專利名稱：一種修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到晶閘管移相觸發(fā)控制領(lǐng)域，特指一種用來修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法。
背景技術(shù)：
晶閘管移相觸發(fā)控制整流系統(tǒng)中輸出電壓、功率的改變是通過改變晶閘管的控制角來實現(xiàn)的。相控整流則是利用半控開關(guān)器件晶閘管的開通可控特性和單向?qū)щ娦?，控制晶閘管觸發(fā)相位角(脈沖施加深刻)，就控制了電源電壓送至負載的起始時刻，從而控制整流電壓。為滿足晶閘管的導(dǎo)通條件并正確計算控制角，必須獲得晶閘管兩極電壓由反向變 正向時的過零點信號，以此作為滿足晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通條件和計算控制角的基準點，這一信號通常稱為“同步信號”。為了獲取此信號用于控制，需要對高壓側(cè)的電源正弦信號進行隔離、濾波、過零檢測和整形等多個環(huán)節(jié)形成控制電源系的“低壓同步方波信號”。目前對于“同步信號”的采集多用帶通濾波器，而相位信息滯后與濾波效果相互矛盾，在電網(wǎng)出現(xiàn)較大負序擾動時，過零判斷將嚴重滯后。特別是小容量的柴油機發(fā)電系統(tǒng)頻率變化幅度較大，由此引起同步信號的采集偏差，導(dǎo)致相控整流嚴重的故障。例如，在局域發(fā)電網(wǎng)(如單柴油機發(fā)電系統(tǒng))中，電源頻率變化可在40Hz至63Hz之間。不同頻率下，同步信號經(jīng)過濾波電路后將不可避免地產(chǎn)生較大的過零偏差。以電力機車網(wǎng)壓同步信號處理所述的濾波電路為例，相位延時與頻率的關(guān)系為tan (0 = Q(~-~)
J /o中心頻率為50Hz，品質(zhì)因數(shù)Q為4(品質(zhì)因數(shù)過小將影響濾波效果)。40Hz頻率電源信號經(jīng)帶通濾波電路后的相位誤差0等于61°。對于三相整流系統(tǒng)，觸發(fā)基準偏移61°將導(dǎo)致晶閘管換流導(dǎo)通失敗，影響輸出電壓和功率急劇下降。現(xiàn)有技術(shù)的實際工程應(yīng)用中，對同步信號處理的一種方式是如圖1所示采用同步變壓器來實現(xiàn)電源隔離，用過零檢測電路檢測電壓過零點，并進行波形整形，從而得到同步方波信號。采用這種方式，經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號完整，可用于電源幅值計算、電源諧波分析等其它用途；后續(xù)濾波和檢測整形電路簡單，能有效去除高次諧波和直流分量。但是，這種方式具有以下幾個不足1.同步變壓器重量大，占用設(shè)備較大空間；2.濾波電路受電源頻率變化影響，通用性較差；3.當相位發(fā)生變化時，過零檢測法要等到下一個過零點才能檢測出隨后各時刻的相位，故其動態(tài)性能在一些特定應(yīng)用中無法滿足要求。在電源諧波干擾較少，并且控制僅需要過零信號的一些工程應(yīng)用中，同步電路可以采取直接從高壓側(cè)電阻分壓后光耦隔離的簡單方式實現(xiàn)，如圖2所示。此種方式元件少、電路簡單、可靠性較高、設(shè)備質(zhì)量和空間開銷小、且較變壓器隔離方式相位延時更小。但是，這種方式也具有以下不足1.雖然可以對后續(xù)的同步方波信號進行數(shù)字濾波，但對于單相控制應(yīng)用缺少多相位的參照對比，如果存在很嚴重的電源波形畸變，容易造成過零信號不準甚至錯誤。2.對于超高壓電源系統(tǒng)，隔離光耦的耐受電壓，以及響應(yīng)靈敏度等要求對器件的選型造成較大困難。3.受器件參數(shù)分散性影響，過零相位誤差很難通過有效手段進行修正。4.無法滿足需要獲取電源幅值等其它信號的控制應(yīng)用。5.由于同樣采用過零檢測方法，動態(tài)性能在一些特定應(yīng)用中無法滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡單、操作簡便、適用范圍廣、能消除頻率連續(xù)變化帶來的過零誤差的修正相控整流控制中因頻率變化弓I起相位采集誤差的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法，步驟為(I)采用同步變壓器來實現(xiàn)電源隔離，網(wǎng)壓信號經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號經(jīng)過濾波后進行過零檢測及整形，去除高次諧波和直流分量；(2)對于固定參數(shù)和形式的濾波電路，相移偏差與輸入信號的頻率成固定函數(shù)關(guān)系，即依據(jù)輸入信號的頻率可以固定得出相移發(fā)生的偏差值；(3)根據(jù)上述得到的偏差值對同步過零基準進行修正，就可還原真實過零信號，即經(jīng)過過零修正方法計算，得到同步方波信號。作為本發(fā)明的進一步改進在上述步驟(2)中，通過檢測單相系統(tǒng)兩次同步過零點間隔、或者檢測三相系統(tǒng)中兩路同步過零間隔，就可以得到輸入信號的頻率，然后依據(jù)輸入信號的頻率就固定得出相移發(fā)生的偏差值。在上述步驟(2)中，構(gòu)建輸入信號的頻率與相移偏差的對應(yīng)關(guān)系表，通過查表就能實現(xiàn)誤差修正。在上述步驟(I)中通過調(diào)整濾波參數(shù)中的品質(zhì)因數(shù)可減少修正過渡時間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的原理簡單、操作簡便，適用于電源頻率變化范圍較大，需要快速獲取相位變化的應(yīng)用；對于大量現(xiàn)行使用帶通濾波方法的工程應(yīng)用，本發(fā)明的偏差修正方法可以基本消除頻率連續(xù)變化帶來的過零誤差，能解決因采集同步信號過零偏差所導(dǎo)致的晶閘管換流導(dǎo)通失敗、影響輸出電壓和功率急劇下降等重大問題。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用同步變壓器隔離法時的原理示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中采用電阻分壓光耦隔離法時的原理示意圖。圖3是本發(fā)明的原理示意圖。圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中濾波電路品質(zhì)因數(shù)為4時的仿真結(jié)果示意圖。圖5是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中濾波電路品質(zhì)因數(shù)為2時的仿真結(jié)果示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如圖3所示，本發(fā)明的一種修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法，其步驟為(I)采用同步變壓器來實現(xiàn)電源隔離，網(wǎng)壓信號經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號經(jīng)過帶通濾波器的濾波后進行過零檢測及整形，去除高次諧波和直流分量；(2)對于固定參數(shù)和形式的濾波電路，其相移偏差與輸入信號的頻率成固定函數(shù) 關(guān)系，即依據(jù)輸入信號的頻率可以固定得出相移發(fā)生的偏差值；(3)根據(jù)上述得到的偏差值對同步過零基準進行修正，就可還原真實過零信號，即經(jīng)過過零修正方法計算，得到同步方波信號。同步變壓器是用來為晶閘管提供同步信號來作為其控制電壓的。在晶閘管整流電路中，晶閘管需要一個觸發(fā)脈沖來控制其導(dǎo)通，而在什么時刻給可控硅發(fā)觸發(fā)脈沖是要有時間基準的，而這個時間基準通常便是晶閘管的陽極電壓。即要使觸發(fā)脈沖與陽極電壓同步，最直接的做法便是引陽極電壓來作為觸發(fā)脈沖。但是這其中出現(xiàn)一個問題一般整流橋陽極電壓都比較高，不能直接引入控制裝置，因此需要利用一個變壓器來降壓，并同時起到一定的隔離作用，這個變壓器就是同步變壓器。簡言之同步變壓器的功能是將晶閘管陽極電壓變壓來作為此晶閘管的控制信號，有此作用的變壓器就叫做同步變壓器。帶通濾波器為一個允許特定頻段的波通過同時屏蔽其他頻段的設(shè)備。在上述步驟(2)中，本發(fā)明可以通過檢測單相系統(tǒng)兩次同步過零點間隔、或者檢測三相系統(tǒng)中兩路同步過零間隔，就可以較為方便的計算出信號源頻率，即輸入信號的頻率。接下來，依據(jù)輸入信號的頻率就可以固定得出相移發(fā)生的偏差值。在具體應(yīng)用實例中，本發(fā)明還進一步可以構(gòu)建輸入信號的頻率與相移偏差的對應(yīng)關(guān)系表，通過查表就可快速便捷的實現(xiàn)誤差修正。以使用帶通濾波電路的三相整流控制系統(tǒng)為例。系統(tǒng)中引入兩路相電壓同步信號，經(jīng)50Hz帶通濾波并整形形成過零方波信號送入數(shù)字觸發(fā)控制器。數(shù)字觸發(fā)控制器內(nèi)以50kHz的頻率對過零方波信號進行采集。采樣分辨間隔20uS，對應(yīng)50Hz相周期的0. 18°，能充分滿足移相控制精度要求。當電源頻率為標準50Hz時，兩相過零時間間隔6667uS，控制器頻率測定計數(shù)為333 ;電源頻率為40Hz時，兩相過零時間間隔8333uS，控制器頻率測定計數(shù)為417 ;電源頻率為63Hz時，兩相過零時間間隔5291uS，控制器頻率測定計數(shù)為265。當電源頻率為40Hz時，過零偏差-4220uS，對應(yīng)修正計數(shù)211 ；電源頻率為63Hz時，過零偏差2720uS，對應(yīng)修正計數(shù)-136。以頻率計數(shù)范圍265 417為X軸,按公式tan ( 0) = 0(|-計算修正數(shù)值為
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y軸，范圍為-136 -211，構(gòu)建二維數(shù)據(jù)表。依據(jù)每次采樣的兩相過零間隔，查表獲得修正值，對采集的過零點進行修正構(gòu)建還原的過零基準。在具體應(yīng)用實例中，使用Matlab/Simulate構(gòu)建二階帶通濾波模型，將偏差修正算法運用到模型中，仿真結(jié)果如圖4所示。圖中第一行為相差120°的兩相正弦信號，在0.1S時刻由50Hz突變?yōu)?0Hz ;第二行為經(jīng)過二階帶通濾波器后的正弦信號；第三行實線為第一相輸入信號同步過零方波，點實線為第一相濾波后同步過零方波，虛線為修正后過零方波；第四行為實時檢測的兩相間隔計數(shù)，以及查表獲得的修正計數(shù)。從圖中分析可知，從0.1S突變時刻到0. 18S歷時4個周期，修正后的過零方波與原信號過零點恢復(fù)一致。在上述實例中，修正過渡時間較長，通過分析其原因有以下幾點1.信號源突變幅度較大?，F(xiàn)實的柴油機發(fā)電系統(tǒng)雖然頻率范圍較廣，但均為緩慢連續(xù)變化，不會造成過長的修正恢復(fù)時間。2.濾波電路對信號的頻率變化響應(yīng)較慢，從圖中可知，一直到0. 16S時刻歷時3個周期，濾波后信號的頻率和兩相相位差才達到與輸入信號基本一致。而修正方法采用的是先計算相差，再修正的方式。從頻率變化到修正結(jié)果，不可避免的產(chǎn)生半個周期的延時。為了減少濾波電路響應(yīng)時間，本發(fā)明在另一較佳實施例中嘗試著對濾波參數(shù)進行優(yōu)化，即通過調(diào)整品質(zhì)因數(shù)可以減少修正過渡時間。如圖5所示，為濾波電路品質(zhì)因數(shù)調(diào)整為2的仿真結(jié)果。從圖中可知，濾波后信號的頻率和相差達到與輸入信號基本一致的時間從原先的0. 16S時刻提前到了 0. 13S時刻，總的修正過渡時間也原來的0. 18S提前到了0. 15S。過渡周期和過渡過程中的過零誤差都大幅減小。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法，其特征在于，步驟為 (1)采用同步變壓器來實現(xiàn)電源隔離，網(wǎng)壓信號經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號經(jīng)過濾波后進行過零檢測及整形，去除高次諧波和直流分量； (2)對于固定參數(shù)和形式的濾波電路，相移偏差與輸入信號的頻率成固定函數(shù)關(guān)系，即依據(jù)輸入信號的頻率固定得出相移發(fā)生的偏差值； (3)根據(jù)上述得到的偏差值對同步過零基準進行修正，還原真實過零信號，即經(jīng)過過零修正方法計算，得到同步方波信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法，其特征在于，在上述步驟(2)中，通過檢測單相系統(tǒng)兩次同步過零點間隔、或者檢測三相系統(tǒng)中兩路同步過零間隔，就得到輸入信號的頻率，然后依據(jù)輸入信號的頻率就固定得出相移發(fā)生的偏差值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法，其特征在于，在上述步驟(2)中，構(gòu)建輸入信號的頻率與相移偏差的對應(yīng)關(guān)系表，通過查表就能實現(xiàn)誤差修正。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法，其特征在于，在上述步驟(I)中通過調(diào)整濾波參數(shù)中的品質(zhì)因數(shù)減少修正過渡時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種修正相控整流控制中因頻率變化引起相位采集誤差的方法，其步驟為(1)采用同步變壓器來實現(xiàn)電源隔離，網(wǎng)壓信號經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號經(jīng)過濾波后進行過零檢測及整形，去除高次諧波和直流分量；(2)對于固定參數(shù)和形式的濾波電路，相移偏差與輸入信號的頻率成固定函數(shù)關(guān)系，即依據(jù)輸入信號的頻率可以固定得出相移發(fā)生的偏差值；(3)根據(jù)上述得到的偏差值對同步過零基準進行修正，就可還原真實過零信號，即經(jīng)過過零修正方法計算，得到同步方波信號。本發(fā)明具有原理簡單、操作簡便、適用范圍廣、能消除頻率連續(xù)變化帶來的過零誤差等優(yōu)點。
文檔編號H03K5/01GK102981133SQ20121042970
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者劉燦, 錢華, 戴仁德, 羅繼光, 林波, 陳燦, 唐鴻華 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司