[发明专利]一种电磁搅拌用多电平逆变电源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及旋转磁场型电磁搅拌所用电源，特别是一种电磁搅拌用多电平逆变电源及其控制方法。

背景技术

电磁搅拌技术有利于排除金属溶体中气体和夹杂物，是改善金属凝固组织，提高金属产品质量的有效手段。载流钢水处于交变磁场中，就会在钢水中感应出电流，感应电流在磁场中又产生一个电磁力，推动钢水运动。

一般情况下，电磁搅拌器需要的是低频率，大幅值的正弦交流电，改变电流的频率和幅值，就能改变搅拌的频率和搅拌强度，这种搅拌方法具有磁场能量集中，所需搅拌功率小以及及绕组能量高等优点。但是目前电磁搅拌电源所采用的一般为常规的电压源三桥臂式逆变主电路，具有体积较大，输出的电压频率与IGBT开关频率相同，如果要输出高频率的电压，就要大大提高IGBT的开关频率，不仅存在开关损耗，还很容易导致开关噪声的产生，转矩震动较大。同时三桥臂逆变电源结构复杂，开关器件数目较多，生产成本较高，功率晶闸管数目的增加也使得系统的稳定性降低，易造成安全隐患。同时采用以往的逆变电源，为了达到更好的炼钢效果，往往使采用非对称绕组电机，使得可用范围大大降低。

使用电磁搅拌用多电平逆变电源可以使三桥臂逆变电源减少一个桥臂，降低系统成本。同时输出电压为多电平阶梯波，较两电平输出电压，输出谐波减少，等效开关频率增加，电能质量得以提高；既适用于非对称绕组电机，也适用于对称绕组电机。因此研究开关频率较低、控制更简单；低成本，高输出的拓扑结构具有十分重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种电磁搅拌用多电平逆变电源及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电磁搅拌用多电平逆变电源，包括钳位多电平H桥逆变单元，所述钳位多电平H桥逆变单元输入端接有两个串联的电容，每个电容与一个均压电阻并联，由直流稳压电压源向电容供电；所述钳位多电平H桥逆变单元逆变端包括8个开关管及与各个开关管反向并联的二极管；所述8个开关管分为两组，每组串联四个开关管，构成左桥臂和右桥臂，两个桥臂的中心点各通过一个滤波电感分别接在电机的两个感应线圈的首端；电机的两个线圈绕组的末端接在一起后，再与两个串联的电容的中央抽头处连接。

相应的，本发明还提供了一种上述电磁搅拌用多电平逆变电源的控制方法，包括以下步骤：

1)根据期望的输出电流幅值和频率f^*，通过指令电流生成环节，求得钳位多电平H桥逆变单元的期望输出电流和其中w^*＝2×π×f^*；将期望输出电流和分别与H桥逆变单元逆变端输出电流I_α和I_β相减，得到输出电流的跟踪误差信号，经过比例谐振控制器的处理得到钳位多电平H桥逆变单元的动态调制波信号Δu_α和Δu_β；

2)设流经感应线圈的电流为i_α和i_β，则钳位多电平H桥逆变单元的左桥臂和右桥臂的输出电压分别为其中L为感应线圈的电感值和滤波电感的电感值之和，R为感应线圈电阻和滤波电阻之和；根据期望输出电压得到钳位多电平H桥逆变单元的稳态调制波信号，对钳位多电平H桥逆变单元的输出电压进行前馈主调节；

3)将动态调制波信号和稳态调制波信号相加，得到钳位多电平H桥逆变单元的调制波信号m_α和m_β；