專利名稱：：基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種補償方法，具體是指一種基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法。
背景技術(shù)：
：目前對于通用型的VVVF變頻器，電機定子電壓的控制大多都以開環(huán)方式進行的。控制器根據(jù)一定的方法，輸出電機定子電壓的期望值，經(jīng)PWM調(diào)制環(huán)節(jié)調(diào)制后輸出PWM指令，然后通過驅(qū)動電路連接到系統(tǒng)逆變單元功率開關(guān)器件的控制極上，控制逆變單元的輸出電壓。如果PWM調(diào)制環(huán)節(jié)和逆變單元都能夠按照期望的方式工作的話，則定子電壓的這種開環(huán)控制方式可以得到比較理想的控制效果。然而受到系統(tǒng)逆變單元功率器件所固有的開關(guān)時間，飽和壓降以及控制器中為防止橋臂直通而人為設(shè)置的死區(qū)的影響，這樣使得加在IGBT上的PWM指令和實際計算的PWM指令存在偏差，這種偏差影響了系統(tǒng)對電機定子電壓的精確控制，并使電機定子電壓的諧波含量增加，幅值相位與目標值偏離，給系統(tǒng)的正常運行帶來不利。在以上提及的3種影響因素中，尤其以死區(qū)影響最為嚴重。在以前的變頻器產(chǎn)品中，由于開關(guān)頻率較低，死區(qū)影響還可以容忍，但隨著開關(guān)頻率的提高，其對電壓畸變的影響也大大提高，尤其在低頻段更為嚴重，甚至會造成電流涌動，如果電機長期運行在低頻下，將縮短電機的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服目前高壓大功率變頻器在低頻率下因死區(qū)的影響而導致系統(tǒng)電壓波形產(chǎn)生畸變的缺陷，提供一種基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法，主要包括以下步驟(a)啟動變頻器，當變頻器轉(zhuǎn)速達到給定頻率時，采集定子電流中的U、V兩相電流值iu和iv；其中，該給定頻率的范圍為1Hz60Hz。(b)根據(jù)3S/2R變換公式，計算出電流分量id、電流分量iq及角度0的數(shù)值；(c)根據(jù)電流分量id和電流分量iq的數(shù)值，計算出電流矢量角e的數(shù)值，并根據(jù)該電流矢量角9判斷電流矢量在圓周中所處的扇區(qū)；(d)CPU根據(jù)定子電流矢量“所在扇區(qū)，判斷各相電流的正負方向；(e)CPU根據(jù)步驟(d)所獲得的各相電流正負方向，將補償后的指令波形發(fā)送至變頻器的各處理單元，并返回步驟(a)。其中，步驟(b)中所述的3S/2R變換公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>和<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>所述角度3的數(shù)值計算公式為夕=arctani其中，iu為定子電流中U相電流值，iv為定子電流中V相電流值，ia為靜止坐標系下a軸的電流分量，ie為靜止坐標系下0軸時的電流分量，id為旋轉(zhuǎn)坐標系下d軸的電流分量，iq為為旋轉(zhuǎn)坐標系下q軸的電流分量。步驟(c)中所述電流矢量角e的數(shù)值為a+日，且步驟(c)和步驟(d)中所述的扇區(qū)是指通過坐標原點，分別做垂直于U相電流的直線ab、垂直于V相電流的直線cd、垂直于W相電流的直線ef，從而將全角度360°分成六個扇區(qū)；其中，第I扇區(qū)角度為30°90°，第II扇區(qū)角度為90°150°，第III扇區(qū)角度為150°210°，第IV扇區(qū)角度為210°270°，第V扇區(qū)角度為270°330°，第VI扇區(qū)角度為330°30°。步驟(d)中所述的CPU根據(jù)定子電流矢量“所在扇區(qū)，判斷各相電流的正負方向是指，u相電流以直線ab為界，若定子電流矢量is位于U相電流的正向側(cè)，則相電流iu為正方向，若定子電流矢量is位于U相電流的反向側(cè)，則相電流iu為負方向。V相電流以直線cd為界，若定子電流矢量is位于V相電流的正向側(cè)，則相電流‘為正方向，若定子電流矢量is位于V相電流的反向側(cè)，則相電流iv為負方向。W相電流以直線ef為界，若定子電流矢量is位于W相電流的正向側(cè)，則相電流iw為正方向，若定子電流矢量is位于W相電流的反向側(cè)，則相電流iw為負方向。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果(1)本發(fā)明采用借助檢測定子各相電流的極性進而分析死區(qū)對目標波形造成的正(負)影響，并根據(jù)這個結(jié)果在CPU的波形計算程序中加入補償指令以抵消死區(qū)的正(負)影響，從而減小或消除未補償?shù)妮敵鲭妷旱母叽沃C波含量，能有效的防止電機產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩或更為嚴重的某個特定頻率下的系統(tǒng)振蕩。(2)本發(fā)明打破傳統(tǒng)思維，采用旋轉(zhuǎn)坐標系中死區(qū)補償方法，如果采用傳統(tǒng)的檢測電流過零方式來判斷電流正(負)方向，由于電流的檢測存在著誤差和滯后，使測得的電流信號與真實信號之間存在著誤差，這個誤差的存在使得電流在過零點附近檢測到的電流極性與實際極性有可能不同，因而難以準確地確定出過零點的位置。而一旦電流的極性檢測發(fā)生錯誤，就必然產(chǎn)生死區(qū)的誤補償，不但沒有消除死區(qū)對系統(tǒng)的影響，反而使這種影響加重。采用旋轉(zhuǎn)坐標系中死區(qū)補償方法，能根據(jù)三相電流趨勢，從而準確判斷三相電流的正負方向。(3)本發(fā)明打破傳統(tǒng)思維，采用將電流矢量角分為6個扇區(qū)的方法，根據(jù)矢量角所處的扇區(qū)位置直接判斷三相電流的正負方向。圖1為本發(fā)明變頻器單個單元的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為變頻器的三相電流在死區(qū)期間的波形圖。圖3為本發(fā)明的六個扇區(qū)分布示意圖。圖4為本發(fā)明的流程示意圖。圖5為本發(fā)明的PWM指令波形圖。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例圖1為本發(fā)明單個單元內(nèi)部的拓撲結(jié)構(gòu)，其中，信號波和載波U。一起經(jīng)調(diào)制電路后分別輸入到功率開關(guān)器件VI、功率開關(guān)器件V2、功率開關(guān)器件V3及功率開關(guān)器件V4的基極。同時，在功率開關(guān)器件VI的集電極和發(fā)射極之間、功率開關(guān)器件V2的集電極與發(fā)射極之間、功率開關(guān)器件V3的集電極與發(fā)射極之間以及功率開關(guān)器件V4的集電極與發(fā)射極之間分別并聯(lián)有續(xù)流的二極管VD1、二極管VD2、二極管VD3及二極管VD4。所述功率開關(guān)器件VI的發(fā)射極與功率開關(guān)器件V2的集電極的連接點還依次經(jīng)電阻R和電感L后與功率開關(guān)器件V3的發(fā)射極與功率開關(guān)器件V4的集電極的連接點相連接，且二極管VD1的N極與功率開關(guān)器件VI的集電極相連接后與電容C的正極相連接，二極管VD3的N極與功率開關(guān)器件V3的集電極相連接后與電容C的正極相連接；二極管VD2的P極與功率開關(guān)器件V2的發(fā)射極相連接后與電容C的負極相連接，二極管VD4的P極與功率開關(guān)器件V4的發(fā)射極相連接后也與電容C的負極相連接。死區(qū)效應分析由于在死區(qū)時間內(nèi)同一橋臂的上、下器件都處于關(guān)斷狀態(tài)，因而此時該單元的輸出電壓處于失控狀態(tài)，其值決定于該時刻的輸出電流方向。假定在目前的單元級聯(lián)多電平拓撲結(jié)構(gòu)中，ul為連接高一級單元，u2連接低一級單元，則輸出電壓u0=ul_u20設(shè)定圖1所示的電流方向為正，則當i>0和i<0時，指令PWM的實際輸出電壓波形圖2所示。由圖中可知，當i>0時，死區(qū)時間段的輸出為低電平，i<0時，輸出為高電平。具體分析如下圖2中，在tlt2、t3t4這兩段死區(qū)時間內(nèi)，由于上下橋臂的功率開關(guān)器件都處于關(guān)斷狀態(tài)，因此該橋臂的輸出電壓是失控的，能量流向和端子電壓完全由負載電流狀態(tài)決定。在圖1中，如果輸出電流方向為正(如箭頭所示)，則在死區(qū)時間tlt2、t3t4內(nèi)，只有續(xù)流二極管VD2與VD3可提供電流通道，此時ul<0,u2>0，單元輸出電壓u0為負。輸出電壓的波形如圖2中的H所示，可看出這與指令電壓波形相差一個死區(qū)寬度減少而造成的AV。相反如果電流為負值，其輸出電壓的波形將如圖2中的K所示。這與指令電壓波形相差一個死區(qū)寬度增大而造成的AV。本發(fā)明擬采用一種在旋轉(zhuǎn)坐標系中進行死區(qū)補償?shù)姆椒?，其步驟如圖4所示，即主要包括以下步驟(a)啟動變頻器，當變頻器轉(zhuǎn)速達到給定頻率，給定頻率范圍在1HZ60HZ，采集定子電流中的U、V兩相電流值iu和iv。(b)根據(jù)3S/2R變換公式，計算出電流分量id、電流分量、及角度0的數(shù)值。(c)根據(jù)電流分量id和電流分量iq的數(shù)值，計算出電流矢量角9的數(shù)值，根據(jù)矢量角0判斷電流矢量在圓中所處的扇區(qū)。(d)CPU根據(jù)定子電流矢量is所在扇區(qū)，判斷各相電流的正負方向。同時，CPU還根據(jù)各相電流的正負方向得出此時的極性系數(shù)^、乂1、11，其具體內(nèi)容見表一。(e)CPU根據(jù)步驟(d)所獲得的各相電流正負方向，將補償后的如圖5所示的指令波形發(fā)送至變頻器的各處理單元，并還回步驟(a)。其中，CPU根據(jù)所獲取的各相電流正負方向及極性系數(shù)，根據(jù)公式W_out=W_calc+ffidthconst*UK來計算PWM寬度值，并確定相應的補償指令波形。如圖5所示，其中縱坐標上的PWM指令1為電流為負時補償PWM指令，PWM指令25為電流為正時補償PWM指令，PWM指令3為沒有補償時的PUM指令。從以上的闡述中可知，在被測電流信號上疊加的噪聲信號導致了電流極性檢測的偏差，因此若能將此噪聲很好的消除，則電流極性的檢測將是準確的。在變頻器系統(tǒng)中要消除這種采樣噪聲，可以采用濾波的方法，但電流信號為一個交變的近似正弦的信號，單純使用濾波方法將很難達到濾除白噪聲的目的，而且濾波后將會造成相位的滯后，進而嚴重影響到死區(qū)時間的補償效果。我們知道，電機系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作時，三相定子電流的基波分量在同步旋轉(zhuǎn)坐標系中表現(xiàn)為直流分量。如果對此直流分量進行濾波，將不會引起幅值的變化，也不存在相位的滯后。把檢測到的三相電流1、Iv、Iff以電流矢量的形式在空間位置坐標系上表示出來，如圖3所示。假如電流矢量is是同步的標準正弦量，則其在同步坐標系DQ軸上的分量‘、將保持不變，因此將id、iq分別進行濾波后再計算角度3，或者先計算出角度3，再對其進行濾波，就能將高頻信號濾除，從而獲得接近真實的電流矢量。通過三二變換與旋轉(zhuǎn)變換(3S/2R)可以將電流矢量Is變換到以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標系DQ上，從而得到DQ軸上的電流分量id、iq,如下式所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>則角度A=arctani因此可得到電流矢量角e=a+f3。ld，從以上分析中可以知道，對于角度a的初始取值可以是任意的，只要使其在以后的計算中按同步速度旋轉(zhuǎn)即可，但對其初始值應該做一定的規(guī)定，以利于程序的編制。扇區(qū)的劃分采用以下方式，即通過坐標原點，分別做垂直于U相電流的直線ab、垂直于V相電流的直線cd、垂直于W相電流的直線ef，從而將全角度360°分成六個扇區(qū)。其中，第I扇區(qū)角度為30°90°，第II扇區(qū)角度為90°150°，第III扇區(qū)角度為150°210°，第IV扇區(qū)角度為210°270°，第V扇區(qū)角度為270°330°，第VI扇區(qū)角度為330°30°。定子電流正負方向的判定采用以下方式，對于U相電流來說，以直線ab為界，若定子電流矢量is位于U相電流的正向側(cè)(即在直線ab的右側(cè))，則U相電流為正方向；若定子電流矢量is位于U相電流的反向側(cè)(即直線ab的左側(cè))，則U相電流iu為負方向。V相電流和W相電流與此類似，即V相電流以直線cd為界，若定子電流矢量is位于V相電流的正向側(cè)，則V相電流iv為正方向，若定子電流矢量is位于V相電流的反向側(cè)，則V相電流iv為負方向；W相電流以直線ef為界，若定子電流矢量U立于W相電流的正向側(cè)，則W相電流iw為正方向，若定子電流矢量is位于W相電流的反向側(cè)，則W相電流iw為負方向。因此只要判斷出定子電流矢量“在空間坐標系中的矢量角0，就可以分別判斷出各相的電流正負方向，從而確定出具體的死區(qū)補償方向。當定子電流矢量“旋轉(zhuǎn)瞬時位置分別處在六個扇區(qū)里，各相電流極性如下表所示表一<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>如上所述，便可以很好的實現(xiàn)本發(fā)明。權(quán)利要求基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法，其特征在于，主要包括以下步驟(a)啟動變頻器，當變頻器轉(zhuǎn)速達到給定頻率時，采集定子電流中的U、V兩相電流值iu和iV；(b)根據(jù)3S/2R變換公式，計算出電流分量id、電流分量iq及角度β的數(shù)值；(c)根據(jù)電流分量id和電流分量iq的數(shù)值，計算出電流矢量角θ的數(shù)值，并根據(jù)該電流矢量角θ判斷電流矢量在圓周中所處的扇區(qū)；(d)CPU根據(jù)定子電流矢量is所在扇區(qū)，判斷各相電流的正負方向；(e)CPU根據(jù)步驟(d)所獲得的各相電流正負方向，將補償后的指令波形發(fā)送至變頻器的各處理單元，并返回步驟(a)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法，其特征在于步驟(b)中所述的3S/2R變換公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>所述角度3的數(shù)值計算公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，iu為定子電流中U相電流值，iv為定子電流中V相電流值，ia為靜止坐標系下a軸的電流分量，ie為靜止坐標系下0軸時的電流分量，id為旋轉(zhuǎn)坐標系下d軸的電流分量，、為旋轉(zhuǎn)坐標系下q軸的電流分量。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法，其特征在于步驟(c)中所述電流矢量角e的數(shù)值為a。4.根據(jù)權(quán)利要求13任一項所述的基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法，其特征在于步驟(c)和步驟⑷中所述的扇區(qū)是指通過坐標原點，分別做垂直于U相電流的直線ab、垂直于V相電流的直線cd、垂直于W相電流的直線ef，從而將全角度360°分成六個扇區(qū)；其中，第I扇區(qū)角度為30°90°，第II扇區(qū)角度為90°150°，第III扇區(qū)角度為150°210°，第IV扇區(qū)角度為210°270°，第V扇區(qū)角度為270°330°，第VI扇區(qū)角度為330°30°。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法，其特征在于步驟(d)中所述的CPU根據(jù)定子電流矢量“所在扇區(qū)，判斷各相電流的正負方向是指，u相電流以直線ab為界，若定子電流矢量“位于U相電流的正向側(cè)，則相電流iu為正方向，若定子電流矢量is位于U相電流的反向側(cè)，則相電流iu為負方向；V相電流以直線cd為界，若定子電流矢量is位于V相電流的正向側(cè)，則相電流iv為正方向，若定子電流矢量“位于V相電流的反向側(cè)，則相電流‘為負方向；W相電流以直線ef為界，若定子電流矢量“位于W相電流的正向側(cè)，則相電流iw為正方向，若定子電流矢量“位于W相電流的反向側(cè)，則相電流iw為負方向。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法，其特征在于步驟(a)中所述的給定頻率的范圍為1Hz60Hz。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于高壓大功率變頻器的低頻下死區(qū)補償方法，其特征在于，主要包括以下步驟(a)啟動變頻器，當變頻器轉(zhuǎn)速達到給定頻率，給定頻率范圍在1Hz到60Hz，采集定子電流中的U、V兩相電流值iu和iv；(b)根據(jù)3S/2R變換公式，計算出電流分量id、電流分量iq及角度β的數(shù)值；(c)根據(jù)電流分量id和電流分量iq的數(shù)值，計算出電流矢量角θ的數(shù)值，根據(jù)矢量角θ判斷電流矢量在圓中所處的扇區(qū)；(d)CPU根據(jù)定子電流矢量is所在扇區(qū)，判斷各相電流的正負方向；(e)CPU根據(jù)步驟(d)所獲得的各相電流正負方向，將補償后的指令波形發(fā)送至變頻器的各處理單元，并還回步驟(a)。本發(fā)明能減小或消除未補償?shù)妮敵鲭妷旱母叽沃C波含量，能有效的防止電機產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩或更為嚴重的某個特定頻率下的系統(tǒng)振蕩。文檔編號H02P27/08GK101834519SQ20101016812公開日2010年9月15日申請日期2010年5月10日優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日發(fā)明者唐斌,張川,賴成毅,鄭成陽申請人:東方日立(成都)電控設(shè)備有限公司