專利名稱：消除或減少諧波和/或諧振的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及消除或至少減少變流器的諧波和/或消除或至少減少變流器的諧振的方法，該方法包括將變流器至少與一個網(wǎng)絡(luò)振蕩回路和/或負(fù)載振蕩回路、或者至少與一個電抗性負(fù)載(CR、CS、CT;7)有效連接。本發(fā)明還涉及實施該方法的裝置，該裝置包括將變流器至少與一個網(wǎng)絡(luò)振蕩回路和/或負(fù)載振蕩回路、或者至少與一個電抗性負(fù)載(CR、CS、CT;7)有效連接，所述變流器是橋式逆變器，橋式逆變器的橋臂上具有可控硅管(Th1-Th6)，其控制輸入與逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器有效連接。
本發(fā)明所涉及的已有技術(shù)可從EP-A2-0296840中獲知。該文獻(xiàn)公開了一種感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動方法和裝置，其中對來自感應(yīng)電機(jī)以及并聯(lián)電容器的振蕩器回路的不利諧波進(jìn)行了衰減。在電機(jī)加速時，特別受5、7、11及13次諧波的干擾。該電機(jī)由帶中間直流環(huán)節(jié)的流交變流器的逆變器供電。通過預(yù)先給定的角位移在逆變器的可控硅管的基本脈沖上附加一些脈沖，獲得了對上述諧波的衰減。
上述技術(shù)的缺點(diǎn)是可控硅管必須在較高的脈沖頻率下工作。
本發(fā)明的任務(wù)是，進(jìn)一步改進(jìn)上述方法及裝置，使可控硅管在諧波衰減時能在較低的脈沖頻率下工作。本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的，即借助于在相移方向上接通時刻的推移，改變依附于經(jīng)過交流電電流或負(fù)載電流的至少一個諧振頻率范圍的至少一個控制時刻或至少一個變流器的可控硅管(Th1-Th6)的點(diǎn)火角基本值信號，和/或在變流器電流的各電流段中形成至少一個電流間隙。適合于該方法的裝置具有以下特征，即將變流器至少與一個網(wǎng)絡(luò)振蕩器回路和/或負(fù)載振蕩回路、或至少與一個電抗性負(fù)載有效連接，所述變流器是橋式逆變器，橋臂上具有可控硅管，它的輸入端與逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器有效連接，該轉(zhuǎn)換器與加法器的輸出端保持可控連接，加法器的輸入端輸入點(diǎn)火角基本值信號或頻率信號和點(diǎn)火差值信號或頻率差值信號和點(diǎn)火角差值信號或頻率差值信號。針對振蕩回路的5次諧波，設(shè)置諧振衰減電路作為點(diǎn)火角控制電路，并在衰減電路的輸入端輸入電流信號或變流器電流信號、或負(fù)載電流信號、或電容器電流信號、或電壓信號或負(fù)載電壓信號，這些信號包含要衰減的諧波;諧振衰減電路的輸出端與加法器保持有效連接。諧振衰減電路的輸入端擁有三相/兩相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的兩相輸出包含要消除或減少的諧波在相同部分上互相垂直的兩個分量，座標(biāo)轉(zhuǎn)換器的輸出經(jīng)低通濾波器與后接的比例積分控制器再與一個兩相/三相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器的兩相輸入端保持有效連接在兩相/三相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器的標(biāo)軸角輸入，經(jīng)測角函數(shù)發(fā)生器與相位控制電路保持有效連接，與三相/兩相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器一樣，諧振衰減電路的輸入信號送入相位控制電路。測角函數(shù)發(fā)生器的輸出端經(jīng)具有預(yù)定轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角器與兩相/三相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器的標(biāo)軸角輸入端保持有效連接。本發(fā)明裝置的進(jìn)一步構(gòu)成包括，設(shè)置作為點(diǎn)火角控制器的轉(zhuǎn)角器，轉(zhuǎn)角器的輸入端與帶通濾波器保持有效連接，轉(zhuǎn)角器的輸出端與觸發(fā)脈沖發(fā)生器保持有效連接，在帶通濾波器的輸入端輸入電流信號或變流器電流信號、或負(fù)載電流信號、或電容器電流信號、或者電壓信號或負(fù)載電壓信號，這些信號中包含要衰減的諧波。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，能將慢速高截止的可控硅作為整流管來使用。這樣能保持約6.5KV伏的反向電壓，并需要約400微秒至500微秒的截止時間?？焖倏煽毓韫苄枰s100微秒的截止時間，但只能保持約3KV的反向電壓。與帶有GTO-可控硅管的逆變器設(shè)備相比，變流器的效率約提高1%。特別是在為功率大于或等于1MW的機(jī)器供電方面，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
下面將通過實施例來說明本發(fā)明。


圖1是帶有直流中間電路和淬滅電路的變流器方塊圖，淬滅電路用于向三相交流電機(jī)供電的變流器的逆變器上。
圖2是根據(jù)圖1的變流器的第一控制電路的方塊圖，圖3是變流器的逆變器第三控制電路的原理圖，圖4是根據(jù)圖1的變流器的第二控制電路的方塊圖，圖5是根據(jù)圖1，在諧振衰減時變流器逆變器的點(diǎn)火角模擬信號圖，圖6、8、10、12是根據(jù)圖1，在R相位上無諧振衰減情況下，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、逆變器電流、負(fù)載電流及負(fù)載電壓的模擬信號圖，圖7、9、11、13是鄰圖6、8、10、12中相同量的模擬信號圖，但具有5次諧波，圖14是通過矩形脈沖激勵諧振系統(tǒng)的信號圖，
圖15是激勵與圖14同樣的諧振系統(tǒng)的信號圖，但在變流器電流中帶有電流間隙，圖16a)-c)是3個交流相的逆變器電流圖，所述交流相帶有位于脈沖段中間的電流隙以衰減7次諧波，圖17a)是在圖1的淬滅電路上熄滅脈沖的時間順序，用以產(chǎn)生電流間隙和衰減11、13次諧波，圖17b)至d)是三個交流相的交流電流信號圖，三個交流相在脈沖阻斷端處具有電流間隙，用以衰減11、13次諧波，和圖18是圖2所示控制電路的點(diǎn)火角差值時間推移的信號圖。
為簡單起見，將下面的各物理量以及比例信號同時標(biāo)出。
在圖1中，標(biāo)號(1)表示三相橋式整流器，該整流器的交流端與相線導(dǎo)體(L1-L3)相連，直流端(+，-)通過中間電路扼流圈(2)與以三相橋式連接的逆變器相連。整流器(1)、中間電路扼流圈(2)、淬滅電路(3)以及逆變器(4)一起構(gòu)成舉有中間直流電路的變流器，該變流器的交流輸出端通過三個負(fù)載扼流圈或整流扼流圈(5)和用于補(bǔ)償諧波的三個星形連接的或三角形連接(未示出)的負(fù)載電容器(CR、CS、CT)與馬達(dá)或交流電機(jī)或三相異步電機(jī)或三相同步電機(jī)(7)連接。
在相線導(dǎo)體(L1)和(L3)的電流路徑中的電流互感器(8)用于控制整流器電流(iL1)和(iL3)，由電流(iL1)和(iL3)可推導(dǎo)出中間電路電流(idx)的大小。也可以用耗費(fèi)大的直流器來控制中間電路電流(idx)。用變壓器(10)控制相線導(dǎo)體(L1)上的輸入交流電壓(VL1)。用同樣的方式控制另外兩個相線導(dǎo)體(L2)及(L3)(未示出)的交流電壓。變壓器(10)輸出端與整流器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器(12)連接，該轉(zhuǎn)換器的輸出端6的觸發(fā)脈沖(S12)送入整流器(1)的可控硅管上。也可以將整流器做成12脈沖式的。
并聯(lián)在逆變器(4)直流側(cè)的淬滅電路(3)為由淬滅電路電容器(C1)及可控硅管(T2)構(gòu)成的第一串聯(lián)電路，可控硅管(T2)的陰極端連接到供電端子負(fù)端(一)。在淬滅電路電容器(C1)的并聯(lián)支路中，設(shè)置了由有感電阻或轉(zhuǎn)換變感扼流圈(Dr)和可控整流器或可控硅管(T1)構(gòu)成的串聯(lián)電路，可控硅管(T1)的陰極端與可控硅管(T2)的陽極相連，可控硅管(T3)反向并聯(lián)到可控硅管(T1)。特別是在低中間電路電壓下，可設(shè)置二極管來代替可控硅管(T2)(未示出)。標(biāo)號(60)表示直流電壓檢測器，該直流電壓檢測器測量淬滅電路電容器(C1)上的直流電壓(Uc1)，該電壓輸出一個未示出的控制設(shè)備，該控制設(shè)備控制淬滅電路(3)。
將本變流器設(shè)計為，例如具有2.4KV中間電路電壓和840安的中間電路電流(idx)。淬滅電路電容器(C1)的電容量為133微法，轉(zhuǎn)換變感扼流圈(Dr)的電感量為0.1mH。
與常規(guī)的總淬滅設(shè)備相比，例如EP-B1-0161738所公開的總淬滅設(shè)備，本發(fā)明的總淬滅設(shè)備(3)具有以下優(yōu)點(diǎn)能可變地控制可控硅(Th1-Th6)的斷路持續(xù)時間。能將轉(zhuǎn)換變感扼流圈(Dr)的尺寸確定得比較小，以至于所述總淬滅電路只需要很小的地方。
可以將可控硅管(T3)與可控硅管(T2)一起在并聯(lián)支路中與可控硅管(T1)相連，從而代替將可控硅管(T3)反向并聯(lián)到可控硅管(T1)，這樣，使可控硅管(T2)的陰極與可控硅管(T3)的陽極連接(未示出)。
逆變器(4)給出6個可控硅管(Th1-Th6)，6個可控硅管通過逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器(14)得到觸發(fā)脈沖(S14)，在此為了清楚起見只標(biāo)出了與可控硅管(Th1)的連接。
加法器(13)把從輸入側(cè)輸入的點(diǎn)火角基本值信號(αM)和點(diǎn)火角差值信號(△αM)相加，在輸出端得到點(diǎn)火角信號(α＊M)，該端出端的點(diǎn)火角信號輸入逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器(14)。
逆變器(14)提供逆變器輸出端電流(i4R)，該電流(i4R)分為通過電容器(CR)的電容器電流(iCR)和通過與交流相R有關(guān)的負(fù)載(7)的負(fù)載電流(iR)。這種分流同樣適用于另外兩相。借助于電流互感器(9)檢測逆變器電流(i4R)，借助于電壓互感器(11)檢測負(fù)載電壓(UR)。負(fù)載(UR)的比例信號通過積分器(15)送入鎖相回路或相位控制回路(16)，相位控制回路(16)的輸出信號(S16)輸入逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器(14)。積分器(15)的輸出信號符合定子交聯(lián)磁通。上述過程對交流相(S、T)也相應(yīng)適用。
標(biāo)號(6)表示與交流電機(jī)(7)連接的測速發(fā)電機(jī)，它的輸出端提供轉(zhuǎn)速信號(n)。
圖2表示第一點(diǎn)火角控制方法的電路。在此，將轉(zhuǎn)速信號(n)送入斜坡發(fā)生器(23)和加法器(18)的反向輸入端。斜坡發(fā)生器(23)的輸出端為加法器(24)的正向輸入端提供電壓額定值信號(UW)，三個負(fù)載電壓(UR、US、UT)最大值的總信號(｜UX｜)輸入加法器(24)的反向輸入端。加法器(24)的輸出端與帶有雙向限幅器(25)的比例積分控制器或PI控制器相連，雙向限幅器(25)的輸出端為座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(20)提供電流分量信號(id)。在輸入端將預(yù)定的轉(zhuǎn)速額定值信號(nW)經(jīng)另一個斜坡發(fā)生器(17)輸入，然后通過加法器(18)以及在其后連接的具有雙向限幅器(19)的PI控制器將另一個電流分量信號(iq)輸入座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(20)，該電流分量信號(iq)在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(20)中作為與電流分量信號(id)正交的信號來判讀。斜坡發(fā)生器(17)的輸出端與加法器(18)的正向輸入端相連。
從座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(20)的總輸出(｜i｜)可分接出中間電路電流額定值信號(idw)，該信號(idw)送入加法器(21)的正向輸入端。加法器(21)的反向輸入端接收與中間電路電流(idx)成比例的信號。加法器(21)的輸出端與帶有雙向限幅器(22)的PI控制器相連，雙向限幅器(22)的輸出信號(S22)送入整流器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器(12)。
座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(20)的角輸出(φ)與加法器(26)的正向輸入端相連，在加法器(26)的輸出端可分接出點(diǎn)火角基本值信號(αM)。加法器(26)的另一個正向輸入是180℃信號。
在諧振衰減電路(27)中產(chǎn)生用于5次諧波的點(diǎn)火角差值信號(△αM)。該電路(27)將變流器電流的5次諧波控制在零。標(biāo)號(31)表示三相/兩相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器(31)的三相輸入引向與電流信號成比例的逆變器電流(i4R，i4S，i4T)。三相/兩相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(31)的兩相輸出(d)經(jīng)低通濾波器(32)的第二級、加法器(34)以及PI控制器(36)與兩相/三相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(30)的兩相輸入(d)連接。低通濾波器(32)的輸出端與加法器(34)正向輸入端連接。加法器(34)的另一個正向輸入端引入作為額定值的零信號。三相/兩相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(31)的另一個兩相輸出端同樣經(jīng)低通濾波器(33)的第二級、加法器(35)以及在其后接的PI控制器(37)，與兩相/三相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(30)的第二個兩相輸入端(q)連接。低通濾波器(33)的輸出端與加法器(35)的反向輸入端連接。加法器(35)的正向輸入端輸入作為額定值的零信號。
逆變器電流信號(i4R，i4S，i4T)輸入相位控制電路(28)，相位控制電路(28)的輸出端提供正弦信號Sin(ω1·t)，和余弦信號cos(ω1·t)，該信號送入測角函數(shù)發(fā)生器(29)。該函數(shù)發(fā)生器(29)向轉(zhuǎn)動回路或轉(zhuǎn)角器(59)提供正弦信號Sin(2·ω1·t)和余弦信號cos(2·ω1·t)，與相位附加信號對應(yīng)的轉(zhuǎn)角(ψ)最好以-90℃送入轉(zhuǎn)角器(59)。這里，(ω1)表示交流電機(jī)(7)定子的角頻率，t表示時間。轉(zhuǎn)角器(59)的輸出端與兩相/三相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(30)的Sinε及cosε輸入端連接，這里，ε表示兩座標(biāo)系之間的夾角。在函數(shù)發(fā)生器(29)的其它兩輸出端可分接出函數(shù)Sin(5·ω1·t)和cos(5·ω1·t)的信號，該信號輸入三相/兩相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(31)的Sinε和cosε輸入端。
不言而喻，借助于函數(shù)發(fā)生器(29)，也能產(chǎn)生其它作為規(guī)定測角函數(shù)的測角函數(shù)。然后將相應(yīng)地對點(diǎn)火角基本信號(αM)進(jìn)行修正。
座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(31)將R值、S值、T值變換到α·β直角座標(biāo)系中，并按照以下變換公式將這個座標(biāo)系數(shù)轉(zhuǎn)變到轉(zhuǎn)動(ε)角的d、q直角坐標(biāo)系中，所依據(jù)的變換公式為α＝2·R/3-S/3-T/3β＝(1/
)·(S-T)d＝2·cosε+β·sinεq＝-αsinε+β·cosε兩相/三相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器(30)通過轉(zhuǎn)動角度(ε)，將d、q直角座標(biāo)系變換到α、β座標(biāo)系，并將α、β座標(biāo)變換到三相R、S、T坐標(biāo)，所依據(jù)的變換公式為α＝d·cosε-q·Sinεβ＝d·Sinε+q·cosεR＝αS＝-0.5α+0.5·
·βT＝-0.5α-0.5·
·β圖2所示諧振衰減方法也特別適合于其它耗費(fèi)大的驅(qū)動控制，例如矢量控制，可能的話，該矢量控制可通過點(diǎn)火角(αM)影響逆變器(4)。點(diǎn)火角(αM)的基準(zhǔn)可以是如圖1所示的電機(jī)電壓(UR、S、T)。原則上可以考慮利用其它基準(zhǔn)，例如，用轉(zhuǎn)子交聯(lián)磁通或相應(yīng)的EMK作為點(diǎn)火角(αM)的基準(zhǔn)。
圖4表示用于第2點(diǎn)火角控制方法的電路。經(jīng)過斜坡發(fā)生器(48)，將預(yù)定的轉(zhuǎn)速額定值信號(nw)送入加法器(50)的正向輸入端。轉(zhuǎn)速信號(n)送入加法器(50)的反向輸入端。通過帶雙向限幅器(52)的PI控制器和乘法器(54)，將加法器(50)的輸出與加法器(56)的正向輸入端連接。將轉(zhuǎn)速信號(n)送入加法器(56)的另一個正向輸入端。乘法器(54)把帶有雙向限幅器(52)的PI控制器的輸出信號值與預(yù)定的系數(shù)(k)相乘，該系數(shù)(k)是表示轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差頻率關(guān)系的儀器參數(shù)。乘法器(54)的輸出信號相當(dāng)于交流電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)子頻率(f2)，加法器(56)的輸出信號相當(dāng)于定子頻率(f1)。將該輸出信號輸入加法器(58)的正向輸入端和乘法器(47)。根據(jù)圖2，將諧振衰減電路(27)的輸出信號輸入加法器(58)的另一個正向輸入端，加法器(58)相當(dāng)于圖2中的加法器(13)，在此，諧振衰減電路(27)的輸出信號相當(dāng)于頻率差值信號(△f1)而不再是點(diǎn)火角差值信號(△αM)。
將作為另一個系數(shù)信號的定子交聯(lián)磁通額定值信號(ψ1W)送入乘法器(47)。保持在乘法器(47)輸出端的電壓額定值信號(UW)輸入加法器(49)的正向輸入端。負(fù)載電壓(UX)的總信號輸入加法器(49)的反向輸入。加法器(49)的輸出端，按照圖2，通過帶有雙向限幅器(51)的PI控制器和數(shù)值計算器(53)，與加法器(21)的正向輸入端連接。將中間電路電流信號(idx)送入加法器(21)的反向輸入端。加法器(21)的輸出端，經(jīng)帶有雙向限幅器(22)的PI控制器與整流器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器(12)連接。此外，數(shù)值計算器(53)的輸入端進(jìn)一步與PI控制器(52)的輸出連接，數(shù)值計算器計算指示器的數(shù)值，該數(shù)值依據(jù)
，由其輸入信號(x)和(y)的正交分量構(gòu)成。
圖4所示的通過(△f1)進(jìn)行諧振衰減的方法也同樣適用于所有其它控制方法，例如矢量控制，該矢量控制通過頻率信號(f1)影響逆變器(4)。
結(jié)合圖3說明第3種觸發(fā)脈沖控制方法。與交流相(R、S、T)有關(guān)的負(fù)載電壓信號(UR、US、UT)簡記為(UR、S、T)經(jīng)低通濾波器(38)和使輸入信號轉(zhuǎn)到點(diǎn)火角基本值信號(αM)的轉(zhuǎn)角器(40)，輸入有180°導(dǎo)通持續(xù)時間的數(shù)字電路(42)，該電路的輸出端接入SR觸發(fā)電路(45)的置位輸入端。借助于數(shù)字電路(42)打開點(diǎn)火窗。根據(jù)上述的控制方法，參照圖2和圖4也能獲得點(diǎn)火角基本值信號(αM)。
負(fù)載電流信號(iR，iS，iT)簡記為(iR，S，T)，通過帶通濾波器(39)和轉(zhuǎn)角器(41)送入觸發(fā)脈沖發(fā)生器(43)，觸發(fā)脈沖發(fā)生器的輸出端和與門電路(46)的輸入端保持連接。轉(zhuǎn)角(ω1)最好以90°輸入轉(zhuǎn)角器(41)。在由導(dǎo)通持續(xù)時間發(fā)生器(42)形成的點(diǎn)火窗內(nèi)，當(dāng)諧振正向通過零點(diǎn)時，觸發(fā)脈沖發(fā)生器(43)產(chǎn)生短時間的觸發(fā)脈沖。由此，由可控硅管(Th1-Th6)控制的觸發(fā)脈沖比點(diǎn)火角基本值信號(αM)在時間上有所推移，相當(dāng)于點(diǎn)火角調(diào)制。
與門電路(46)的第二輸入與SR觸發(fā)電路(45)的Q輸出端連接。與門電路(46)的輸出端與SR觸發(fā)電路(45)的復(fù)位輸入端以及可控制硅管(Th1)的控制輸入端連接。SR觸發(fā)電路(45)和與門電路(46)是觸發(fā)脈沖邏輯電路(44)中屬于可控硅管(Th1)的部分，脈沖邏輯電路(44)的輸出信號用(S44)表示，該輸出信號(S44)相當(dāng)于圖1中的觸發(fā)脈沖信號(S14)。為了使可控硅管(Th2-Th6)點(diǎn)火，觸發(fā)脈沖邏輯電路(44)包括如同用于可控硅管(Th1)的相應(yīng)電路。
在帶通濾波器(39)的輸入端可用電容電流信號(iCR，CS，CT)(相當(dāng)于(iCR，iCS，iCT)代替負(fù)載電流信號(iR，iS，ir)或負(fù)載電壓信號(UR、S、T)(相當(dāng)于UR，US，UT)。
第三種控制方法同樣是借助于逆變器(4)的點(diǎn)火角基本值信號的點(diǎn)火角調(diào)制進(jìn)行的諧波衰減(最好是5次諧波)。在前兩種控制方法中都是把差值信號(△αM)或(△f1)加到所述點(diǎn)火角基本值信號(αM)或頻率信號(f1)，參照圖1和圖4，差值信號(△αM)或(△f1)一般說來定義如下△αM＝k1
或△f1＝k1
這里，ak和fk是常量，k是變量，k1是大于1的常量，ω1是網(wǎng)絡(luò)振蕩電路和/或負(fù)載振蕩電路的角頻率，t是時間，r是相位角。調(diào)制信號sin(k·ω1·t)最好與逆變器電流(i4R，i4S，i4T)同步。調(diào)制信號可以通過適當(dāng)選擇rk來設(shè)置，使得點(diǎn)火角差值信號(△αM)不影響逆變器(4)的6個點(diǎn)火時刻中的兩個。例如，也可以利用該邊界條件，將逆變器輸出電流(i4R……)中的5次諧波調(diào)到零。特別是利用△αM＝a2·Sin(2·ω1·t+r2)或△f1＝f2·Sin(2·ω1·t+r2)通過僅移動4個點(diǎn)火時刻(t5，t6，t8，t9)而不是6個，也能消除5次諧波，從而不會在變流器電流中直接出現(xiàn)偶數(shù)諧波系或直流系，參照圖18，在點(diǎn)火時刻(t4)和(t7)上實現(xiàn)了無移動。
圖5表示在額定轉(zhuǎn)速的40%時(相當(dāng)于交流電機(jī)(7)額定轉(zhuǎn)矩的約1/4)，在5次諧波的諧振點(diǎn)上，發(fā)出的點(diǎn)火角信號(α＊M)與時間(t)的關(guān)系。
下面的圖6、8、10和12表示未衰減5次諧波時，交流電機(jī)(7)的電轉(zhuǎn)動力矩(M)，或逆變器電流(i4R)，或負(fù)載電流(iR)，或負(fù)載電壓(UR)，而相鄰的圖7、9、11和13而表示衰減了5次諧波時的相同物理量。借助于計算機(jī)模擬可獲得所描述的時間關(guān)系曲線，它們很清楚地表明了在交流相(R)的實例中的衰減效果。
變流器(1-4)通過它的直流中間電路(2、3)向由它的輸出端子接通的系統(tǒng)提供注入電流。該注入的矩形電流能在網(wǎng)絡(luò)上或電機(jī)上激勵閉合系統(tǒng)中存在諧振點(diǎn)。特別是這些激勵也能通過電流中所含的諧波而產(chǎn)生，因此這樣的系統(tǒng)能將諧波增強(qiáng)到非常強(qiáng)。特別是有這樣一種情況，即相應(yīng)的諧波頻率與諧振頻率完全一致時，在振蕩回路中產(chǎn)生較高品質(zhì)因數(shù)的有聲振蕩，該振蕩的振幅只是通過歐姆消耗來限定。這種諧振系統(tǒng)，在上面所稱的I變流器中形成帶有負(fù)載電容器(CR、CS、CT)的電容器層和交流電機(jī)(7)的漏電感。
用L7表示交流電機(jī)(7)的漏電感總和，用C表示電容器層的電容，則按照ωRes=1/L7·C]]>得出諧振角頻率。例如，對于50Hz的交流電機(jī)(7)，諧振頻率值fRes≈100Hz。當(dāng)處于某個轉(zhuǎn)速時，逆變器(4)的交流電流的諧波完全附合這個諧振頻率。對于第m次諧波，在輸出頻率f1＝RRes/m時出現(xiàn)上述現(xiàn)象。
在利用△αM＝a2·Sin(α·w1·t)進(jìn)行點(diǎn)火角調(diào)制時，通過付里葉分析，如下確定最佳的a2值，(OS＝諧波，nNenn＝額定頻率)5.os a2＝0.43 n＝0.4nNenn7.os a2＝0.78 n＝0.286nNenn11.os a2＝0.19 n＝0.19nNenn13.os a2＝0.32 n＝0.154nNenn通過采用附加的調(diào)制信號，例如采用sin(4·ω1·t)還可以將諧波的總和保持得更低些。
在驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)速范圍下，最簡單的方法是通過選擇最佳的操作順序，消除上述的諧振激勵。在這種情況下，如圖15所清楚表明的那樣，通過諧振頻率(fRes)，依據(jù)D＝1/(6·fRes)電流間隙持續(xù)時間D能自身確定。該電流間隙持續(xù)時間(D)是獨(dú)立于瞬時轉(zhuǎn)速的常量。通過GTO變流器或強(qiáng)制換向的I變流器中的整流管轉(zhuǎn)換，或者通過電機(jī)側(cè)的逆變器(4)的總淬滅電路(3)形成所述的電流間隙。對總淬滅電路(3)而言，在所有變流器電流中同時出現(xiàn)電流間隙。
圖14的虛線表示諧振系統(tǒng)的激勵，如電機(jī)電流(iR)是通過矩形電流脈沖，例如負(fù)載電流(iR)來激勵的。
圖15表示最佳電流間隙，該最佳電流間隙在轉(zhuǎn)速范圍下的逆變器電流(i4R)中具有電流間隙持續(xù)時間(D)，如同圖14所示，縱座標(biāo)表示電流(i)，橫座標(biāo)表示時間(t)。由負(fù)載電流(iR)的曲線可以看出，電流的振蕩被強(qiáng)烈衰減。利用這樣一個在矩形電流脈沖始端和末端之間電流間隙持續(xù)時間(D)的間隔中的間隙，首先有效地衰減11和13次諧波。
圖17b)至17d)表示和交流電流相(R、S、T)有關(guān)的逆變器電流信號(i4R，i4S，i4T)與時間t的關(guān)系，在圖中的電流段內(nèi)部，用陰影線表示具有電流間隙持續(xù)時間(D)的電流間隙。借助于總淬滅電路(3)形成電流間隙。圖17a)表示用于接通總淬滅電路(3)的可控硅管(T1)或(T3)的點(diǎn)火信號的時間順序，也就是說熄滅逆變器(3)的可控硅管(T1)或(T3)的點(diǎn)火信號的時間順序，也就是說熄滅逆變器(4)的可控硅管(Th1-Th6)。在每個電流段的始端和末端之間電流間隙持續(xù)時間(D)的間隔中，通過電流間隙持續(xù)時間(D)的電流間隙對交流電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速范圍下的11和13次諧波進(jìn)行衰減。此外，在每個電流段的中間強(qiáng)制附加的三個相應(yīng)的電流間隙是不希望的，但沒有害處。
如果交流電機(jī)進(jìn)一步加速，則在整流器輸出頻率f1＝fRes/7(＝0.286)時，產(chǎn)生7次諧波干擾。參照圖16a)至16d)，通過在每個電流段中間的具有電流間隙持續(xù)時間(D)的電流間隙對7次諧波進(jìn)行衰減，圖中表示了逆變器電流信號(i4R，i4S，i4T)與時間(t)的關(guān)系。同樣借助于總淬滅電路(3)產(chǎn)生用陰影線表示的電流間隙參照圖16a)，在時刻(t1)，借助總淬滅電路(3)，切斷如圖16c)所示的逆變器電流(i4T)。參照圖16b)，這樣，在逆變器電流(i4S)中，在上述電流段的中間，自動形成電流間隙。將該電流間隙的持續(xù)時間調(diào)整為(D)。在較晚的時刻(t2)，借助總淬滅電路(3)，切斷逆變器電流(i4S)。這樣在該逆變器電流(i4R)的電流段中間自動形成電流間隙。在時刻(t3)，切斷逆變器電流(i4R)，在逆變器電流(i4r)的電流段的中間形成電流間隙等等。
圖1所示的總淬滅電路(3)還特別允許通過控制可控硅管(T2)，對預(yù)定的固定分量(C1)和電流間隙持續(xù)時間(Dr)進(jìn)行相應(yīng)改變，并由此調(diào)整到最佳狀態(tài)。
在5次諧波遇到諧振點(diǎn)(f1＝fRes/s＝0.4)的范圍內(nèi)，通過選擇逆變器(4)的最佳點(diǎn)火時間，將重疊的諧振振幅維持得較低。在這種情況下，必須把逆變器電流(i4R，…)中的5次諧波調(diào)到零，或者檢測并計算電壓中或電機(jī)電流中或電容電流(iCR)中的諧振。在基頻脈沖中實施所有這些調(diào)制方法。特別是與簡單、緩慢、高負(fù)載的可控硅管結(jié)合時，這種方法使得進(jìn)行高效能大功率驅(qū)動成為可能。
標(biāo)號表1、整流器2、中間電路扼流圈3、淬滅電路，總淬滅電路4、逆變器5、負(fù)載扼流圈，整流扼流圈6、測速電機(jī)7、馬達(dá)、交流電機(jī)、同步電機(jī)、異步電機(jī)8、9、電流互感器10、11、電壓互感器12、整流器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器13、18、21、26 加法器34、35、49、50、5614、逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器15、積分器16、28、相位控制電路17、23、48 斜坡發(fā)生器19、22、25、51、52帶雙向限幅器的積分比例控制器20、座標(biāo)轉(zhuǎn)換器27、用于5次諧波的諧振衰減電路29、測角函數(shù)發(fā)生器30、兩相/三相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器
31、三相/兩相座標(biāo)轉(zhuǎn)換器32、33、低通濾波器第2級36、37、PI控制器38、低通濾波器39、帶通濾波器40、41、60、轉(zhuǎn)角器42、數(shù)字電路43、觸發(fā)脈沖發(fā)生器44、觸發(fā)脈沖邏輯電路45、SR觸發(fā)電路46、與門電路47、54、乘法器53、數(shù)值計算器59、角度旋轉(zhuǎn)器、轉(zhuǎn)向元件60、直流電壓檢測器C1、淬滅電路電容器CR、CS、CT、負(fù)載電容器D、電流間隙持續(xù)時間Dr、轉(zhuǎn)換變感扼流圈f1、定子頻率，頻率信號f2、轉(zhuǎn)子頻率△f1、頻率差值信號，頻率差fRes、振蕩回路的諧振頻率
i、電流iCR、電容器電流iCR，CS，CT、通過CR、CS、CT的電流的電容器電流信號id，iq、互相垂直的電流分量idx、中間電路電流idw、中間電路電流額定值iL1，iL3、整流器電流iR，iS，iR＝iR，S，T負(fù)載電流，R、S、T相的電機(jī)電流。
i4R，i4S，i4T逆變器電流相R、S、T的逆變器電流，變流器電流信號K、常量，系數(shù)L1，L2，L3相線導(dǎo)體M 轉(zhuǎn)矩n 電機(jī)7的轉(zhuǎn)速nw 轉(zhuǎn)速額定值S12，S14觸發(fā)脈沖S16，S22，S44，16，22，44的輸出信號OS、諧波R、S、T 交流相t 時間t1-t9、時刻、點(diǎn)火時刻T1-T3，Th1-Th6，可控硅管U 電壓
UCR、CR上的電壓UC1、C1上的直流電壓UL1，L1上的輸入交流電壓UR，US，UT＝UR、S、T在R、S、T上的負(fù)載電壓UW、電壓額定值UX、總值信號，負(fù)載電壓αM、點(diǎn)火角基本值信號αM、點(diǎn)火角信號△αM、點(diǎn)火角差、差值信號ε、兩座標(biāo)系之間的夾角ψ、ψ1、轉(zhuǎn)動角ψ、轉(zhuǎn)動角ψ1、定子交聯(lián)磁通ψ1W、定了交聯(lián)磁通額定值ω1、角頻率
權(quán)利要求
1.消除或至少減少變流器(4)的諧波的方法，變流器(4)至少與網(wǎng)絡(luò)振蕩回路和/或負(fù)載振蕩回路、或者至少與電抗性負(fù)載(CR、CS、CT、7)有效連接；和/或消除或減少上述網(wǎng)絡(luò)振蕩回路和/或負(fù)載振蕩回路的諧振的方法，其特征在于，a)借助于在相移方向上接通時刻的推移，改變依附于經(jīng)過交流電流或負(fù)載電流(iR，iS，iT)的至少一個諧振頻率范圍的至少一個控制時刻或變流器(4)的至少一個可控硅管(Th1-Th6)的點(diǎn)火角基本值信號(αM)，b)和/或在變流器電流的各電流段中形成至少一個電流間隔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，a)針對5次諧波的衰減，通過點(diǎn)火角差值信號(△αM)或通過頻率差值信號(△f1)，按照以下測角函數(shù)△αM＝K1Σk=1ak·sin(k·ω1·t+rk)]]>或△f1＝k1Σk=1fk·sin(k·ω1·t+rk)]]>改變點(diǎn)火控制時刻或點(diǎn)火角基本值信號(αM)或者改變頻率信號(f1)，這里ak和fk是常量，k是變量，k1是大于1的常量，ω1是網(wǎng)絡(luò)振蕩回路和/或負(fù)載振蕩回路的角頻率，t是時間，rk是相位角，b)特別是選擇信號Sin(k·ω1·t)與變流器電流(i4R，i4S，i4T)的相位同步。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，來自電流信號或變流器電流信號(i4R，i4S，i4T)，或者負(fù)載電流信號(iR，iS，iT)，或者電壓信號或負(fù)載電壓信號(UR，S，T)的點(diǎn)火角差值信號(αM)或頻率差值信號(f1)是由旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系中的變換器(31)，該旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)頻率至少相當(dāng)于接近要消除或減少的諧波頻率，通過與之相接的低通濾波器(32、33)，和隨后相接的比例積分控制器(36、37)，特別在互相垂直的座標(biāo)系中，再通過接通變換器(30)在以預(yù)定頻率旋轉(zhuǎn)的座標(biāo)系中產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，為了特別是衰減11和13次諧波，在所述變流器電流的電流段開始后和結(jié)束前的預(yù)定間隔內(nèi)，產(chǎn)生具有預(yù)定電流間隙持續(xù)時間(D)的電流間隙。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，為了特別衰減7次諧波，在所述變流器電流的電流段中間，產(chǎn)生具有預(yù)定電流間隙持續(xù)時間(D)的電流間隙。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，a)所述預(yù)定的持續(xù)時間或電流間隙持續(xù)時間(D)等于D＝1/(6·fRes)fRes為所述振蕩回路的基頻，b)特別是，通過變流器(4)的所有可控硅管共有的總淬滅電路或淬滅電路(3)的總熄滅脈沖或熄滅脈沖或者通過變流器(4)中的強(qiáng)迫短路形成具有預(yù)定電流間隙持續(xù)時間(D)的電流間隙。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過帶有對升高了零點(diǎn)的濾波信號進(jìn)行后續(xù)檢測(41)的帶通濾波器(39)，使依賴于電流信號或負(fù)載電流信號(iR，iS，iT)，或電容器電流信號(iCR，CS，CT)，或電壓信號或負(fù)載電壓信號(UR，S，T)的至少一個可控硅管(Th1-Th6)的接通時刻產(chǎn)生推移。
8.消除或至少減少變流器(4)的諧波的裝置，變流器(4)至少與一個網(wǎng)絡(luò)振蕩回路和/或負(fù)載振蕩回路、或至少與一個電抗性負(fù)載(CR、CS、CT、7)有效連接;和/或消除或減少網(wǎng)絡(luò)振蕩回路或負(fù)載振蕩回路中的諧振的裝置，a)所述變流器是橋式逆變器，橋臂上具有可控硅管(Th1-Th6)，其可控輸入端與逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器有效連接，其特征在于，b)設(shè)置加法器(13)，在加法器(13)的輸入端輸入點(diǎn)火角基本信號(αM)或頻率信號(f1)，和點(diǎn)火角差值信號(△αM)或頻率差值信號(△f1)，加法器(13)的輸出端與逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器(14)保持可控連接，c)特別針對振蕩回路中的5次諧波，設(shè)置諧振衰減電路(27)作為點(diǎn)火角控制電路，在電路(27)的輸入端輸入電流信號或變流器電流信號(i4R，i4S，i4T)、或負(fù)載電流信號(iR，iS，iT)，或電容器電流信號(iCR，CS，CT)、或電壓信號或負(fù)載電壓信號(UR，S，T)，這些信號中包含要衰減的諧波。d)諧振衰減電路(27)的輸入端擁有三相/兩相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(31)，該坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(31)的兩相輸出作為含有要消除和衰減的諧波的兩個互相垂直分量的相同量分別經(jīng)過低通濾波器(32，33)與后接的PI控制器(36、37)再與兩相/三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(30)的兩相輸入保持有效連接，在兩相/三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(30)的兩相輸入保持有效連接，在兩相/三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(30)的輸出端獲取點(diǎn)火角差值信號(△αM)或頻率差值信號(△f1)，e)三相/兩相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(31)的標(biāo)軸角輸入，經(jīng)過測角函數(shù)發(fā)生器(29)與相位控制電路(28)保持有效連接，如同三相/兩相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(31)一樣，將諧振衰減電路(27)的輸入信號輸入相位控制電路(28)，和f)測角函數(shù)發(fā)生器(29)的輸出端經(jīng)過具有預(yù)定轉(zhuǎn)角(ψ)的轉(zhuǎn)角器(59)與兩相/三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(30)的標(biāo)軸角輸入端保持有效連接。
9.消除或至少減少變流器(4)的諧波的裝置，變流器(4)至少與一個網(wǎng)絡(luò)振蕩回路和/或負(fù)載振蕩回路、或至少與一個電抗性負(fù)載(CR、CS、CT;7)保持有效連接;和/或消除或減少網(wǎng)絡(luò)振蕩回路或負(fù)載振蕩回路的諧振的裝置，所述變流器是橋式逆變器，橋臂上具有可控硅管(Th1-Th6)，其輸入端與逆變器觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)換器(43)保持有效連接，其特征在于，設(shè)置轉(zhuǎn)換器(41)作為點(diǎn)火角控制器，轉(zhuǎn)角器(41)的輸入端與帶通濾波器(39)保持有效連接，轉(zhuǎn)角(41)的輸出端與觸發(fā)脈沖發(fā)生器(43)保持有效連接，這里，在帶通濾波器(39)的輸入端輸入電流信號或變流器電流信號(i4R，i4S，i4T)、或負(fù)載電流信號(iR，iS，iT)或電容器電流信號(iCR，CS，CT)、或者電壓信號或負(fù)載電壓信號(UR，S，T)，這些信號中包含要衰減的諧波。
10.如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，a)將總淬滅電路(3)并聯(lián)到逆變器(4)，b)至少用一個滅弧電容器(C1)和至少一個第一可控硅管(T2)構(gòu)成第一串聯(lián)，該第一串聯(lián)電路與正供電端子(+)和負(fù)供電端子(-)保持有效連接，c)在至少與一個滅弧電容器(C1)并聯(lián)的支路中設(shè)置一個由至少一個有感電阻(Dr)和第二可控硅管(T1)構(gòu)成的第二串聯(lián)，第二可控硅管(T1)的負(fù)電位端與滅弧電容器(C1)保持有效連接，d)在與第二可控硅管(T1)并聯(lián)的支路中，設(shè)置一個第三可控硅管(T3)，在此，第二可控硅管(T3)的電流方向與第二可控硅管(T1)的電流方向相反。
全文摘要
一種由帶中間直流電路的變流器(1-4)供電的交流電機(jī)(7)，該電機(jī)帶有與之并聯(lián)的電容器(CR、CS、CT)，并形成諧振系統(tǒng)，在電機(jī)電壓和電流的基波振蕩和常規(guī)諧波上疊加了帶有共振點(diǎn)頻率的附加諧波。在交流電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)速范圍下借助于淬滅電路(3)在每個電流段的始端和末端形成電流隙衰減11和13次諧波，在電流段的中間形成電流隙衰減7次諧波。為了衰減5次諧波，可通過點(diǎn)火角差值信號(Δα
文檔編號H02M5/45GK1063382SQ9110759
公開日1992年8月5日 申請日期1991年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月10日
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