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)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)電源隔離，網(wǎng)壓信號(hào)經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)及整形，去除高次諧波和直流分量；(2)對(duì)于固定參數(shù)和形式的濾波電路，相移偏差與輸入信號(hào)的頻率成固定函數(shù)關(guān)系，即依據(jù)輸入信號(hào)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(duì)同步過(guò)零基準(zhǔn)進(jìn)行修正，就可還原真實(shí)過(guò)零信號(hào)，即經(jīng)過(guò)過(guò)零修正方法計(jì)算，得到同步方波信號(hào)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)具有原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、能消除頻率連續(xù)變化帶來(lái)的過(guò)零誤差等優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)主要涉及到晶閘管移相觸發(fā)控制領(lǐng)域，特指一種用來(lái)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)介紹
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(guò)改變晶閘管的控制角來(lái)實(shí)現(xiàn)的。相控整流則是利用半控開(kāi)關(guān)器件晶閘管的開(kāi)通可控特性和單向?qū)щ娦裕刂凭чl管觸發(fā)相位角(脈沖施加深刻)，就控制了電源電壓送至負(fù)載的起始時(shí)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(jì)算控制角，必須獲得晶閘管兩極電壓由反向變 正向時(shí)的過(guò)零點(diǎn)信號(hào)，以此作為滿足晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通條件和計(jì)算控制角的基準(zhǔn)點(diǎn)，這一信號(hào)通常稱(chēng)為“同步信號(hào)”。為了獲取此信號(hào)用于控制，需要對(duì)高壓側(cè)的電源正弦信號(hào)進(jìn)行隔離、濾波、過(guò)零檢測(cè)和整形等多個(gè)環(huán)節(jié)形成控制電源系的“低壓同步方波信號(hào)”。目前對(duì)于“同步信號(hào)”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(fù)序擾動(dòng)時(shí)，過(guò)零判斷將嚴(yán)重滯后。特別是小容量的柴油機(jī)發(fā)電系統(tǒng)頻率變化幅度較大，由此引起同步信號(hào)的采集偏差，導(dǎo)致相控整流嚴(yán)重的故障。例如，在局域發(fā)電網(wǎng)(如單柴油機(jī)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(hào)經(jīng)過(guò)濾波電路后將不可避免地產(chǎn)生較大的過(guò)零偏差。以電力機(jī)車(chē)網(wǎng)壓同步信號(hào)處理所述的濾波電路為例，相位延時(shí)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(guò)小將影響濾波效果)。40Hz頻率電源信號(hào)經(jīng)帶通濾波電路后的相位誤差0等于61°。對(duì)于三相整流系統(tǒng)，觸發(fā)基準(zhǔn)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(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)同步信號(hào)處理的一種方式是如圖1所示采用同步變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電源隔離，用過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)電壓過(guò)零點(diǎn)，并進(jìn)行波形整形，從而得到同步方波信號(hào)。采用這種方式，經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號(hào)完整，可用于電源幅值計(jì)算、電源諧波分析等其它用途；后續(xù)濾波和檢測(cè)整形電路簡(jiǎn)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(gè)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(dāng)相位發(fā)生變化時(shí)，過(guò)零檢測(cè)法要等到下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)才能檢測(cè)出隨后各時(shí)刻的相位，故其動(dòng)態(tài)性能在一些特定應(yīng)用中無(wú)法滿足要求。在電源諧波干擾較少，并且控制僅需要過(guò)零信號(hào)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(jiǎn)單方式實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。此種方式元件少、電路簡(jiǎn)單、可靠性較高、設(shè)備質(zhì)量和空間開(kāi)銷(xiāo)小、且較變壓器隔離方式相位延時(shí)更小。但是，這種方式也具有以下不足1.雖然可以對(duì)后續(xù)的同步方波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，但對(duì)于單相控制應(yīng)用缺少多相位的參照對(duì)比，如果存在很?chē)?yán)重的電源波形畸變，容易造成過(guò)零信號(hào)不準(zhǔn)甚至錯(cuò)誤。2.對(duì)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(duì)器件的選型造成較大困難。3.受器件參數(shù)分散性影響，過(guò)零相位誤差很難通過(guò)有效手段進(jìn)行修正。4.無(wú)法滿足需要獲取電源幅值等其它信號(hào)的控制應(yīng)用。5.由于同樣采用過(guò)零檢測(cè)方法，動(dòng)態(tài)性能在一些特定應(yīng)用中無(wú)法滿足要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、能消除頻率連續(xù)變化帶來(lái)的過(guò)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(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)采用以下技術(shù)方案，步驟為(I)采用同步變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電源隔離，網(wǎng)壓信號(hào)經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)及整形，去除高次諧波和直流分量；(2)對(duì)于固定參數(shù)和形式的濾波電路，相移偏差與輸入信號(hào)的頻率成固定函數(shù)關(guān)系，即依據(jù)輸入信號(hào)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(duì)同步過(guò)零基準(zhǔn)進(jìn)行修正，就可還原真實(shí)過(guò)零信號(hào)，即經(jīng)過(guò)過(guò)零修正方法計(jì)算，得到同步方波信號(hào)。作為本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)在上述步驟(2)中，通過(guò)檢測(cè)單相系統(tǒng)兩次同步過(guò)零點(diǎn)間隔、或者檢測(cè)三相系統(tǒng)中兩路同步過(guò)零間隔，就可以得到輸入信號(hào)的頻率，然后依據(jù)輸入信號(hào)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(hào)的頻率與相移偏差的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，通過(guò)查表就能實(shí)現(xiàn)誤差修正。在上述步驟(I)中通過(guò)調(diào)整濾波參數(shù)中的品質(zhì)因數(shù)可減少修正過(guò)渡時(shí)間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于本專(zhuān)利技術(shù)的原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)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(duì)于大量現(xiàn)行使用帶通濾波方法的工程應(yīng)用，本專(zhuān)利技術(shù)的偏差修正方法可以基本消除頻率連續(xù)變化帶來(lái)的過(guò)零誤差，能解決因采集同步信號(hào)過(guò)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(wèn)題。附圖說(shuō)明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用同步變壓器隔離法時(shí)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(shí)的原理示意圖。圖3是本專(zhuān)利技術(shù)的原理示意圖。圖4是本專(zhuān)利技術(shù)在具體應(yīng)用實(shí)例中濾波電路品質(zhì)因數(shù)為4時(shí)的仿真結(jié)果示意圖。圖5是本專(zhuān)利技術(shù)在具體應(yīng)用實(shí)例中濾波電路品質(zhì)因數(shù)為2時(shí)的仿真結(jié)果示意圖。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖3所示，本專(zhuān)利技術(shù)的，其步驟為(I)采用同步變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)電源隔離，網(wǎng)壓信號(hào)經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器的濾波后進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)及整形，去除高次諧波和直流分量；(2)對(duì)于固定參數(shù)和形式的濾波電路，其相移偏差與輸入信號(hào)的頻率成固定函數(shù) 關(guān)系，即依據(jù)輸入信號(hào)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(duì)同步過(guò)零基準(zhǔn)進(jìn)行修正，就可還原真實(shí)過(guò)零信號(hào)，即經(jīng)過(guò)過(guò)零修正方法計(jì)算，得到同步方波信號(hào)。同步變壓器是用來(lái)為晶閘管提供同步信號(hào)來(lái)作為其控制電壓的。在晶閘管整流電路中，晶閘管需要一個(gè)觸發(fā)脈沖來(lái)控制其導(dǎo)通，而在什么時(shí)刻給可控硅發(fā)觸發(fā)脈沖是要有時(shí)間基準(zhǔn)的，而這個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)通常便是晶閘管的陽(yáng)極電壓。即要使觸發(fā)脈沖與陽(yáng)極電壓同步，最直接的做法便是引陽(yáng)極電壓來(lái)作為觸發(fā)脈沖。但是這其中出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題一般整流橋陽(yáng)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(gè)變壓器來(lái)降壓，并同時(shí)起到一定的隔離作用，這個(gè)變壓器就是同步變壓器。簡(jiǎn)言之同步變壓器的功能是將晶閘管陽(yáng)極電壓變壓來(lái)作為此晶閘管的控制信號(hào)，有此作用的變壓器就叫做同步變壓器。帶通濾波器為一個(gè)允許特定頻段的波通過(guò)同時(shí)屏蔽其他頻段的設(shè)備。在上述步驟(2)中，本專(zhuān)利技術(shù)可以通過(guò)檢測(cè)單相系統(tǒng)兩次同步過(guò)零點(diǎn)間隔、或者檢測(cè)三相系統(tǒng)中兩路同步過(guò)零間隔，就可以較為方便的計(jì)算出信號(hào)源頻率，即輸入信號(hào)的頻率。接下來(lái)，依據(jù)輸入信號(hào)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(shí)例中，本專(zhuān)利技術(shù)還進(jìn)一步可以構(gòu)建輸入信號(hào)的頻率與相移偏差的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，通過(guò)查表就可快速便捷的實(shí)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(hào)，經(jīng)50Hz帶通濾波并整形形成過(guò)零方波信號(hào)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(duì)過(guò)零方波信號(hào)進(jìn)行采集。采樣分辨間隔20uS，對(duì)應(yīng)50Hz相周期的0. 18°，能充分滿足移相控制精度要求。當(dāng)電源頻率為標(biāo)準(zhǔn)50Hz時(shí)，兩相過(guò)零時(shí)間間隔6667uS，控制器頻率測(cè)定計(jì)數(shù)為333 ;電源頻率為40Hz時(shí)，兩相過(guò)零時(shí)間間隔8333uS，控制器頻率測(cè)定計(jì)數(shù)為417 ;電源頻率為63Hz時(shí)，兩本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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(lái)實(shí)現(xiàn)電源隔離，網(wǎng)壓信號(hào)經(jīng)同步變壓器隔離后，獲得的電源信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)及整形，去除高次諧波和直流分量；(2)對(duì)于固定參數(shù)和形式的濾波電路，相移偏差與輸入信號(hào)的頻率成固定函數(shù)關(guān)系，即依據(jù)輸入信號(hào)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(duì)同步過(guò)零基準(zhǔn)進(jìn)行修正，還原真實(shí)過(guò)零信號(hào)，即經(jīng)過(guò)過(guò)零修正方法計(jì)算，得到同步方波信號(hào)。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉燦，錢(qián)華，戴仁德，羅繼光，林波，陳燦，唐鴻華，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：株洲南車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：