CN103187888A - 整流器频率控制方法、装置和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整流器频率控制方法、装置和***。该方法包括：S1、接收三角载波和整流模块电压反馈信号；S2、判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是执行步骤S3，否则执行步骤S4；S3、在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比；S4、在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。实施本发明，可以将控制频率提高到PWM频率的四倍。

Description

整流器频率控制方法、装置和***

技术领域

本发明涉及整流器的控制领域，更具体地说，涉及一种整流器频率控制方法、装置和***。

背景技术

在数字控制装置中，控制装置周期直接影响了控制装置的带宽、稳定性等性能。因此，在运算速度允许的范围内，一般需要尽量减小控制周期，即增大控制频率以获得更好的控制性能。

在现有技术的大功率整流器中，整流器控制频率一般等于PWM(PulseWidth Modulation，脉宽调制)频率。图1示出了现有技术的整流器。如图1所述，该整流器包括四个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)T1-T4，其门极分别从PWM控制器接收PWM控制信号。其中IGBTT1的PWM控制信号PWM_a和IGBT T2的PWM控制信号互补，IGBT T3的PWM控制信号PWM_b和IGBT T4的PWM控制信号互补。图2示出了采用三角波S1，作为载波生成的单极性的PWM控制信号PWM_a和单极性的PWM控制信号PWM_b。其中Uab为IGBT T1的发射极电压与IGBT T4的集电极电压之差。

因此，现有技术的整流器频率控制方法，控制频率只能与PWM频率相同或者最多是PWM频率的一倍，因此其控制频率较低，控制性能较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的整流器频率控制方法，控制频率较低，控制性能较差缺陷，提供一种控制频率高，控制性能好的整流器频率控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种整流器频率控制方法，包括：

S1、接收三角载波和整流模块电压反馈信号；

S2、判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是执行步骤S3，否则执行步骤S4；

S3、在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比；

S4、在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。

在本发明所述的整流器频率控制方法中，在所述步骤S1中，所述整流模块电压反馈信号是指整流器的第一整流开关管的发射极电压和第四整流开关管的集电极电压之差。

在本发明所述的整流器频率控制方法中，所述步骤S3进一步包括：

S31、在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为0；

S32、在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为100％。

在本发明所述的整流器频率控制方法中，所述步骤S4进一步包括：

S41、在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为0；

S42、在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为100％。

在本发明所述的整流器频率控制方法中，在下溢中断和周期中断计算的所述第一PWM控制信号的占空比为所述整流模块电压反馈信号与母线电压之商；在下溢中断和周期中断计算的所述第二PWM控制信号的占空比为所述整流模块电压反馈信号与母线电压之商。

本发明解决其技术问题的另一技术方案是，构造一种整流器频率控制装置，包括：

基准信号接收模块，用于接收三角载波和整流模块电压反馈信号；

判定模块，用于判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是则生成第一占空比计算信号，否则生成第二占空比计算信号；

第一占空比计算模块，用于基于所述第一占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比；

第二占空比计算模块，用于基于所述第二占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。

在本发明所述的整流器频率控制装置中，所述整流模块电压反馈信号是指整流器的第一整流开关管的发射极电压和第四整流开关管的集电极电压之差。

在本发明所述的整流器频率控制装置中，所述第一占空比计算模块进一步包括：

第一奇数占空比计算模块，用于在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为0；

第一偶数占空比计算模块，用于在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为100％。

在本发明所述的整流器频率控制装置中，所述第二占空比计算模块进一步包括：

第二奇数占空比计算模块，用于在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为0；

第二偶数占空比计算模块，用于在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为100％。

本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种整流器频率控制装置，包括：

整流模块，用于整流输入交流电以输出直流电；

逆变模块，用于将整流模块输出的直流电转换成交流电；

基准信号接收模块，用于接收三角载波和整流模块电压反馈信号；

判定模块，用于判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是则生成第一占空比计算信号，否则生成第二占空比计算信号；

第一占空比计算模块，用于基于所述第一占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比；

第二占空比计算模块，用于基于所述第二占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。

实施本发明的整流器频率控制方法、装置和***，通过分开计算第一PWM控制信号和第二PWM控制信号，可以将控制频率提高到PWM频率的四倍，从而达到很高的控制新能指标，即功率因数可以达到89以上，输入电流总谐波失真可小于2％，对于负载突变响应准确迅速。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了现有技术的整流器；

图2示出了采用三角波S1作为载波生成的控制图1所示的整流器的单极性的PWM控制信号PWM_a和单极性的PWM控制信号PWM_b；

图3是本发明的整流器频率控制方法的第一实施例的流程图；

图4示出了图3所示的整流器频率控制方法获得的第一PWM控制信号和第二PWM控制信号；

图5示出了图3所示的整流器频率控制方法在控制两个整流模块时的PWM控制信号的移相控制示意图；

图6是本发明的整流器频率控制装置的第一实施例的原理框图；

图7是本发明的整流器频率控制***的第一实施例的原理框图；

图8是图7所示的整流器频率控制***的两个整流模块的输入电流和合成电流示意图；

图9是图7所示的整流器频率控制***的四个整流模块载波同步以后的输入电流关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不是用于限定本发明。

图3是本发明的整流器频率控制方法的第一实施例的流程图。该方法参照图1示出的整流器进行介绍。如图3所示，在步骤S1中，接收三角载波和整流模块电压反馈信号。在本发明的一个实施例中，该三角载波可以如图2所示的三角载波S1，也可以是其他形状或者类型的三角载波。在本发明的一个实施例中，所述整流模块电压反馈信号是指整流器的第一整流开关管的发射极电压和第四整流开关管的集电极电压之差。如图1中IGBT T1的发射极电压与IGBT T4的集电极电压之差，Uab。

在步骤S2中，判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是执行步骤S3，否则执行步骤S4。如前所述，该步骤S2可以是判定Uab是否大于0。

当Uab＞0时，在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比。在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比。如所述整流器频率控制方法用于控制图1所示的整流器时，计算IGBT T1门极接收的第一PWM控制信号PWM_a的占空比，并设置IGBT T3门极的第二PWM控制信号PWM_b的占空比。

在本发明的一个实施例中，在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为0。其中，所述第一PWM控制信号的占空比为所述整流模块电压反馈信号与母线电压之商。在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为100％。其中，所述第二PWM控制信号的占空比为所述整流模块电压反馈信号与母线电压之商。

当Uab＜0时，在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。如所述整流器频率控制方法用于控制图1所示的整流器时，计算第一PWM控制信号PWM_a的占空比，并设置第二PWM控制信号PWM_b的占空比。

在本发明的一个实施例中，在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为0。其中，所述第二PWM控制信号的占空比为所述整流模块电压反馈信号与母线电压之商。在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为100％。其中，所述第一PWM控制信号的占空比为所述整流模块电压反馈信号与母线电压之商。

图4示出了图3所示的整流器频率控制方法应用于图1的整流器所获得的第一PWM控制信号和第二PWM控制信号。其中PWM_a表示第一PWM控制信号，即图1中IGBT T1门极接收的PWM控制信号，PWM_b表示第二PWM控制信号，即图1中IGBT T3门极接收的PWM控制信号，S1表示三角载波，1表示奇数的PWM周期，2表示偶数的PWM周期。Uab为图1中所示的IGBT T1的发射极电压与IGBT T4的集电极电压之差。如前所述，其中IGBT T1的PWM控制信号PWM_a和IGBT T2的PWM控制信号互补，IGBTT3的PWM控制信号PWM_b和IGBT T4的PWM控制信号互补。因此可以获得控制整流器中IGBT T1-T4的全部PWM控制信号。

如图4所示，通过分开计算第一PWM控制信号和第二PWM控制信号，可以将控制频率提高到PWM频率的四倍，从而达到很高的控制新能指标。当PWM频率为800Hz时，获得的控制频率为3200Hz。

图5示出了图3所示的整流器频率控制方法在控制两个整流模块时的PWM控制信号的移相控制示意图。在两个整流模块(一个整流模块可相当于图1所示的整流器)并联工作时，通常会采取PWM控制信号的错相控制，以达到减小电流谐波的作用。当使用双极性PWM控制信号时，通过两个整流模块的PWM控制信号间移相1/2个周期，可以使两个整流模块之间的电流变化部分抵消。而如本发明所述，使用单极性PWM控制信号时，只能通过两个整流模块的PWM控制信号间移相1/4周期实现同样功能。但在使用本发明图3所示的整流器频率控制方法生成PWM控制信号以后，如图5所示，两个整流模块的PWM控制信号间移相1/4周期对应为1/2个PWM周期(1个PWM增周期或1个PWM减周期)。当n个整流模块同时工作时，各个整流模块的PWM控制信号之间移相1/4n个周期。

图6是本发明的整流器频率控制装置的第一实施例的原理框图。如图6所示，本发明的整流器频率控制装置包括基准信号接收模块100、判定模块200、第一占空比计算模块300和第二占空比计算模块400。该基准信号接收模块100可用于接收三角载波和整流模块电压反馈信号。在本发明的一个实施例中，该三角载波可以如图2所示的三角载波S1，也可以是其他形状或者类型的三角载波。在本发明的一个实施例中，所述整流模块电压反馈信号是指整流器的第一整流开关管的发射极电压和第四整流开关管的集电极电压之差。如图1中IGBT T1的发射极电压与IGBT T4的集电极电压之差，Uab。

判定模块200用于判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是则生成第一占空比计算信号，否则生成第二占空比计算信号。该判断模块200可以采用硬件或者是软件的方式构建、例如电压比较电路，电压判断软件流程等。

该第一占空比计算模块300用于基于所述第一占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比。

在本发明的一个实施例中，该第一占空比计算模块300包括第一奇数占空比计算模块和第一偶数占空比计算模块。其中该第一奇数占空比计算模块，用于在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为0。该第一偶数占空比计算模块，用于在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为100％。

该第二占空比计算模块400用于基于所述第二占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。在本发明的一个实施例中，该第二占空比计算模块400包括第二奇数占空比计算模块和第二偶数占空比计算模块。其中该第二奇数占空比计算模块用于在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为0。该第二偶数占空比计算模块，用于在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为100％。

本领域技术人员知悉，本发明的整流器频率控制装置的各个实施例，其构建、功能、原理和效果，可以参照前述整流器频率控制方法的各个实施例。本领域技术人员基于本发明的教导和本领域中的公知常识，能够构造各个这样的整流器频率控制装置，在此就不再累述了。

图7是本发明的整流器频率控制***的第一实施例的原理框图。如图7所示，本发明的整流器频率控制***700包括输入电路710，整流器频率控制装置(未示出)、变流器730、变电器740。该变电器730分别包括整流模块731、整流模块732、逆变模块733、逆变模块734。该变电器740分别包括整流模块741、整流模块742、逆变模块743、逆变模块744。该整流器频率控制***700外接异步电机800和900。其中，该整流频率控制装置可以参照本发明的上述任意实施例构建，或者将本发明的上述整流频率控制方法应用于该整流频率控制***。在本实施例中，该整流模块731、732和741、742可根据图1所示的整流器构建。该输入电路710、逆变模块733、734和743、744可使用本领域中已知的任何输入电路或者逆变模块构建。

在本实施例中，每一台变流器730和740的设计功率分别为2MW。但由于实际条件限制，运行功率最大为300kW左右。整流器频率控制***700的最大负荷近于80kVA(300kW*(1-95％*90％*90％*95％)＝80kW)。两组变流器730和740分别带动异步电机800和900对拖工作。变流器730的整流模块731、整流模块732由一个整流器频率控制装置控制。变流器740的整流模块741、整流模块742由另一个整流器频率控制装置控制。整流模块731、整流模块732、整流模块741、整流模块742的PWM频率为800Hz，而控制频率为3200Hz。如图5中所述，实现整流模块731、整流模块732、整流模块741、整流模块742的高速PWM移相控制。

图8是图7所示的整流器频率控制***的两个整流模块的输入电流和合成电流示意图。在图8中，1是指整流模块731或整流模块741的输入电流，2是指整流模块732或整流模块742的输入电流，3是指二者的合成电流。图9是图7所示的整流器频率控制***的四个整流模块载波同步以后的输入电流关系图。如图9所示，1代表整流模块731的输入电流，2代表整流模块732的输入电流，3代表整流模块741的输入电流，4代表整流模块742的输入电流。在不同的运行功率，对图7所示的整流器频率控制***的输入电流测试数据如下表1。

运行功率	116kW	165kW	202kW	249kW	325kW
						输入电流	120A	171A	213A	260A	341A
电流THD	5.78％	5.05％	3.57％	3.84％	2.78％
						谐波电流	6.94A	8.64A	7.60A	9.98A	9.48A

对图7所示的整流频率控制***进行各个控制实验，其实验类型和结果如下表2。

从图7和图8，以及表1和表2可见，实施本发明的整流器频率控制***，运行功率在8％(额定功率)时，功率因数可达99.9％，运行功率在25％，时，电流THD达到2％。

因此，实施本发明的整流器频率控制***，通过分开计算第一PWM控制信号和第二PWM控制信号，可以将控制频率提高到PWM频率的四倍，从而达到很高的控制新能指标，即功率因数可以达到89以上，输入电流总谐波失真可小于2％，对于负载突变响应准确迅速。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种整流器频率控制方法，其特征在于，包括：

S1、接收三角载波和整流模块电压反馈信号；

S2、判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是执行步骤S3，否则执行步骤S4；

S3、在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比；

S4、在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。

2.根据权利要求1所述的整流器频率控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述整流模块电压反馈信号是指整流器的第一整流开关管的发射极电压和第四整流开关管的集电极电压之差。

3.根据权利要求2所述的整流器频率控制方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：

S31、在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为0；

S32、在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为100%。

4.根据权利要求2所述的整流器频率控制方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：

S41、在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为0；

S42、在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为100%。

5.根据权利要求3或4所述的整流器频率控制方法，其特征在于，在下溢中断和周期中断计算的所述第一PWM控制信号的占空比为所述整流模块电压反馈信号与母线电压之商；在下溢中断和周期中断计算的所述第二PWM控制信号的占空比为所述整流模块电压反馈信号与母线电压之商。

6.一种整流器频率控制装置，其特征在于，包括：

基准信号接收模块，用于接收三角载波和整流模块电压反馈信号；

判定模块，用于判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是则生成第一占空比计算信号，否则生成第二占空比计算信号；

第一占空比计算模块，用于基于所述第一占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比；

第二占空比计算模块，用于基于所述第二占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。

7.根据权利要求6所述的整流器频率控制装置，其特征在于，所述整流模块电压反馈信号是指整流器的第一整流开关管的发射极电压和第四整流开关管的集电极电压之差。

8.根据权利要求7所述的整流器频率控制装置，其特征在于，所述第一占空比计算模块进一步包括：

第一奇数占空比计算模块，用于在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为0；

第一偶数占空比计算模块，用于在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为100%。

9.根据权利要求7所述的整流器频率控制装置，其特征在于，所述第二占空比计算模块进一步包括：

第二奇数占空比计算模块，用于在奇数的PWM周期内，在下溢中断和周期中断计算所述第二PWM控制信号的占空比，并将所述第一PWM控制信号的占空比设置为0；

第二偶数占空比计算模块，用于在偶数的PWM周期，在下溢中断和周期中断计算所述第一PWM控制信号的占空比，并将所述第二PWM控制信号的占空比设置为100%。

10.一种整流器频率控制装置，其特征在于，包括：

整流模块，用于整流输入交流电以输出直流电；

逆变模块，用于将整流模块输出的直流电转换成交流电；

基准信号接收模块，用于接收三角载波和整流模块电压反馈信号；

判定模块，用于判定所述整流模块电压反馈信号是否大于0，如果是则生成第一占空比计算信号，否则生成第二占空比计算信号；

第一占空比计算模块，用于基于所述第一占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第一PWM控制信号的占空比和设置第二PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第二PWM控制信号的占空比和设置所述第一PWM控制信号的占空比；

第二占空比计算模块，用于基于所述第二占空比计算信号，在奇数的PWM周期内，计算第二PWM控制信号的占空比和设置第一PWM控制信号的占空比，在偶数的PWM周期内，计算所述第一PWM控制信号的占空比和设置所述第二PWM控制信号的占空比。

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