一種大容量IGBT整流器控制技術(shù)

1、 一種大容量整流器控制技術(shù)引言隨著現(xiàn)代微電子、功率元件、計算機(jī)的發(fā)展，整流器結(jié)構(gòu)及其控制技術(shù)也得到了迅猛的進(jìn)步。從二極管整流、可控硅整流，再到大容量整流器，各種整流器都得到實際的應(yīng)用。針對不同的技術(shù)需求，選擇不同的整流結(jié)構(gòu)，同時采納了各種先進(jìn)的控制技術(shù)。因此基于功率元件的通流能力和耐壓水平，選擇某種結(jié)構(gòu)的整流器在傳動系統(tǒng)中至關(guān)重要;而其軟件控制技術(shù)也保障了傳動設(shè)備在現(xiàn)場安全運(yùn)行。大容量整流器在大型冷軋廠的應(yīng)用某冷軋廠主軋機(jī)五機(jī)架，主馬達(dá)功率最大為0包括卷曲機(jī)在內(nèi)，總共采用了6套大容量傳動系統(tǒng)。在大容量傳動系統(tǒng)中，采用日立矢量變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，其中整流器和逆變器功率元件均采用三菱規(guī)格的。每臺整流

2、器采用獨(dú)立直流母線給逆變器供電，而中容量和小容量傳動系統(tǒng)則采用公共直流母線。在整流器中采用控制方式以及功率元件，一方面其高功率因數(shù)節(jié)省電能的同時，另一方面能夠減少諧波，因此省去部分裝置。這套變頻裝置具有輸出電壓諧波小，功率因數(shù)高，調(diào)速精度高，系統(tǒng)動態(tài)特性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時由于全數(shù)字控制方式，整套系統(tǒng)在工藝調(diào)整、日常維護(hù)等方面簡潔方便并能準(zhǔn)確查找故障。整流器控制原理整流器一方面用來將電網(wǎng)電壓整流成直流電壓送往逆變器同時也可以將反向制動產(chǎn)生的能量通過逆變成網(wǎng)側(cè)頻率電壓送往電網(wǎng)。在模塊中，與元件還并聯(lián)一個二極管。此二極管在逆變器中常作續(xù)流二極管，將馬達(dá)反向制動過程的機(jī)械能量反饋回逆變輸入側(cè)。而在整流

3、器中，整流過程主要是依靠二極管進(jìn)行全波整流，并不是依靠進(jìn)行整流，也不進(jìn)行調(diào)壓，調(diào)頻調(diào)壓主要由逆變器實現(xiàn)元件的功能主要體現(xiàn)在提高功率因數(shù)為1同時將系統(tǒng)回饋能量逆變成工頻電壓反饋回電網(wǎng),如圖1所示。圖大容量整流器主回路日立變頻器三電平控制技術(shù)整流器采用三電平系統(tǒng)整流電路，它將輸出直流電壓為通過鉗位二極管分為、和三電平。采用三電平系統(tǒng)，可以有效的降低每個承受的壓降，從而提高整流器容量。在三電平控制系統(tǒng)中，門極指令邏輯見表1。圖2為整流器的控制信號和波形示意圖。通過雙極性載波信號與一同步交流電壓比較，輸出門極控制脈寬調(diào)制信號，按照表的指令邏輯，來控制的導(dǎo)通表控制指令邏輯圖控制指令及波形五機(jī)架中大馬達(dá)額

4、定電壓達(dá)，額定電流可達(dá)。這么高的電壓和大電流，如果采用高頻載波頻率，發(fā)熱量也較高，對裝置的損傷就較大。為了減少的發(fā)熱量以延長使用壽命，為此載波頻率采用相對較低至600。但是這種控制方式帶來的結(jié)果可能會使輸出的電壓波形失真較高，影響控制精度等問題。為解決這個問題，采用預(yù)見性控制技術(shù)，即先預(yù)測采用頻率的載波頻率會給輸出波帶來多少誤差，然后通過控制回路輸出的波形對其進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出的電壓波形更接近正弦波。輸出電壓控制結(jié)構(gòu)圖3整流器數(shù)字控制系統(tǒng)框架圖圖3為整流器數(shù)字控制系統(tǒng)框架圖，其所含基本結(jié)構(gòu)如下:自動電壓調(diào)節(jié)器控制可以在負(fù)載或電網(wǎng)波動時，通過反饋電壓和和指令電壓進(jìn)行比較控制，保證輸出直流電壓與指令

5、一致。采用比例積分環(huán)節(jié)，的輸出作為整流器矢量控制中有功電流的給定。(2)負(fù)荷補(bǔ)償整流裝置采用負(fù)荷補(bǔ)償環(huán)節(jié)，當(dāng)負(fù)荷變化引起直流電壓波動時，該環(huán)節(jié)通過反饋到輸入環(huán)節(jié)可以減小該波動。負(fù)荷補(bǔ)償計算逆變器側(cè)功率的消耗變換，將功率波動計算結(jié)果作為整流器控制輸入的一部分，改變有功電流的給定，減少直流電壓的變化。同步電源與同步電源通過將網(wǎng)側(cè)電源變壓后得到;同步電源與高頻載波信號通過比較結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。由于該系統(tǒng)為數(shù)字系統(tǒng)，在的產(chǎn)生過程中，考慮到高功率因數(shù)的控制，采用了矢量控制技術(shù)，將網(wǎng)側(cè)無功控制為0諧波控制技術(shù)變頻器輸出波形以接近正弦為目的，但是其輸出電壓中不可避免存在著諧波。對于制動能量反饋回電網(wǎng)的波形中也一樣存

6、在。產(chǎn)生諧波的主要原因是(在工程應(yīng)用中，對波形的生成往往采用規(guī)則采樣法或者專用集成電路器件，并不能保證脈寬調(diào)制序列波的波形面積與各段正弦波面積相等在實現(xiàn)控制時，為了防止逆變器同一橋臂上、下兩器件的同時導(dǎo)通而導(dǎo)致直流側(cè)短路，設(shè)置了一個導(dǎo)通時滯環(huán)節(jié)，這些因素不可避免的造成輸出波形有所失真2。3對波形作傅氏級數(shù)分析，可求得其次諧波相電壓幅值的表達(dá)式為其中一變頻器直流電壓a以相位角表示的第個脈沖起始終了時刻同步電壓半個周期內(nèi)脈沖波的個數(shù)。從上述公式可以看出，整流器所帶來高次諧波的數(shù)量與載波的相位有很大關(guān)系。對于同一電網(wǎng)下多組大容量整流器運(yùn)行，采用控制每組間載波相位差相配合，可以很好的消除一些諧波。假設(shè)

7、兩組整流器運(yùn)行在同一電網(wǎng)下，圖4為載波相位關(guān)系。圖中兩個整流器單元載波相位相同，所以兩整流器產(chǎn)生的諧波也同相，因此體現(xiàn)在該系統(tǒng)電網(wǎng)上的諧波為它們之和圖中兩整流器載波相位相差假設(shè)一個載波周期對應(yīng)，那么兩個整流器系統(tǒng)產(chǎn)生的某次諧波相位也將相差，幅值相反，則產(chǎn)生在電網(wǎng)上的合成諧波幅值則接近。因此，對于次諧波來說，可以通過設(shè)置同一電網(wǎng)下不同整流器載波相位差6并配合，來減少系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波。，其中為整流器單元個數(shù)。圖4載波相位與諧波的關(guān)系原理圖圖5現(xiàn)場調(diào)整載波相位前后電壓波形圖圖中所示的兩個現(xiàn)場測試波形圖，圖為整流器控制中未調(diào)整載波相位配合時諧波對網(wǎng)側(cè)的影響圖為將酸軋、連退和鍍鋅三條機(jī)組的整流器的載波相

8、位調(diào)整配合后網(wǎng)側(cè)輸入點(diǎn)電壓波形。因為現(xiàn)場整流器數(shù)量較多且復(fù)雜，每個整流器組具體調(diào)整的相位差由日方進(jìn)行仿真得出?？梢钥闯?，調(diào)整載波相位配合后，諧波對網(wǎng)側(cè)電壓的影響明顯減小。高功率因數(shù)控制技術(shù)功率因數(shù)控制在變頻器控制中是一個重要課題，對于電機(jī)節(jié)能有重要意義。但是變頻器功率元件和控制方式的不同，其整流電路的功率因數(shù)也不盡相同。見表。表2不同整流器的功率因數(shù)及特點(diǎn)23功率可以雙向傳遞具有再生能力對于功率因數(shù)高的要求，便選擇了整流電路，其中功率元件采用了功率元件。通過基于的控制系統(tǒng)可以很好的將功率因數(shù)控制為1，將能量從網(wǎng)側(cè)幾乎全部傳遞到馬達(dá)，同時將在反向制動時將能量反饋回電網(wǎng)。在這個功率因數(shù)控制中，采用矢量控制技術(shù)。其中電流調(diào)節(jié)器檢出電源側(cè)電流，通過到變換，將它分解為與電源電壓同相的有功分量和與電源電壓正交的無功分量。而將給定設(shè)定為0并控制參數(shù)使兩個反饋值與給定值和一致。由此，可以使輸入電壓與電流同相，也就是功率因數(shù)為1。另外，將自動電壓調(diào)節(jié)器和負(fù)荷補(bǔ)償環(huán)節(jié)的輸出作為有功電流給定來控制整流器輸出。圖為功率因數(shù)控制過程中整流器矢量圖，圖為非高功率因數(shù)參數(shù)矢量圖，可見和相位不一致，所以輸入功率因數(shù)小于圖為對整流器矢量控制后的矢量圖，和被控制到同一相位，使輸入功率因數(shù)為1圖6整流器向量圖4結(jié)束語