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或多個相位的交流電。變換器包括電流I(t)可以流經(jīng)的兩個靜態(tài)變換器支路。每個靜態(tài)變換器支路可以通過電流閥被切換到導(dǎo)通狀態(tài)或截止狀態(tài)。在其中電流或者是全正或者是全負的電流半波期間，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)。當電流改變其符號時，第一電流閥被切換到截止狀態(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)期間曾處于截止狀態(tài)。但是，如果從一個靜態(tài)變換器支路到另一個靜態(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的時間，則出現(xiàn)兩個靜態(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履芰康膰乐負p失和瞬時現(xiàn)象。
為了確定電流閥要被切換的時間，已經(jīng)開發(fā)了包括電流測量的復(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中過濾不希望的低頻成份，且重新構(gòu)造電流信號的正弦曲線，據(jù)其可以隨后預(yù)知電流過零的時間。
但是，該方法復(fù)雜且代價高。電流偏移和電流測量中的誤差降低了確定電流過零的時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死區(qū)時間(deadtime)補償?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半波時段的不對稱。兩個半波時段的差別被用于從所測量的電流過零到所推測的正確的時刻的糾正。

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)測變換器中電流過零的時刻。
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刻的設(shè)備被測量，在該設(shè)備中，將所測量的電流值和電流閾值進行比較，并借助于電流值在電流過零之前達到電流閾值的時刻，通過該設(shè)備，確定從達到電流閾值至達到電流過零之間的時間間隔Δt。由于僅僅需要確定一個測量值，且只需要簡單的計算，所以可以容易地實現(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半波，其中每個半波包括其中電流或者是連續(xù)大于零或者是連續(xù)小于零的時段。根據(jù)正半波中所測量的電流或者負半波中所測量的電流，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。
當在電流過零之前達到電流閾值時，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,]]>從而確定從達到電流閾值Iset至達到電流過零的預(yù)計時間間隔Δt，其中電流閾值Iset在負半波由負電流閾值Iset，n代替，而在正半波由正電流閾值Iset，p代替。該實施例的優(yōu)點是電流過零的確定需要僅僅幾個容易確定的測量值，且通過簡單的等式，確定電流過零的時刻，因此很快。
另外的有利的變形方案和實施例根據(jù)獨立權(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。
具體實施例方式
在下面的例子中，描述了具有兩個靜態(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刻的設(shè)備來測量的。由曲線1示出，從負半波開始，負半波的電流的最大振幅Imax根據(jù)所測量的變換器(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算方法來進行。在經(jīng)過電流的最大振幅之后并且在電流過零之前，當達到負電流閾值Iset，n2時，從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔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，當達到正電流閾值Iset，p3時，從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔Δt被確定。
瞬時電流I(t)由電流的最大振幅Imax、頻率ω和時間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。這簡化了用于瞬時電流的等式，且針對一個數(shù)值的電流值|I(t)|，可以確定從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔ΔtΔt=1ω*|I(t)|Imax]]>當達到電流過零之前的給定的電流閾值Iset時，可以借助上述等式以及電流閾值的數(shù)值|Iset|如下確定從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔Δt
Δt=1ω*|Iset|Imax,]]>其中電流閾值Iset在負半波中由Iset，n代替，而在正半波中由Iset，p代替。
曲線1示出，因為確定了從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔Δt，當達到給定的電流閾值時，以時間間隔Δt的時延觸發(fā)兩個靜態(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狀態(tài)。在達到給定的負電流閾值Iset，n之后，經(jīng)過時間間隔Δt，第一靜態(tài)變換器支路被切換到截止狀態(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，在達到給定的正電流閾值Iset，p之后，經(jīng)過時間間隔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狀態(tài)。
針對負半波的電流閾值Iset，n和針對正半波的電流閾值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，但是也可能僅針對每兩個或最多每兩個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的電流過零的時間間隔，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間間隔，或者如果最大振幅沒有針對每個半波而被重新確定，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算，以確定從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔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量電流的裝置以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的設(shè)備實現(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到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔。借助該方法，電流通過所述設(shè)備進行測量，在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，將所測量的電流值與電流閾值Iset進行比較，并借助于電流在電流過零之前達到電流閾值的時刻，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定從達到電流閾值至達到電流過零之間的預(yù)計時間間隔Δt。
用于確定電流過零的計算機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。當計算機程序被執(zhí)行時，它將所測量的電流值與電流閾值Iset進行比較，并借助于電流在電流過零之前達到電流閾值的時刻，確定從達到電流閾值至達到電流過零之間的預(yù)計時間間隔Δt。
在另一個版本的方法中，變換器中的電流過零是通過一種包括用于測量電流的裝置以及電路的設(shè)備實現(xiàn)，其中該電路用于比較電流閾值并用于確定從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔。
在變換器中，閥可以被安裝在每個靜態(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狀態(tài)或?qū)顟B(tài)。如果這樣的閥從切換被觸發(fā)的時刻開始，延時地進行相應(yīng)的靜態(tài)變換器支路的切換，那么直到切換的時延可以這樣考慮，即選擇這樣大的電流閾值，使得從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔Δt大于或等于直至切換的時延。在確定從達到電流閾值至達到電流過零的預(yù)計時間間隔Δt時，可以這樣地考慮時延，使得相應(yīng)的閥在電流過零之前的、與時延相對應(yīng)的時刻被切換，并且該閥在電流過零時截止或?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)因為主動進行的操作如閥的切換而被中斷。
本發(fā)明的進一步的應(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靜態(tài)變換器支路以及具有用于確定電流過零的時刻的設(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)至少一個第一靜態(tài)變換器支路和至少一個第二靜態(tài)變換器支路，其特征在于所述電流借助于所述設(shè)備測量，根據(jù)所述的所測量的正半波和/或負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，將所述的所測量的電流值與電流閾值Iset進行比較，且借助于所述電流在所述電流過零之前達到所述電流閾值Iset的時刻，以及半波的所述電流的最大振幅Imax的值，通過所述設(shè)備，確定從達到所述電流閾值Iset至達到所述電流過零的預(yù)計時間間隔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，從達到所述電流閾值Iset至達到所述電流過零的所述預(yù)計時間間隔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中的任意一項所述的方法，其特征在于，從達到所述電流閾值Iset至達到所述電流過零的所述預(yù)計時間間隔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在負半波由所述負電流閾值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中的任意一項所述的方法，其特征在于，在至少一個靜態(tài)變換器支路中，從達到所述電流閾值至達到所述電流過零的所述預(yù)計時間間隔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)和截止狀態(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，只有在時延之后，所述至少一個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，以致從達到所述電流閾值至達到所述電流過零的所述預(yù)計時間間隔Δt大于或等于到所述截止或傳導(dǎo)的時延，且在確定從達到所述電流閾值至達到所述電流過零的所述預(yù)計時間間隔Δt時，這樣地考慮所述時延，使得所述相應(yīng)的閥在電流過零之前的、與所述時延對應(yīng)的時刻被切換，且所述閥在所述電流過零時截止或傳導(dǎo)。
8.一種用于確定所述電流過零的時刻的設(shè)備，其特征在于，所述用于確定所述電流過零的時刻的設(shè)備包括在靜態(tài)變換器支路的輸入端測量所述電流的裝置，用于將所述的所測量的電流值與電流閾值進行比較的裝置，以及借助于所述電流在電流過零之前達到所述電流閾值的時間和半波的所述電流的最大振幅的值Imax、用于確定從達到所述電流閾值至達到所述電流過零的所述預(yù)計時間間隔Δt的裝置。
9.一種變換器，至少包括兩個靜態(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刻的設(shè)備。
全文摘要
一種利用至少兩個靜態(tài)變換器支路工作的變換器，其中電流交替地流經(jīng)至少一個第一電流變換器支路和至少一個第二電流變換器支路。根據(jù)本發(fā)明，在變換器中，電流過零的時刻通過這種方式來確定，即電流通過用于確定電流過零時刻的設(shè)備來測量，在該設(shè)備中將所測量的電流值與電流閾值進行比較，并借助于電流值在電流過零之前達到電流閾值的時刻，通過該設(shè)備計算從達到電流閾值至達到電流過零之間的預(yù)計時間間隔Δt。
文檔編號H02M7/42GK101027564SQ200580032169
公開日2007年8月29日 申請日期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·阿克達格, 菲利普·斯特凡努蒂, 勒克·邁森奇, 尼古拉斯·胡戈 申請人:Abb研究有限公司