关于晶闸管交-交变频器输出力矩偏低和低频振荡问题的研究.pdf

1 0 工业仪表与自动化装置 2 0 1 0年第4期 关 于 晶 闸管交 一交 变频 器 输 出力矩偏低 和低频 振 荡 问题 的研 究 焦文良 P 黑龙江科技学院 电信学院 哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘要 晶闸管交 一交变频器输 出力矩低和低频振荡是具有共性的 2个问题 该文针对这 2个问 题 从零 电流检测灵敏度和触发 电路 同步移相 电压的选取 2个方面进行了较详细的原因分析 并提 出了解决方法 实践表明 零电流检测灵敏度正确选择是解决 交 一交变频器输 出力矩偏 小的关键 所在 同样是余弦控制 采用正弦波移相触发电路交 一交变频器的输 出电流正弦度更好 有效抑制 了输 出的低频振 荡 关键 词 交 一交变频 器 正 弦波移相 零 电流检 测 中图分类号 T N 9 1 1 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 0 0 4 0 0 1 0 0 3 Re s e a r ch o n t h e lo w o ut pu t t o r qu e a nd lo w f r e qu e ncy o s cilla ti o n o f t he SCR AC AC co nv e r t e r J I AO We n l ia n g C o l le g e o fE l e ct r i ca l a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r in g H e i l o n g fia n g I n s t i t u t e of S c i e n ce a n d T e ch n o l o g y H a r b i n 1 5 0 0 2 7 C h i n a Ab s t r a ct T h e Th y r is t o r AC AC co n v e r t e r wi t h l o w o u t p u t t o r q u e a n d lo w f r e q ue n cy o s cilla t io n h a s t wo co mmo n p r o b le ms f o r t h e s e t wo is s ue s t h is p a p e r a n a l y s is t h e ca u s e a n d s t a t us t h e s o lu t i o n f r o m t h e s e ns it iv it y a b o u t t h e d e t e ct i o n o f z e r o cu r r e n t a n d t h e s e le ct i o n o f t h e s y n ch r o n iz a t io n ph a s e s h ift in g t r ig g e r ci r cu it P r a ct ice s h o ws t h a t co r r e ct ch o icin g t h e s e n s it i v it y a b o ut t h e d e t e ct i o n o f z e r o cu r r e n t is t h e ke y o f t o s o lv in g lo w o ut p u t t o r q u e o f t h e AC AC co nv e rte r S i mi la r ly a b o u t t h e co s i n e co n t r o l we ca n a cq ui r e b e t t e r s in e d e g r e e s o f o u t pu t cu r r e n t u s in g s in e wa v e p h a s e s h ift t r i g g e r cir cu it o f AC AC i nv e rte r e f f e ct i v e ly i n hi b it t he lo w fre q u e ncy o u t p u t o s cilla t io n s Ke y wo r d s AC AC co n v e ne r s in e wa v e p h a s e s h i fte d z e r o cu r r e n t d e t e ct io n 0 引言 1 三相异步电动机电磁转矩分析 交流电动机比直流电动机结构简单 价格低 维 护方便 但变频装置昂贵及交流调速性能差 故长期 以来在调速领域里直流传动一直 占统治地位 近年 来随着电力 电子技术 的发展 交 一交变频传动的交 流调速逐步取代传统的大功率直流调速 取得 了良 好的经济效益 但存在交 一 交变频器的输出力矩偏 低和低频振荡问题 而这 2个问题具有共性 从 大量的现场运行调查和试验证 明 输 出低频拖动力 矩偏小与电流过零点 的位移有直接关系 而出现低 频振荡究其根本原 因是触发电路 的同步信号 采用 正弦波还是锯齿波 对输出电压波形的影响问题 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 1 1 作者简介 焦文良 1 9 7 1 男 黑龙 江嫩江人 1 9 9 0年毕业 于黑 龙 江矿业学院 高级 工程师 研究方向为电力电子与 电力传动 根 据三相 异步 电动机 的 电磁 转矩公 式 M C 4 Gco s 1 式 中 C 为异步电动机的转矩常数 为每极磁通 2 为转子相电流 为 2 滞后于电压 E 的角度 在忽略漏阻抗压降的条件下 U 1 2 由此可得 K 1 2 co s 0 2 3 式中 K 丽 J m 又由式 2 S X 2 t g 2 0 1 0年第 4期 工业仪表与自动化装置 得 I 2 4 则式 1 最终可化简为 K U E 2c os0 2 l c osO 2 I 5 2 l 2 I 5 在忽略电网电压波动因素的条件下 和 E 可 视为不变 对于等速段 5可认 为不变 对于一 台 电机来讲是常量 由此可得出 与 co s I co s ff l成 正比的结论 2 电流过零点的位移对输 出力矩的影响 无环流交 一交变频器 主回路 电流何时过零 取 决于主回路电磁时间常数 晶闸管的性能 输 出电流 的大小 负载转矩 和零 电流检测器的灵敏度等因 素 由于电网电压和输出电压之间并无 同步关系 所以换组指令何时出现是随机的 在每个 晶闸管可 被触发导通的 0 1 2 0 的宽广 区域 内 从任一点开 始都有可能 这将引起每个周波电流正 负过零点不 能严格保证 1 8 0 导致输出 电流波形正 负半波的 不对称 产生次谐波 这种在主电路参数影响下产 生的电流过零点位移具有瞬时性 是随机的 可称为 电流的随机位移 电流的这种随机位移产生的次谐 波没有规律 而且在电机内产生谐波转矩 严重时对 机械系统产生较大 的冲击 故应尽量控制在允许程 度以内 以降低其影响 交 一 交变频器输出电流过零点的位移不仅仅是 上述的随机位移 同时还可能伴有因零 电流检测器 灵敏度不合适而引起 的恒定位移 若灵敏度设计过 高 则过零点前移 制 动力矩下 降 反之 过零点后 移 电动力矩下降 多数情况下为了实现正 反组 晶 闸管的可靠换组起见 设计调整的灵敏度偏低 功率 角增加 拖动力矩降低 电流波形畸变 谐波分量增 加 严重时 这种位移角可达近 2 0 使拖动转矩严 重下降 甚至出现重载 拉不动 的现象 图 1为不 同零电流检测灵敏度时的电流波形 I 1 f 1 I l l 一 m IUM J I a 零电流检测灵敏度偏高时的电流波形 孛 一 h r V 1 r 1 一 1 r b 零电流检测灵敏度偏低时 的电流波形 毒 0 一 V r V 1 i一 一 i l HI l 一 C 零电流检测灵敏度适 中时的 电流波形 图 1 不同零电流检测灵 敏度 时的电流波形 3 输出电压为正弦波的调制 2组变流器反并联的交 一交变频器 中 每组 变 流器输出电压为 U d U d 0 co s 6 式中 U a o 为理想空载整流电压 为每组变流器输 出 电压 对交 一交变频电路 每次控制 时 仅角都是不 同 的 式 6 中的 U 表示每次控制间隔内输出电压的 平均值 设要得到的正弦波输 出电压为 s in t o 0 t 7 式中 为变流器正弦输 出电压有效值 为变流 器正弦输出电压峰值 令 U d 由式 6 和式 7 可得 C O S O U o s in r o 0 t y s in w 0 t 8 式 中 y 称为输出电压 比 角的调制满足式 8 时 交 一交变频器输 出电 压为正弦波 I 同步信号为正弦波的触发电路中 O t 问的关系如图2所示 可 求 得 s i n f Co t 一 5 9 式中 为同步信号电压有效值 为同步信号电 l2 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 0年第4期 图 2 正弦波移相控制特性 压峰值 当 o g t o l时 U s 一U c 其中 为移相控制 电 压 故 U c si n 一 i T m C O S 得 co s U c 1 0 比较式 1 0 和式 8 得 U U U s in t o 0 t 1 1 由式 1 1 可见 在同步信号为正弦波 的触发 电 路中 移相控制电压采用和交 交变频器输 出电压 同频的正弦信号 便可获得正弦波输出 这种 O 角 的调制方法通常被称为余弦交截法或余弦控制或余 弦调制 2 同步信号为锯齿波时的触发 电路中 锯齿波 电压 偏移电压 移相控制电压 的关系如图 3所示 U Uh Uc L i 己 1 图 3锯齿波移相控制特性 锯齿波的斜率 K为 K f 孚一 1 2 得 c s i n U c 1 3 比较式 1 3 和式 8 得 Ks in U a o s im o 0 t 1 4 同步信号为锯齿波的触发电路 移相控制信号 满足式 1 4 关系时 交 一交变频器也可获得正弦输 出电压 这时控制信号再采用余弦信号即余弦控制 线性调制就不能得到好的正弦波输出 从 而使输出 电压波形 畸变严重 作用 到 电动 机后产 生低频 振 荡 4 正弦波移相触发电路的研制 鉴于 目前没有现成的正弦波移相集成触发 电 路 所以笔者采用门电路设计 了正弦波移相触发 电 路 如图 4所示 r 一 川 H D H l C2 R5 匕l 口 l 对 图 4 正弦波移相触发电路 原理如下 同步电压 经移相网络移相 比较 后 经 I C 定宽脉冲形成环节形成一定宽度的脉冲 再与 I C 振荡器相 与形成脉冲列 经 I C 选择后输 出一定宽度的脉冲列 图中 D D 起限制 O i 的作用 K端是正反组可控硅脉冲选择端来 自换向 逻辑单元 该触发 电路调试方便 性能可靠 经现场 运行效果十分理想 5 结论 以交 一交变频技术为核心的晶闸管交 一交变频 器 向交流提升机供电时 拖动力矩偏小是一个共性 问题 多年的实践表 明 无环流晶闸管交 一交变频 器的设计和运行 中 零电流检测灵敏度正确选择是 解决交 一交变频 器输 出力矩偏小 的关键所在 同 样是余弦控制 采用正弦波移相触发 电路与锯齿波 移相触发 电路 2种调制方案的交 一交频器 其输 出 电流波形有很大的区别 前者正弦度非常好 而后者 显尖顶波状 而且输出电流越大越明显 作用于电动 机后产生低频振荡 听其电机运行声音 前者明显 好于后者 实际应用于电机时的电流波形分别如图 5和图 6所示 下转第4 3页 2 0 1 0年第 4期 工业仪表与自动化装置 4 3 速度快 从拍图 识别车号 比对车号到启动控制道 闸 不到 1 s 的时间 强大的报 表功能 能够确定车 辆的身份及进出时间 为事后 的调查提供极其有用 的帮助 为管理者提供详尽 的报表 该系统软件可 以根据不同的场所 不同的需求加 以扩展 因此整个 系统非常灵活 方便 该 系统可以应用到住宅小区 也可用于大厦 机关单位 公共场所等停车场的出 人 口管理 有广阔的应用前景 图3 主控机界面 车牌号码和识别结果作了模糊处理 参考 文献 1 刘勃 基 于 R F I D的停车场 智能管 理 系统 J 计 算 机 与数字工程 2 0 0 8 3 6 5 1 5 3 1 5 5 2 赵先雷 智能化停车场车辆进出管理系统的实现 J 微处理机 2 0 0 8 3 1 8 3 1 8 5 3 李云飞 智能停车场射频 I c 卡读写器开发设计 J 4 5 计算机工程与设计 2 0 0 8 2 9 1 8 4 7 4 6 4 7 4 9 蔡纪鹤 赵德安 孙鑫 智能小区停车场管理系统 的设 计 J 电气应用 2 0 0 8 2 7 1 5 5 9 6 2 李刚 曾锐利 林凌 基于射频识别技术的智能交通系 统 J 信息与控制