能正常工作，严重时将导致不可想象的后果。因此要求逆变器在产生事故时能实现容错运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种容错型电磁搅拌电源系统及其控制方法，在切除故障功率开关器件后，将其余的功率开关器件与直流侧的电容重新构成两相半桥逆变电路，以保持系统持续运行。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种容错型电磁搅拌电源系统，包括一个前级三相可控整流电路、两个串联直流侧储能电容、一个后级两相正交逆变电路和三个输出电感；所述前级三相可控整流电路包括三个整流桥臂，所述三个整流桥臂与电网三相电源连接；两个直流侧储流电容串联而成的支路与所述三个整流桥臂并联；所述后级两相正交逆变电路包括三桥臂两相逆变桥；两个串联的直流侧储能电容的公共连接点与三桥臂两相逆变桥的中间桥臂中点连接后，通过一个所述输出电感与单相负载连接；两相逆变桥的另外两个桥臂输出通过另外两个所述输出电感与单相负载相连。

相应的，本发明提供了一种上述容错型电磁搅拌电源系统的控制方法，包括前级三相可控整流电路控制部分和后级两相正交逆变电路控制部分；所述前级三相可控整流电路控制部分包括以下步骤：

1)采集三相电网电压、前级三相可控整流电路交流侧电流和直流侧电压u_dc，计算出直流侧电压的二次纹波分量u₂；