无环流交一交变频器中的新型零电流检测电路.docx

无环流交一交变频器中的新型零电流检测电路dujing导语：扼要介绍了无环流交一交变频器的工作原理，设计了一种新型零电流检测电路，该电路具有构造简单、无环流死时小、能消除“假有电流信号的特点摘要扼要介绍了无环流交一交变频器的工作原理，设计了一种新型零电流检测电路，该电路具有构造简单、无环流死时小、能消除“假有电流信号的特点，通过仔细分析该电路实际使用中出现的问题，找出出现问题的原因并提出解决问题的方法。关键词矢量控制;交一交变频;零电流检测在结合了矢量控制技术后，变频调速由于其具有优异的性能得到了广泛的应用.交一交变频系统由于无中间环节，损耗小，采用无环流方式后损耗更小、本钱更低，因此无环流交一交变频成为一种很重要的变频方式.然而无环流交一交变频器是由两个每一相输出可逆整流电路反并联而成，为防止电源短路，在任何时候只能允许其中之一工作，而另外一个等待，切换工作组与等待组时只有在原工作组完全关断时才允许原等待组投人，所以需要有一个判定工作组是否关断的方法，即零电流检测方法.这里给出了一种新型的零电流捡测方法，构造简单，无环流死时小，能消除“假有电流号.1无环流晶闸管交一交变频器的工作交一交变频器是把固定频率的沟通电源不经过中间整流的直流环节，直接变成另一种频率的变频装置图1.图1a表示出6只晶闸管连接成一个三相全控桥式整流电路;图1b表示一个三相全控桥式整流电路的触发脉冲形成电路，由期望信号与锯齿波比拟产生相控脉冲，高频调制可以减小脉冲变压器的体积，脉冲经过功率驱动后通过脉冲变压器藕合输出至晶闸管，由脉冲封闭信号控制所有6路触发脉冲，在无环流工作方式中可用此信号封闭工作组脉冲、开放等待组脉冲进而实现可靠的无环流切换，系统异常时也可方便地封闭所有的脉冲保护主电路;图1c为变频器全图，图中每一个方框为一个三相全控桥式整流单元，里面包括图1a所示的一个三相全控桥式整流电路，还包括图1b所示的一个触发脉冲形成电路.可以看到，三相以星形方式连接输出，每一相都由两个桥式整流单元反并联产生.两个桥式整流单元分为正组晶闸管符号向上者和反组晶闸管符号向下者，由前述脉冲封闭信号控制，当电流为正电流由变频器流向负载时正组工作、反组被封闭，而当电流为负电流由负载流向变频器时反组工作、正组被封闭。2普通零电流检测方法及“假有电流的消除当晶闸管导通时，阳极和阴极之间的电压约为1V;当晶闸管关断时，阳极和阴极之间的电压近似即是电源电压.因此，只要检测晶闸管阳极对阴极的电压，就可判定它是否关断.分析图2所示交一交变频器的一相电路构造可知，所有晶闸管以两两反并联的方式连接的，检测管压降时是以一对晶闸管为一组进展检测，普通的零电流检测电路见图3。晶闸管K1，、K2上的电压经过二极管整流桥整流后加到光电藕合器上，当Kl、K:任意一个导通时，两端电压接近为零，光电祸合器中光敏三极管截止，输出低电平L=0;反之，当K，、KZ全部关断时，其管压降为电源线电压，这个电压使得光电祸合器中光敏三极管导通，输出高电平L=1.图3中Rl、RZ是限流电阻，稳压管DW的作用是设置一个门坎电压以抗干扰川.对于三相交一交变频需要18个这种检测电路，电路复杂。而且，在上述普通零电流检测电路中有“假有电流的现象存在.在晶闸管阻断期间，两端承受的管压降是正弦沟通电压，而沟通电压本身存在自然过零点，此时晶闸管压降为零，零电路检测电路这个时候输出为低电平，这就是“假有电流信号.由于它并不是由于晶闸管导通形成的，不是真正的有电流，需要引人触发脉冲信号消除这种“假有电流信号，实现起来需要一个比拟复杂的电路图.3新型零电流检测电路新型零电流检测电路与普通零电流检测电路不同，检测管压降时不是仅仅检测一对晶闸管上的压，而是一次性对一相输出所需的管压降都进展检测。图4为变频器a相输出的零电流检测电路.由图1可知，AC/AC变频器a相输出局部的详细构造为图2，a相的12只晶闸管中6只与a相输出端相连，假如通过这6只晶闸管的电流为零那么a相电流一定为零，所以零电流检测只需要检测这6只晶闸管的电流.由图2知，这6只晶闸管两两反并联在一起，因此检测时按3对晶闸管进展检测分析易知，假如交一交变频器由三相零式整流电路反并联构成，那么检测电路与本电路完全一样，每一对晶闸管的管压降通过一个限流电阻加到一对反并联的光藕输人端，为防止由于干扰出现误识别，光祸的输人端还串有一个稳压管，以提供识别输出的最低阀值，光藕的输出端那么直接并联.因此只要两只晶闸管中有一只导通，那么管压降一定很小，两个光藕的输出端都会处于阻断状态，而假如两只晶闸管均截止且管压降超过了阀值，那么总有且只有一个光祸的输出端处于导通状态.三对光藕的输出端串联起来，一端接电源，一端通过电阻R接地.这种构造实现了一个“与的逻辑，只要有一组光祸输出端阻断，从电源到电阻R的通路就被切断，R上的压降为零;只有三组光藕输出端都导通，从电源到电阻R的通路才是连通的，R上的压降为电源电压减去三个光祸的饱和导通压降，接近电源电压.也就是讲，只要有一个晶闸管导通有电流，电阻R上输出就为低电平，只有所有晶闸管都不导通无电流，电阻R上才输出高电平.因此，电阻R上电平的上跳变时刻一定是最后导通的一只晶闸管所承受的电压由正变负且超过了阀值电压的时刻，此时该晶闸管承受着较大的反向电压已经可靠关断，而其他的晶闸管均处于截止状态，这个时刻就可以平安地进展正反组的切换，无须设置延时，因此无环流死时小，输出电流谐波成分少.当电阻R上的电平变高后，无环流切换逻辑电路封闭原工作组的脉冲、开放原等待组的脉冲，原等待组投人工作成为新工作组，当新工作组有一只晶闸管触发导通后电阻R上的电平会立即变低，直到电流下次过零.因此，这种电路构造使得本电路只有在电流过零到新工作组有晶闸管导通的很短一段时间内输出高电平指示无电流，在这段时间内不会出现由于管压降自然过零而输出“假有电流的情况，其他时间本电路一直输出低电平指示有电流，“假有电流被吞没在“真有电流中不会干扰电路的正常运行，因此不需要任何附加电路去除“假有电流信号.所以，本零电流检测电路只需要3个图4所示的检测单元就可以完成对三相电流的可靠检测，电路构造简单、无环流死时小、能自动消除“假有电流.4电路实际使用中出现的问题及解决方法现这些“无电流信号根本没有什么变化，进而否认了电流不连续造成问题的分析.经过仔细观察零电流检测电路的输出信号波形后，发现这些正脉冲的出现很有规律，相互之间的间隔完全相等，在20ms时间内有三个这样的脉冲，再对整个电路进展仔细分析后终于发现了问题所在.原来，以上的分析基于一个假设:晶闸管之间的换流是瞬时完成的，这样在整个电流正半周期间，至少有一个晶闸管处于导通的状态，它的管压降很低，相应地有一组光藕的输出端阻断，电阻R上的压降为，输出低电平.但实际上由于变压器漏抗的存在使导通的晶闸管不可能瞬时截止，从一个晶闸管到另外一个晶闸管的换流经过不可能瞬时完成，那么在换流的经过中，相当于有两个晶闸管同时导通，它们共同承受两相之间的线电压，这个电压往往比拟高，足以使对应的两组光藕输出端导通，而这个时候另外一相的晶闸管正处于截止状态，与它对应的光祸的输出端也导通，因此从电源到电阻R的通路就建立了起来，检测电路也就输出了一个“假无电流信号脉冲.找到了问题的原因再解决就比拟轻易了，由于“假无电流脉冲是在换流经过中产生的，而换流的经过一般很快就能完毕，持续的时间很短，也就是那些正脉冲很窄，只要在电路上做一点修改将很窄的正脉冲去掉就可以了.修改局部如图5所示.在笔者研制交一交变频器的电路中使用了图4所示的新型零电流检测电路，但实际使用中该电路最初并不能完全正常工作.使用示波器观察零电流检测电路的输出波形，发现该电路没有“假有电流但出现了“假无电流.按照上面的分析，在电流正半周负半周类似，由于正组三只晶闸管轮流导通，检测电路的输出应该一直为低电平，说明一直有电流.但从示波器观察到的波形来看情况有所不同，在电流正半周中，检测电路的输出主要为低电平，但其中出现了几个很窄的正脉冲，也就是讲出现了“无电流，由于这些“无电流信号出如今一直有电流的期间，因此是“假无电流，假如按照上面的分析只要检测电路输出信号出现上跳变就切换工作组与等待组显然会出现问题.最初笔者以为这些“无电流信号的出现是由于输出电流出现了断续，“无电流信号确实反映了电流不连续，但加大输出电压进而加大输出电流后，发在图4电路的根底上，在电阻R两端并联一个小电容C，再在光祸与输出之间串接一个小电阻R，这样假如换流经过中出现了窄的正脉冲，电容C通过电阻Rl充电，由于正脉冲很窄，在电容C上的电压充得比拟高之前脉冲已经过去，电容又通过R放电，所以输出总是低电平.假如确实是电流过零，那么来自光藕的高电平会一直持续，电容C可以通过电阻R，充电到输出高电平.因此，加上电容C与电阻Rl之后，电路可以去掉换流经过形成的正脉冲，而不会破坏电路输出正常的零电流信号.当然，电容C和电阻R:会使电路输出的零电流信号有所延迟，使无环流死时增大，因此它们的值都不宜获得太大.本新型零电流检测电路可直接用于由三相桥式、三相零式全控整流电路反并联而成的交一交变频器的零电流检测，加以扩大还能用于12脉涉及以上可控整流电路反并联而成的交一交变频器中，采用这种零电流检测电路可降低变频器的本钱、进步变频器的可靠性和性能.1马小亮.大功率交一交变频调速及矢量控制技术第3版M.北京:机械工业出版社，2003.2任玉英.双馈电机交一交变频调速系统中零电流检测电路J.大庆石油学院学报，20012:90一92.3周娟.交一交变频器仿真与零电流检测J.工矿自动化，20042:13一15.4秦晓平.感应电动机的双馈调速和串级调速M.北京:机械工业出版社，1993.