專利名稱：用于在變換器中確定電流過零的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電子學(xué)領(lǐng)域。其涉及在具有權(quán)利要求1的前序部分所述特征的變換器中，用于確定電流過零的時(shí)刻的方法、執(zhí)行該方法的設(shè)備以及變換器。
背景技術(shù)：
電流控制的變換器用來將輸入電流變換成具有一個(gè)或多個(gè)相位的交流電。變換器包括電流I(t)可以流經(jīng)的兩個(gè)靜態(tài)變換器支路。每個(gè)靜態(tài)變換器支路可以通過電流閥被切換到導(dǎo)通狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)。在其中電流或者是全正或者是全負(fù)的電流半波期間，第一靜態(tài)變換器支路中的第一電流閥被切換到導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)電流改變其符號(hào)時(shí)，第一電流閥被切換到截止?fàn)顟B(tài)，且第二靜態(tài)變換器支路中的第二閥現(xiàn)在被切換到導(dǎo)通狀態(tài)，其在第一電流閥處于導(dǎo)通狀態(tài)期間曾處于截止?fàn)顟B(tài)。但是，如果從一個(gè)靜態(tài)變換器支路到另一個(gè)靜態(tài)變換器支路的轉(zhuǎn)換不是正好發(fā)生在電流改變其符號(hào)的時(shí)間，則出現(xiàn)兩個(gè)靜態(tài)變換器支路在其中均攜帶電流的重疊區(qū)域，或者出現(xiàn)其中沒有電流流經(jīng)任何靜態(tài)變換器支路的區(qū)域。但是，該重疊區(qū)域或者沒有電流流經(jīng)任何靜態(tài)變換器支路的區(qū)域?qū)е履芰康膰?yán)重?fù)p失和瞬時(shí)現(xiàn)象。
為了確定電流閥要被切換的時(shí)間，已經(jīng)開發(fā)了包括電流測(cè)量的復(fù)雜方法。在S.Vliviita，Ovaska S.J.，Kyyr J.寫的文章(”adaptive signalprocessing system for accurate zero-crossing detection of cycloconverterphase currents”；IEEJ 1997-PPC Nagoka，p.467-472)中描述了這樣的方法。在該方法中，低頻預(yù)濾器被用來從電流信號(hào)中過濾不希望的低頻成份，且重新構(gòu)造電流信號(hào)的正弦曲線，據(jù)其可以隨后預(yù)知電流過零的時(shí)間。
但是，該方法復(fù)雜且代價(jià)高。電流偏移和電流測(cè)量中的誤差降低了確定電流過零的時(shí)間的可靠性和精確性。
US 6,535,402描述了一種用于確定變換器中針對(duì)死區(qū)時(shí)間(deadtime)補(bǔ)償?shù)碾娏鬟^零的方法，其中恒定的額外電流被加到電流上，從該總電流確定電流過零。額外電流的添加引起了正半波和負(fù)半波時(shí)段的不對(duì)稱。兩個(gè)半波時(shí)段的差別被用于從所測(cè)量的電流過零到所推測(cè)的正確的時(shí)刻的糾正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是建立一種在開始時(shí)提及的類型的方法和設(shè)備，其允許精確而更簡單地預(yù)測(cè)變換器中電流過零的時(shí)刻。
根據(jù)本發(fā)明的目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的、用于確定變換器中電流過零的方法，具有權(quán)利要求8所述特征的、用于確定電流過零的時(shí)刻的設(shè)備，以及具有權(quán)利要求9所述特征的變換器來解決。
利用根據(jù)本發(fā)明的方法，變換器中的電流通過用于確定電流過零的時(shí)刻的設(shè)備被測(cè)量，在該設(shè)備中，將所測(cè)量的電流值和電流閾值進(jìn)行比較，并借助于電流值在電流過零之前達(dá)到電流閾值的時(shí)刻，通過該設(shè)備，確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零之間的時(shí)間間隔Δt。由于僅僅需要確定一個(gè)測(cè)量值，且只需要簡單的計(jì)算，所以可以容易地實(shí)現(xiàn)該方法。
在電流的正弦或近似正弦曲線情況下，電流可以被分成兩個(gè)半波，其中每個(gè)半波包括其中電流或者是連續(xù)大于零或者是連續(xù)小于零的時(shí)段。根據(jù)正半波中所測(cè)量的電流或者負(fù)半波中所測(cè)量的電流，確定半波電流的最大振幅Imax，且電流的最大振幅被用來確定電流過零的時(shí)刻。通過確定半波電流的最大振幅，提高了該方法的精確性。
當(dāng)在電流過零之前達(dá)到電流閾值時(shí)，可以根據(jù)電流閾值的數(shù)值|Iset|、電流的最大振幅Imax以及電流的頻率ω，通過等式Δt=1ω*|Iset|Imax,]]>從而確定從達(dá)到電流閾值Iset至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt，其中電流閾值Iset在負(fù)半波由負(fù)電流閾值Iset，n代替，而在正半波由正電流閾值Iset，p代替。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是電流過零的確定需要僅僅幾個(gè)容易確定的測(cè)量值，且通過簡單的等式，確定電流過零的時(shí)刻，因此很快。
另外的有利的變形方案和實(shí)施例根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求是顯而易見的。


下面通過附圖中所示的優(yōu)選示例性實(shí)施例，說明根據(jù)本發(fā)明的方法和本發(fā)明的目的。該圖示出了變換器中關(guān)于時(shí)間的電流的曲線，以及第一靜態(tài)變換器支路中的第一電流閥的切換特性。
具體實(shí)施例方式
在下面的例子中，描述了具有兩個(gè)靜態(tài)變換器支路的變換器，但是本發(fā)明也適用于具有至少兩個(gè)靜態(tài)變換器支路的單相或多相變換器。
該圖示出了第一靜態(tài)變換器支路中關(guān)于時(shí)間的電流曲線，以及第一電流閥的切換特性。變換器中的電流是通過用于確定變換器的電流過零時(shí)刻的設(shè)備來測(cè)量的。由曲線1示出，從負(fù)半波開始，負(fù)半波的電流的最大振幅Imax根據(jù)所測(cè)量的變換器(為了清晰的原因，圖中未示出)的電流值確定。該確定借助常用的計(jì)算方法來進(jìn)行。在經(jīng)過電流的最大振幅之后并且在電流過零之前，當(dāng)達(dá)到負(fù)電流閾值Iset，n2時(shí)，從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt被確定。在正半波中，電流的最大振幅Imax是確定的，且在經(jīng)過電流的最大振幅之后并且在電流過零之前，當(dāng)達(dá)到正電流閾值Iset，p3時(shí)，從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt被確定。
瞬時(shí)電流I(t)由電流的最大振幅Imax、頻率ω和時(shí)間t，根據(jù)以下等式得到I(t)＝Imaxsin(ωt)在(ωt)的值小的情況下，可以有|sin(ωt)|≈ωt。這簡化了用于瞬時(shí)電流的等式，且針對(duì)一個(gè)數(shù)值的電流值|I(t)|，可以確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔ΔtΔt=1ω*|I(t)|Imax]]>當(dāng)達(dá)到電流過零之前的給定的電流閾值Iset時(shí)，可以借助上述等式以及電流閾值的數(shù)值|Iset|如下確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt
Δt=1ω*|Iset|Imax,]]>其中電流閾值Iset在負(fù)半波中由Iset，n代替，而在正半波中由Iset，p代替。
曲線1示出，因?yàn)榇_定了從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt，當(dāng)達(dá)到給定的電流閾值時(shí)，以時(shí)間間隔Δt的時(shí)延觸發(fā)兩個(gè)靜態(tài)變換器支路之間的切換。由于清晰的原因，在圖中只示出了第一靜態(tài)變換器支路的狀態(tài)。在負(fù)半波中，第一靜態(tài)變換器支路處于導(dǎo)通狀態(tài)11，而第二靜態(tài)變換器支路處于截止?fàn)顟B(tài)。在達(dá)到給定的負(fù)電流閾值Iset，n之后，經(jīng)過時(shí)間間隔Δt，第一靜態(tài)變換器支路被切換到截止?fàn)顟B(tài)12，而第二靜態(tài)變換器支路被切換到導(dǎo)通狀態(tài)。在正半波中，在達(dá)到給定的正電流閾值Iset，p之后，經(jīng)過時(shí)間間隔Δt，第一靜態(tài)變換器支路重新被切換到導(dǎo)通狀態(tài)11，而第二靜態(tài)變換器支路被切換到截止?fàn)顟B(tài)。
針對(duì)負(fù)半波的電流閾值Iset，n和針對(duì)正半波的電流閾值Iset，p可以以工作的函數(shù)給出。如果電流受噪聲影響，則可以有利地選擇大的值，使得可以明顯地將電流值和噪聲區(qū)分開。另一方面，電流值應(yīng)該這樣小，使得由近似|sin(ωt)|≈ωt產(chǎn)生的誤差保持小。
在每個(gè)半波中，電流的最大振幅可以被重新確定，但是也可能僅針對(duì)每兩個(gè)或最多每兩個(gè)半波重新確定電流的最大振幅。如果在半波內(nèi)確定最大振幅，且該值被用于確定到直接緊隨的或隔一個(gè)的電流過零的時(shí)間間隔，則可以獲得特別精確的結(jié)果。如果電流的最大振幅僅被用于確定到更后的電流過零的時(shí)間間隔，或者如果最大振幅沒有針對(duì)每個(gè)半波而被重新確定，那么可以特別快速地執(zhí)行該方法。
如果負(fù)電流閾值的數(shù)值|Iset，n|等于正電流閾值的數(shù)值|Iset，p|，則該方法同樣變得特別簡單。于是，可以根據(jù)頻率ω和電流閾值的乘積確定常數(shù)，且在每個(gè)半波中，只有該常數(shù)與半波中電流的最大振幅的商需要計(jì)算，以確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt。
在變換器中，根據(jù)本發(fā)明的用于確定電流過零的方法可以通過包括用于測(cè)量電流的裝置以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其中該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于比較電流閾值并用于確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔。借助該方法，電流通過所述設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，將所測(cè)量的電流值與電流閾值Iset進(jìn)行比較，并借助于電流在電流過零之前達(dá)到電流閾值的時(shí)刻，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零之間的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt。
用于確定電流過零的計(jì)算機(jī)程序可以被加載到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，并在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中被執(zhí)行。當(dāng)計(jì)算機(jī)程序被執(zhí)行時(shí)，它將所測(cè)量的電流值與電流閾值Iset進(jìn)行比較，并借助于電流在電流過零之前達(dá)到電流閾值的時(shí)刻，確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零之間的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt。
在另一個(gè)版本的方法中，變換器中的電流過零是通過一種包括用于測(cè)量電流的裝置以及電路的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其中該電路用于比較電流閾值并用于確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔。
在變換器中，閥可以被安裝在每個(gè)靜態(tài)變換器支路之前，通過該閥，靜態(tài)變換器支路可以被切換到截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)。如果這樣的閥從切換被觸發(fā)的時(shí)刻開始，延時(shí)地進(jìn)行相應(yīng)的靜態(tài)變換器支路的切換，那么直到切換的時(shí)延可以這樣考慮，即選擇這樣大的電流閾值，使得從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt大于或等于直至切換的時(shí)延。在確定從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt時(shí)，可以這樣地考慮時(shí)延，使得相應(yīng)的閥在電流過零之前的、與時(shí)延相對(duì)應(yīng)的時(shí)刻被切換，并且該閥在電流過零時(shí)截止或?qū)ā?br> 上述的用于操作變換器的方法可以被應(yīng)用于這樣的變換器其中要求有連續(xù)的通過電流，且其中該通過電流不應(yīng)因?yàn)橹鲃?dòng)進(jìn)行的操作如閥的切換而被中斷。
本發(fā)明的進(jìn)一步的應(yīng)用出現(xiàn)在電流控制的變換器中。在電流控制的變換器中，被饋送到變換器中的電流的表現(xiàn)類似電流源，并且在變換器(如電源)的輸出端提供獨(dú)立于輸出電壓的電流量。
該方法還可以應(yīng)用于直接變換器(direct converter)，其中給定頻率的交流電被直接變換成另一頻率的交流電，而在此期間不將交流電變換成直流電。
權(quán)利要求
1．一種在具有至少兩個(gè)靜態(tài)變換器支路以及具有用于確定電流過零的時(shí)刻的設(shè)備的變換器中，用于確定電流過零的方法，其中所述電流交替地流經(jīng)至少一個(gè)第一靜態(tài)變換器支路和至少一個(gè)第二靜態(tài)變換器支路，其特征在于所述電流借助于所述設(shè)備測(cè)量，根據(jù)所述的所測(cè)量的正半波和/或負(fù)半波中的電流值確定所述電流的最大振幅Imax，在所述設(shè)備中，將所述的所測(cè)量的電流值與電流閾值Iset進(jìn)行比較，且借助于所述電流在所述電流過零之前達(dá)到所述電流閾值Iset的時(shí)刻，以及半波的所述電流的最大振幅Imax的值，通過所述設(shè)備，確定從達(dá)到所述電流閾值Iset至達(dá)到所述電流過零的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述電流具有正弦分布。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，從達(dá)到所述電流閾值Iset至達(dá)到所述電流過零的所述預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt與所述電流的最大振幅Imax是在同一半波內(nèi)確定的。
4．根據(jù)權(quán)利要求2或3中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，從達(dá)到所述電流閾值Iset至達(dá)到所述電流過零的所述預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt是根據(jù)所述電流閾值的數(shù)值|Iset|、所述電流的最大振幅Imax以及電流的頻率ω，通過等式Δt=1ω*|Iset|Imax]]>從而確定的，其中所述電流閾值Iset在負(fù)半波由所述負(fù)電流閾值Iset，n代替，而在正半波由所述正電流閾值Iset，p代替。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述負(fù)電流閾值的數(shù)值|Iset，n|與所述正電流閾值的數(shù)值|Iset，p|大小相等。
6．根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在至少一個(gè)靜態(tài)變換器支路中，從達(dá)到所述電流閾值至達(dá)到所述電流過零的所述預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt到期之后，分別切換電流閥，其分別將靜態(tài)變換器支路在導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)之間切換。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，只有在時(shí)延之后，所述至少一個(gè)電流閥在切換操作之后，才截止或傳導(dǎo)相應(yīng)的靜態(tài)變換器支路，且所述電流閾值Iset是如此大，以致從達(dá)到所述電流閾值至達(dá)到所述電流過零的所述預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt大于或等于到所述截止或傳導(dǎo)的時(shí)延，且在確定從達(dá)到所述電流閾值至達(dá)到所述電流過零的所述預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt時(shí)，這樣地考慮所述時(shí)延，使得所述相應(yīng)的閥在電流過零之前的、與所述時(shí)延對(duì)應(yīng)的時(shí)刻被切換，且所述閥在所述電流過零時(shí)截止或傳導(dǎo)。
8.一種用于確定所述電流過零的時(shí)刻的設(shè)備，其特征在于，所述用于確定所述電流過零的時(shí)刻的設(shè)備包括在靜態(tài)變換器支路的輸入端測(cè)量所述電流的裝置，用于將所述的所測(cè)量的電流值與電流閾值進(jìn)行比較的裝置，以及借助于所述電流在電流過零之前達(dá)到所述電流閾值的時(shí)間和半波的所述電流的最大振幅的值Imax、用于確定從達(dá)到所述電流閾值至達(dá)到所述電流過零的所述預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt的裝置。
9.一種變換器，至少包括兩個(gè)靜態(tài)變換器支路，其中所述電流交替地流經(jīng)第一靜態(tài)變換器支路和第二靜態(tài)變換器支路，其特征在于，所述變換器包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于確定所述電流過零的時(shí)刻的設(shè)備。
全文摘要
一種利用至少兩個(gè)靜態(tài)變換器支路工作的變換器，其中電流交替地流經(jīng)至少一個(gè)第一電流變換器支路和至少一個(gè)第二電流變換器支路。根據(jù)本發(fā)明，在變換器中，電流過零的時(shí)刻通過這種方式來確定，即電流通過用于確定電流過零時(shí)刻的設(shè)備來測(cè)量，在該設(shè)備中將所測(cè)量的電流值與電流閾值進(jìn)行比較，并借助于電流值在電流過零之前達(dá)到電流閾值的時(shí)刻，通過該設(shè)備計(jì)算從達(dá)到電流閾值至達(dá)到電流過零之間的預(yù)計(jì)時(shí)間間隔Δt。
文檔編號(hào)H02M7/42GK101027564SQ200580032169
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者阿爾佩爾·阿克達(dá)格, 菲利普·斯特凡努蒂, 勒克·邁森奇, 尼古拉斯·胡戈 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司