| 双馈调速系统中检测电流零点的一种可靠方法 |
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| 作者：信息工程 文章来源：网上搜集 点击数： 更新时间：2005-8-18 10:39:49 |
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p;380V 2.2KW的绕线式异步电动机组成的双馈调速系统中。我们在每相输出的正、负组之间加入电抗器以限制电流变化率，同时在软件控制上引入5ms的死区。图2 为采用反并联二极管检测方法的原理示意图。图中，一对反并联的二极管Vd1、Vd4同负载串联，借助二极管电压降Vd的极性改变，可测出输出电流的零点。然而，这种方法却在下列缺点：
1．由于Vd < 1v，信号往往被噪音脉冲所掩盖，从而引起晶闸管组别的错误选择。
2．由于二极管上的电压降是由每相负载电流来决定的，而不是由流过每个晶闸管组的输出电流来确定。为了防止输入电源短路，必须引入死区控制，而这就会加大输出电流波形的畸变。
3．二极管上的电压降Vd在极性改变过程中，电压波形抖动严重（见图3）。可见要利用Vd的波形来准确判断输出电流的过零点是很困难的。
实验过程中我们发现，尽管引入了死区控制，但输入电源短路现象仍不能完全排除。一旦出现电源短路现象，只能依靠电抗器进行短时电流抑制或者熔断器来保护。为防止输入电源短路，仍需附加的措施，这将使电路复杂，并增加成本。
图1 常规检测方法1
图2 常规检测方法2
图3 二极管上电压降Vd
3、晶闸管—二极管串联电路的特性
经过反复实验我们获得一种可靠而准确的检测输出电流零点的方法。该方法可使晶闸管组之间实现准确的切换，并且无需任何附加设备就可用于输入电源短路保护。这种方法是利用了晶闸管—二极管串联电路的特性。
现以图4基本电路为例，以50Hz 24V为电源，将晶闸管与二极管串联，并带电感性负载。通过实验，我们发现当晶闸管被触发正向导通时，负载L1上获得正向电流Il，二极管D1上的压降Vd1约为0.7v。当电源反向时，由于电感性负载的续流作用，晶闸管－二极管串联电路仍维持正向导通，只有在负载电流过零时晶闸管－二极管串联电路才处于反偏状态。此时，晶闸管还未恢复正向阻断能力，电源的反向电压会施加在晶闸管－二极管串联电路上，从并联在二极管两端的电阻上就可以观察到电源反向电压的出现（见图5），以此作为电流过零的信号。当晶闸管完全关断后，晶闸管－二极管串联电路仍承受50Hz的电源电压信号，只不过电流很小。
图5 电阻电压
4 实际应用电路设计
实际应用电路中，我们在每个晶闸管组的输出端串联一只二极管，组成如图6所示主电路。
图6 应用电路
对输出电流零点和极性的检测，是通过连续不断地监控二极管上的反向电压来实现的。当二极管上出现一个大的反向电压时，表明与之串联的晶闸管组的输出电流下降到了零，此时交－交变频器的晶闸管组就完成一次切换。
实际反向电压检测电路由阻抗变换、隔离、信号处理三部分组成（见图7）。通过阻抗变换采集串联二极管反向电压，为了提高检测的可靠性和准确性，设置了可以在0—15V之间调节的门槛电压。信号处理部分将隔离后的二极管反向电压信号进行整形和逻辑组合，输出电流极性信号和晶闸管换组信号到控制器中。为了保证正、负组之间切换更安全，鉴于变频器的输出频率很低，我们在电流过零之后还加入了1ms的延迟，以确保原来导通的一组晶闸管已真正关断。使用这种方法，可直接检测出每个晶闸管组的输出电流零点，防止电源短路的附加措施可以省去。
图8上半部分是A相正组二极管反向电压实测波形，其上升沿非常明显，可以作为变频器输出电流过零点。下半部分是检测电路处理后送控制器的波形，其中，只有二极管反向电压出现时的第一个下降沿有效，其它时刻的下降沿无效。变频器输出电流的极性是由控制器的控制触发来决定，因此，极性判断可以在控制器内部实现。
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