專利名稱：四象限變頻器用控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四象限變頻器，具體是一種四象限變頻器用控制方法，主要針對(duì)四象限變頻器在煤礦梭車(chē)上的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
通用四象限變頻器的四象限運(yùn)行皆基于全控器件-絕緣柵雙極型晶體管IGBT和 PWM脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜(如圖1所示)，需要加裝輸入正弦波濾波器 6、升壓電抗器7，使得變頻器本體體積較大，無(wú)法安裝在梭車(chē)上；其次，基于PWM脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的控制算法比較復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)，并存在故障率較高等缺點(diǎn)；且由于絕緣柵雙極型晶體管IGBT的頻繁開(kāi)通和關(guān)斷，必然增加器件本身的熱損耗，也就對(duì)變頻器的散熱能力提出了更高的要求，不利于實(shí)現(xiàn)四象限變頻器在梭車(chē)上的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決通用四象限變頻器所用控制算法比較復(fù)雜且不易實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，提供了一種四象限變頻器用控制方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的四象限變頻器用控制方法，所述四象限變頻器包括主電路、控制電路；
主電路由并聯(lián)設(shè)置的整流單元、直流支撐電容、逆變單元構(gòu)成； 整流單元由三路并聯(lián)設(shè)置的整流支路構(gòu)成，每一整流支路由兩絕緣柵雙極型晶體管 IGBT串聯(lián)構(gòu)成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯(lián)有二極管；每一整流支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT間的連接節(jié)點(diǎn)連接有連接導(dǎo)線，三路整流支路經(jīng)連接導(dǎo)線分別與電網(wǎng)的三相電源線連接；
逆變單元由三路并聯(lián)設(shè)置的逆變支路構(gòu)成，每一逆變支路由兩絕緣柵雙極型晶體管 IGBT串聯(lián)構(gòu)成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯(lián)有二極管；每一逆變支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT間的連接節(jié)點(diǎn)連接有連接導(dǎo)線，三路逆變支路經(jīng)連接導(dǎo)線分別與電機(jī)的三相電接線端連接；
控制電路包含檢測(cè)電網(wǎng)三相電源線各相電壓的電壓采樣單元、檢測(cè)直流支撐電容電壓的電壓采樣單元、控制整流單元中絕緣柵雙極型晶體管IGBT開(kāi)通和關(guān)斷的整流側(cè)控制器、 以及控制逆變單元中絕緣柵雙極型晶體管IGBT開(kāi)通和關(guān)斷的逆變側(cè)控制器； 所述控制方法包括電機(jī)電動(dòng)工況控制步驟和電機(jī)發(fā)電工況控制步驟； 電機(jī)電動(dòng)工況控制步驟包含整流步驟和逆變步驟；此時(shí)，四象限變頻器工作在第一、第三象限。整流步驟，三相交流電由電網(wǎng)流向整流單元，整流側(cè)控制器控制整流單元中所有絕緣柵雙極型晶體管IGBT關(guān)斷，三相交流電經(jīng)由整流單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯(lián)的二極管將交流電轉(zhuǎn)化成直流電；
逆變步驟，逆變側(cè)控制器產(chǎn)生6路PWM脈沖控制逆變單元中6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷，將整流單元所獲直流電轉(zhuǎn)化成三相交流電輸出，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，其中，PWM脈沖的頻率、脈寬由所要獲得三相交流電的頻率和幅值決定；
電機(jī)發(fā)電工況控制步驟包含回饋整流步驟、電壓采樣步驟、判定步驟、回饋逆變步驟； 此時(shí)，四象限變頻器工作在二、四象限?；仞佌鞑襟E，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器的給定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電流向逆變單元，三相交流電經(jīng)由逆變單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯(lián)的二極管將交流電轉(zhuǎn)化成直流電，回饋至直流支撐電容；
電壓采樣步驟，整流側(cè)控制器驅(qū)動(dòng)電壓采樣單元檢測(cè)電網(wǎng)三相電源線各相電壓及直流支撐電容電壓；
判定步驟，依據(jù)電壓采樣步驟的檢測(cè)結(jié)果，判定實(shí)時(shí)狀態(tài)下，直流支撐電容電壓是否達(dá)到設(shè)定值，以及電網(wǎng)三相電源線中電壓最高的相線和電壓最低的相線；
回饋逆變步驟，如直流支撐電容電壓達(dá)到設(shè)定值，整流側(cè)控制器產(chǎn)生兩路信號(hào)開(kāi)通整流單元中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT 其一為在與電網(wǎng)三相電源線中電壓最高相線連接的整流支路中與直流支撐電容正極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，其二為在與電網(wǎng)三相電源線中電壓最低相線連接的整流支路中與直流支撐電容負(fù)極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；直流支撐電容的電能經(jīng)電網(wǎng)三相電源線中電壓最高相線和電壓最低相線回饋電網(wǎng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述控制方法皆采用與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯(lián)的二極管實(shí)施整流，且在電機(jī)發(fā)電工況實(shí)施回饋逆變控制時(shí)，整流側(cè)控制器僅產(chǎn)生兩路信號(hào)開(kāi)通整流單元中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT，使回饋至直流支撐電容的電能經(jīng)電網(wǎng)三相電源線中電壓最高相線和電壓最低相線回饋電網(wǎng)，完全區(qū)別于復(fù)雜的PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，極大地簡(jiǎn)化了四象限變頻器的控制算法，故障率較低；且有效減少了絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷頻率，減小了器件本身的熱損耗，降低了對(duì)變頻器的散熱要求，利于實(shí)現(xiàn)四象限變頻器在梭車(chē)上的應(yīng)用；另外，在主電路結(jié)構(gòu)上去掉了輸入正弦波濾波器和升壓電抗器，有效地減少了變頻器本體的體積，使其能安裝在梭車(chē)上。本發(fā)明所述控制方法合理、簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，可靠性高，故障率低，易于在煤礦梭車(chē)上推廣應(yīng)用。


圖1為現(xiàn)有四象限變頻器主電路的電路原理圖； 圖2為本發(fā)明所述四象限變頻器主電路的電路原理圖； 圖3為本發(fā)明所述四象限變頻器控制電路的原理方框圖中1-整流單元；2-直流支撐電容；3-逆變單元；4-絕緣柵雙極型晶體管IGBT ； 5- 二極管；6-正弦波濾波器；7-升壓電抗器。
具體實(shí)施例方式四象限變頻器用控制方法，所述四象限變頻器包括主電路、控制電路；
主電路由并聯(lián)設(shè)置的整流單元1、直流支撐電容2、逆變單元3構(gòu)成(如圖2所示)； 整流單元1由三路并聯(lián)設(shè)置的整流支路構(gòu)成，每一整流支路由兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT4串聯(lián)構(gòu)成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT4反并聯(lián)有二極管5 ；每一整流支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT4間的連接節(jié)點(diǎn)連接有連接導(dǎo)線，三路整流支路經(jīng)連接導(dǎo)線分別與電網(wǎng)的三相電源線連接；
逆變單元3由三路并聯(lián)設(shè)置的逆變支路構(gòu)成，每一逆變支路由兩絕緣柵雙極型晶體管 IGBT4串聯(lián)構(gòu)成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT4反并聯(lián)有二極管5 ；每一逆變支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT4間的連接節(jié)點(diǎn)連接有連接導(dǎo)線，三路逆變支路經(jīng)連接導(dǎo)線分別與電機(jī)的三相電接線端連接；
控制電路包含檢測(cè)電網(wǎng)三相電源線各相電壓的電壓采樣單元、檢測(cè)直流支撐電容電壓的電壓采樣單元、控制整流單元中絕緣柵雙極型晶體管IGBT開(kāi)通和關(guān)斷的整流側(cè)控制器、 以及控制逆變單元中絕緣柵雙極型晶體管IGBT開(kāi)通和關(guān)斷的逆變側(cè)控制器(如圖3所示); 所述控制方法包括電機(jī)電動(dòng)工況控制步驟和電機(jī)發(fā)電工況控制步驟； 電機(jī)電動(dòng)工況控制步驟包含整流步驟和逆變步驟；
整流步驟，三相交流電由電網(wǎng)流向整流單元，整流側(cè)控制器控制整流單元中所有絕緣柵雙極型晶體管IGBT關(guān)斷，三相交流電經(jīng)由整流單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管 IGBT反并聯(lián)的二極管將交流電轉(zhuǎn)化成直流電；
逆變步驟，逆變側(cè)控制器產(chǎn)生6路PWM脈沖控制逆變單元中6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管 IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷，將整流單元所獲直流電轉(zhuǎn)化成三相交流電輸出，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，其中，PWM脈沖的頻率、脈寬由所要獲得三相交流電的頻率和幅值決定；
電機(jī)發(fā)電工況控制步驟包含回饋整流步驟、電壓采樣步驟、判定步驟、回饋逆變步驟； 回饋整流步驟，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器的給定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電流向逆變單元，三相交流電經(jīng)由逆變單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯(lián)的二極管將交流電轉(zhuǎn)化成直流電，回饋至直流支撐電容；
電壓采樣步驟，整流側(cè)控制器驅(qū)動(dòng)電壓采樣單元檢測(cè)電網(wǎng)三相電源線各相電壓及直流支撐電容電壓；
判定步驟，依據(jù)電壓采樣步驟的檢測(cè)結(jié)果，判定實(shí)時(shí)狀態(tài)下，直流支撐電容電壓是否達(dá)到設(shè)定值，以及電網(wǎng)三相電源線中電壓最高的相線和電壓最低的相線；
回饋逆變步驟，如直流支撐電容電壓達(dá)到設(shè)定值，整流側(cè)控制器產(chǎn)生兩路信號(hào)開(kāi)通整流單元中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT 其一為在與電網(wǎng)三相電源線中電壓最高相線連接的整流支路中與直流支撐電容正極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，其二為在與電網(wǎng)三相電源線中電壓最低相線連接的整流支路中與直流支撐電容負(fù)極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；直流支撐電容的電能經(jīng)電網(wǎng)三相電源線中電壓最高相線和電壓最低相線回饋電網(wǎng)。
權(quán)利要求
1. 一種四象限變頻器用控制方法，所述四象限變頻器包括主電路、控制電路； 主電路由并聯(lián)設(shè)置的整流單元(1)、直流支撐電容(2)、逆變單元(3)構(gòu)成； 整流單元(1)由三路并聯(lián)設(shè)置的整流支路構(gòu)成，每一整流支路由兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)串聯(lián)構(gòu)成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)反并聯(lián)有二極管(5)；每一整流支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)間的連接節(jié)點(diǎn)連接有連接導(dǎo)線，三路整流支路經(jīng)連接導(dǎo)線分別與電網(wǎng)的三相電源線連接；逆變單元(3)由三路并聯(lián)設(shè)置的逆變支路構(gòu)成，每一逆變支路由兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)串聯(lián)構(gòu)成，且每一絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)反并聯(lián)有二極管(5)；每一逆變支路中兩絕緣柵雙極型晶體管IGBT (4)間的連接節(jié)點(diǎn)連接有連接導(dǎo)線，三路逆變支路經(jīng)連接導(dǎo)線分別與電機(jī)的三相電接線端連接；所述控制方法包括電機(jī)電動(dòng)工況控制步驟和電機(jī)發(fā)電工況控制步驟； 電機(jī)電動(dòng)工況控制步驟包含整流步驟和逆變步驟；整流步驟，三相交流電由電網(wǎng)流向整流單元，整流側(cè)控制器控制整流單元中所有絕緣柵雙極型晶體管IGBT關(guān)斷，三相交流電經(jīng)由整流單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管 IGBT反并聯(lián)的二極管將交流電轉(zhuǎn)化成直流電；逆變步驟，逆變側(cè)控制器產(chǎn)生6路PWM脈沖控制逆變單元中6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管 IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷，將整流單元所獲直流電轉(zhuǎn)化成三相交流電輸出，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，其中，PWM脈沖的頻率、脈寬由所要獲得三相交流電的頻率和幅值決定；電機(jī)發(fā)電工況控制步驟包含回饋整流步驟、電壓采樣步驟、判定步驟、回饋逆變步驟； 回饋整流步驟，當(dāng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于變頻器的給定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電流向逆變單元，三相交流電經(jīng)由逆變單元三支路中與絕緣柵雙極型晶體管IGBT反并聯(lián)的二極管將交流電轉(zhuǎn)化成直流電，回饋至直流支撐電容；電壓采樣步驟，整流側(cè)控制器驅(qū)動(dòng)電壓采樣單元檢測(cè)電網(wǎng)三相電源線各相電壓及直流支撐電容電壓；判定步驟，依據(jù)電壓采樣步驟的檢測(cè)結(jié)果，判定實(shí)時(shí)狀態(tài)下，直流支撐電容電壓是否達(dá)到設(shè)定值，以及電網(wǎng)三相電源線中電壓最高的相線和電壓最低的相線；回饋逆變步驟，如直流支撐電容電壓達(dá)到設(shè)定值，整流側(cè)控制器產(chǎn)生兩路信號(hào)開(kāi)通整流單元中的兩個(gè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT 其一為在與電網(wǎng)三相電源線中電壓最高相線連接的整流支路中與直流支撐電容正極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT，其二為在與電網(wǎng)三相電源線中電壓最低相線連接的整流支路中與直流支撐電容負(fù)極相連的絕緣柵雙極型晶體管IGBT ；直流支撐電容的電能經(jīng)電網(wǎng)三相電源線中電壓最高相線和電壓最低相線回饋電網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及四象限變頻器，具體是一種四象限變頻器用控制方法。解決了通用四象限變頻器所用控制算法比較復(fù)雜且不易實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，所述控制方法包括電機(jī)電動(dòng)工況控制步驟和電機(jī)發(fā)電工況控制步驟；電機(jī)電動(dòng)工況控制步驟包含整流步驟和逆變步驟；電機(jī)發(fā)電工況控制步驟包含回饋整流步驟、電壓采樣步驟、判定步驟、回饋逆變步驟。本發(fā)明所述控制方法合理、簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，可靠性高，故障率低，易于在煤礦梭車(chē)上推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02M5/458GK102412735SQ20111040006
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者候林, 呼守信, 唐會(huì)成, 張小剛, 張勝達(dá), 曹建文, 李 東, 王德光, 石博, 許連丙, 賈運(yùn)紅, 金江 申請(qǐng)人:中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院, 山西天地煤機(jī)裝備有限公司