摘要 簡(jiǎn)要介紹了無(wú)環(huán)流交一交變頻器的工作原理，設(shè)計(jì)了一種新型零電流檢測(cè)電路，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)環(huán)流死時(shí)小、能消除“假”有電流信號(hào)的特點(diǎn)，通過(guò)仔細(xì)分析該電路實(shí)際使用中出現(xiàn)的問(wèn)題，找出出現(xiàn)問(wèn)題的原因并提出解決問(wèn)題的方法。 關(guān)鍵詞 矢量控制;交一交變頻;零電流檢測(cè) 在結(jié)合了矢量控制技術(shù)后，變頻調(diào)速由于其具有優(yōu)異的性能得到了廣泛的應(yīng)用.交一交變頻系統(tǒng)因?yàn)闊o(wú)中間環(huán)節(jié)，損耗小，采用無(wú)環(huán)流方式后損耗更小、成本更低，因此無(wú)環(huán)流交一交變頻成為一種很重要的變頻方式.然而無(wú)環(huán)流交一交變頻器是由兩個(gè)（每一相輸出）可逆整流電路反并聯(lián)而成，為防止電源短路，在任何時(shí)候只能允許其中之一工作，而另外一個(gè)等待，切換工作組與等待組時(shí)只有在原工作組完全關(guān)斷時(shí)才允許原等待組投人，所以需要有一個(gè)判斷工作組是否關(guān)斷的方法，即零電流檢測(cè)方法.這里給出了一種新型的零電流撿測(cè)方法，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)環(huán)流死時(shí)小，能消除“假”有電流號(hào). 1 無(wú)環(huán)流晶閘管交一交變頻器的工作 原理 交一 交變頻器是把固定頻率的交流電源不經(jīng)過(guò)中間整流的直流環(huán)節(jié)，直接變成另一種頻率的變頻裝置（圖1）. 圖1（a ） 表示出6只晶閘管連接成一個(gè)三相全控橋式整流電路;圖1（b）表示一個(gè)三相全控橋式整流電路的觸發(fā)脈沖形成電路，由期望信號(hào)與鋸齒波比較產(chǎn)生相控脈沖，高頻調(diào)制可以減小脈沖變壓器的體積，脈沖經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)后通過(guò)脈沖變壓器藕合輸出至晶閘管，由脈沖封鎖信號(hào)控制所有6路觸發(fā)脈沖，在無(wú)環(huán)流工作方式中可用此信號(hào)封鎖工作組脈沖、開(kāi)放等待組脈沖從而實(shí)現(xiàn)可靠的無(wú)環(huán)流切換，系統(tǒng)異常時(shí)也可方便地封鎖所有的脈沖保護(hù)主電路;圖1（c）為變頻器全圖，圖中每一個(gè)方框?yàn)橐粋€(gè)三相全控橋式整流單元，里面包括圖1（a）所示的一個(gè)三相全控橋式整流電路，還包括圖1（b）所示的一個(gè)觸發(fā)脈沖形成電路.可以看到，三相以星形方式連接輸出，每一相都由兩個(gè)橋式整流單元反并聯(lián)產(chǎn)生. 兩個(gè)橋式整流單元分為正組（晶閘管符號(hào)向上者）和反組（晶閘管符號(hào)向下者），由前述脈沖封鎖信號(hào)控制，當(dāng)電流為正（電流由變頻器流向負(fù)載）時(shí)正組工作、反組被封鎖，而當(dāng)電流為負(fù)（電流由負(fù)載流向變頻器）時(shí)反組工作、正組被封鎖。 2 普通零電流檢測(cè)方法及“假”有電流的消除 當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，陽(yáng)極和陰極之間的電壓約為1V;當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，陽(yáng)極和陰極之間的電壓近似等于電源電壓.因此，只要檢測(cè)晶閘管陽(yáng)極對(duì)陰極的電壓，就可判斷它是否關(guān)斷.分析圖2所示交一交變頻器的一相電路結(jié)構(gòu)可知，所有晶閘管以?xún)蓛煞床⒙?lián)的方式連接的，檢測(cè)管壓降時(shí)是以一對(duì)晶閘管為一組進(jìn)行檢測(cè)，普通的零電流檢測(cè)電路見(jiàn)圖3。 晶閘管 K1，、K2上的電壓經(jīng)由二極管整流橋整流后加到光電藕合器上，當(dāng)Kl、K:任意一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，兩端電壓接近為零，光電禍合器中光敏三極管截止，輸出低電平L=0;反之，當(dāng)K，、KZ全部關(guān)斷時(shí)，其管壓降為電源線電壓，這個(gè)電壓使得光電禍合器中光敏三極管導(dǎo)通，輸出高電平L=1. 圖 3 中 Rl、RZ是限流電阻，穩(wěn)壓管DW 的作用是設(shè)置一個(gè)門(mén)坎電壓以抗干擾川.對(duì)于三相交一交變頻需要18個(gè)這種檢測(cè)電路，電路復(fù)雜。而且 ，在 上述普通零電流檢測(cè)電路中有“假”有電流的現(xiàn)象存在.在晶閘管阻斷期間，兩端承受的管壓降是正弦交流電壓，而交流電壓本身存在自然過(guò)零點(diǎn)，此時(shí)晶閘管壓降為零，零電路檢測(cè)電路這個(gè)時(shí)候輸出為低電平，這就是“假”有電流信號(hào).由于它并不是由于晶閘管導(dǎo)通形成的，不是真正的有電流，需要引人觸發(fā)脈沖信號(hào)消除這種“假”有電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)需要一個(gè)比較復(fù)雜的電路圖. 3 新型零電流檢測(cè)電路 新型零電流檢測(cè)電路與普通零電流檢測(cè)電路不同，檢測(cè)管壓降時(shí)不是僅僅檢測(cè)一對(duì)晶閘管上的壓，而是一次性對(duì)一相輸出所需的管壓降都進(jìn)行檢測(cè)。 圖4為變頻器a相輸出的零電流檢測(cè)電路. 由圖1可 知，AC/AC變頻器a相輸出部分的具體結(jié)構(gòu)為圖2，a相的12只晶閘管中6只與a相輸出端相連，如果通過(guò)這6只晶閘管的電流為零則a相電流一定為零，所以零電流檢測(cè)只需要檢測(cè)這6只晶閘管的電流. 由圖 2知 ，這6只晶閘管兩兩反并聯(lián)在一起，因此檢測(cè)時(shí)按3對(duì)晶閘管進(jìn)行檢測(cè)（分析易知，如果交一交變頻器由三相零式整流電路反并聯(lián)構(gòu)成，則檢測(cè)電路與本電路完全相同），每一對(duì)晶閘管的管壓降通過(guò)一個(gè)限流電阻加到一對(duì)反并聯(lián)的光藕輸人端，為防止由于干擾出現(xiàn)誤識(shí)別，光禍的輸人端還串有一個(gè)穩(wěn)壓管，以提供識(shí)別輸出的最低閥值，光藕的輸出端則直接并聯(lián).因此只要兩只晶閘管中有一只導(dǎo)通，則管壓降一定很小，兩個(gè)光藕的輸出端都會(huì)處于阻斷狀態(tài)，而如果兩只晶閘管均截止且管壓降超過(guò)了閥值，則總有且只有一個(gè)光禍的輸出端處于導(dǎo)通狀態(tài). 三對(duì)光藕的輸出端串聯(lián)起來(lái)，一端接電源，一端通過(guò)電阻R接地.這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)“與”的邏輯，只要有一組光禍輸出端阻斷，從電源到電阻R的通路就被切斷，R上的壓降為零;只有三組光藕輸出端都導(dǎo)通，從電源到電阻R的通路才是連通的，R上的壓降為電源電壓減去三個(gè)光禍的飽和導(dǎo)通壓降，接近電源電壓. 也就是說(shuō) ，只要有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通（有電流），電阻R上輸出就為低電平，只有所有晶閘管都不導(dǎo)通（無(wú)電流），電阻R上才輸出高電平.因此 ，電 阻R上電平的上跳變時(shí)刻一定是最后導(dǎo)通的一只晶閘管所承受的電壓由正變負(fù)且超過(guò)了閥值電壓的時(shí)刻，此時(shí)該晶閘管承受著較大的反向電壓已經(jīng)可靠關(guān)斷，而其他的晶閘管均處于截止?fàn)顟B(tài)，這個(gè)時(shí)刻就可以安全地進(jìn)行正反組的切換，無(wú)須設(shè)置延時(shí)，因此無(wú)環(huán)流死時(shí)小，輸出電流諧波成分少. 當(dāng)電阻 R上的電平變高后，無(wú)環(huán)流切換邏輯電路封鎖原工作組的脈沖、開(kāi)放原等待組的脈沖，原等待組投人工作成為新工作組，當(dāng)新工作組有一只晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后電阻R上的電平會(huì)立即變低，直到電流下次過(guò)零. 因此 ， 這 種電路結(jié)構(gòu)使得本電路只有在電流過(guò)零到新工作組有晶閘管導(dǎo)通的很短一段時(shí)間內(nèi)輸出高電平（指示無(wú)電流），在這段時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)由于管壓降自然過(guò)零而輸出“假”有電流的情況，其他時(shí)間本電路一直輸出低電平（指示有電流），“假”有電流被淹沒(méi)在“真”有電流中不會(huì)干擾電路的正常運(yùn)行，因此不需要任何附加電路去除“假”有電流信號(hào). 所以 ，本零電流檢測(cè)電路只需要3個(gè)圖4所示的檢測(cè)單元就可以完成對(duì)三相電流的可靠檢測(cè)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)環(huán)流死時(shí)小、能自動(dòng)消除“假”有電流. 4 電路實(shí)際使用中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法 現(xiàn)這些“無(wú)電流”信號(hào)基本沒(méi)有什么變化，從而否定了電流不連續(xù)造成問(wèn)題的分析.經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察零電流檢測(cè)電路的輸出信號(hào)波形后，發(fā)現(xiàn)這些正脈沖的出現(xiàn)很有規(guī)律，互相之間的間隔完全相等，在20 ms時(shí)間內(nèi)有三個(gè)這樣的脈沖，再對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行仔細(xì)分析后終于發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在. 原來(lái)，以上的分析基于一個(gè)假設(shè):晶閘管之間的換流是瞬時(shí)完成的，這樣在整個(gè)電流正半周期間，至少有一個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通的狀態(tài)，它的管壓降很低，相應(yīng)地有一組光藕的輸出端阻斷，電阻R上的壓降為，輸出低電平. 但實(shí) 際上 由于變壓器漏抗的存在使導(dǎo)通的晶閘管不可能瞬時(shí)截止，從一個(gè)晶閘管到另外一個(gè)晶閘管的換流過(guò)程不可能瞬時(shí)完成，那么在換流的過(guò)程中，相當(dāng)于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，它們共同承受兩相之間的線電壓，這個(gè)電壓往往比較高，足以使對(duì)應(yīng)的兩組光藕輸出端導(dǎo)通，而這個(gè)時(shí)候另外一相的晶閘管正處于截止?fàn)顟B(tài)，與它對(duì)應(yīng)的光禍的輸出端也導(dǎo)通，因此從電源到電阻R的通路就建立了起來(lái)，檢測(cè)電路也就輸出了一個(gè)“假”無(wú)電流信號(hào)脈沖.找到了問(wèn)題的原因再解決就比較容易了，由于“假”無(wú)電流脈沖是在換流過(guò)程中產(chǎn)生的，而換流的過(guò)程一般很快就能結(jié)束，持續(xù)的時(shí)間很短，也就是那些正脈沖很窄，只要在電路上做一點(diǎn)修改將很窄的正脈沖去掉就可以了.修改部分如圖5所示. 在筆者研制交一交變頻器的電路中使用了圖4所示的新型零電流檢測(cè)電路，但實(shí)際使用中該電路最初并不能完全正常工作. 使用示波器觀察零電流檢測(cè)電路的輸出波形，發(fā)現(xiàn)該電路沒(méi)有“假”有電流但出現(xiàn)了“假”無(wú)電流.按照上面的分析，在電流正半周（負(fù)半周類(lèi)似），由于正組三只晶閘管輪流導(dǎo)通，檢測(cè)電路的輸出應(yīng)該一直為低電平，表明一直有電流. 但從示波器觀察到的波形來(lái)看情況有所不同，在電流正半周中，檢測(cè)電路的輸出主要為低電平，但其中出現(xiàn)了幾個(gè)很窄的正脈沖，也就是說(shuō)出現(xiàn)了“無(wú)電流”，由于這些“無(wú)電流”信號(hào)出現(xiàn)在一直有電流的期間，因此是“假”無(wú)電流，如果按照上面的分析只要檢測(cè)電路輸出信號(hào)出現(xiàn)上跳變就切換工作組與等待組顯然會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題. 最初筆者認(rèn)為這些“無(wú)電流”信號(hào)的出現(xiàn)是由于輸出電流出現(xiàn)了斷續(xù)，“無(wú)電流”信號(hào)確實(shí)反映了電流不連續(xù)，但加大輸出電壓從而加大輸出電流后，發(fā)在圖4電路的基礎(chǔ)上，在電阻R兩端并聯(lián)一個(gè)小電容C，再在光禍與輸出之間串接一個(gè)小電阻R，這樣如果換流過(guò)程中出現(xiàn)了窄的正脈沖，電容C通過(guò)電阻Rl充電，由于正脈沖很窄，在電容C上的電壓充得比較高之前脈沖已經(jīng)過(guò)去，電容又通過(guò)R放電，所以輸出總是低電平.如果確實(shí)是電流過(guò)零，則來(lái)自光藕的高電平會(huì)一直持續(xù)，電容C可以通過(guò)電阻R，充電到輸出高電平. 因此，加上電容C與電阻Rl之后，電路能夠去掉換流過(guò)程形成的正脈沖，而不會(huì)破壞電路輸出正常的零電流信號(hào).當(dāng)然，電容C和電阻R:會(huì)使電路輸出的零電流信號(hào)有所延遲，使無(wú)環(huán)流死時(shí)增大，因此它們的值都不宜取得太大. 5 結(jié)語(yǔ) 本新型零電流檢測(cè)電路可直接用于由三相橋式、三相零式全控整流電路反并聯(lián)而成的交一交變頻器的零電流檢測(cè)，加以擴(kuò)充還能用于12脈波及以上可控整流電路反并聯(lián)而成的交一交變頻器中，采用這種零電流檢測(cè)電路可降低變頻器的成本、提高變頻器的可靠性和性能. 參考文獻(xiàn) [1]馬小亮.大功率交一交變頻調(diào)速及矢量控制技術(shù)（第3版）〔M〕.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003. 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