專利名稱：一種用于電壓源逆變器的死區(qū)補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓源逆變器的死區(qū)補償方法。
背景技術(shù)：
三相電壓源逆變器(VSI)同一橋臂上下管開通信號是互補的，為了防止直通，必 須人為在功率管開關(guān)動作期間插入一段死區(qū)時間。它的累積效應(yīng)導(dǎo)致電機相電壓和相電流 畸變、零電流箝位效應(yīng)以及轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動，系統(tǒng)性能降低錯誤I未找到引用源。。因此為 提高系統(tǒng)性能，對電壓源逆變器(vsi)死區(qū)進行研究是非常必要的。死區(qū)精確補償一般需 兩個條件誤差電壓AV和電流方向正確估算。誤差電壓求取是基于平均誤差理論，在一個 周期內(nèi)求出電壓源逆變器(VSI)理想輸出電壓和實際輸出電壓平均差值，然后根據(jù)各相電 流極性將其加到指令電壓中進行補償。電流極性檢測是主要問題，因為電流極性檢測不準(zhǔn) 會使補償電壓成為擾動電壓。低頻時，由于PWM噪聲、零電流箝位現(xiàn)象、電流穿越零點的速 度以及穿越時的徘徊等，精確檢測電流穿越零點非常困難。申請?zhí)枮?0122378的專利《變頻器的死區(qū)補償方法》，在空間電壓矢量定向的旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中求出兩軸電流，低通濾波后求出合成電流矢量的矢量角，然后以此確定三相相 電流極性，但是由于使用低通濾波器該方法會帶來電流矢量角估算滯后的問題，同時在低 頻時很難保證電流矢量角估算精度，且該方法比較復(fù)雜占用了大量的CPU資源。申請?zhí)枮?200610144322的專利《一種空間矢量脈寬調(diào)制輸出的死區(qū)補償方法》根據(jù)相電流極性在 SVPWM調(diào)制策略的每個扇區(qū)補償PWM脈寬，該方法存在電流極性檢測的問題，同時由于是根 據(jù)相電流極性對每個扇區(qū)的PWM脈寬進行補償，共有36種補償情況，因此比較復(fù)雜，且占用 了大量的CPU資源。申請?zhí)枮?1144167的專利《一種用于脈寬調(diào)制型變頻電源中死區(qū)補償 的方法》依賴硬件電路檢測出相電壓在死區(qū)時間內(nèi)的正負(fù)，得到準(zhǔn)確的死區(qū)補償方向，但是 該方法對電壓采樣電路的隔離要求高，設(shè)計時對系統(tǒng)的抗干擾性、強弱電隔離要求很高。這 些方法實現(xiàn)過程都較復(fù)雜，或者占用CPU較多的資源，或者依賴比較復(fù)雜的硬件電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有死區(qū)補償技術(shù)中依賴電流極性檢測或耗用大量CPU資 源帶來的弊端，提出一種用于電壓源逆變器(VSI)的死區(qū)補償方法，本發(fā)明可在傳統(tǒng)的 SVPWM調(diào)制策略基礎(chǔ)上，不用額外的硬件檢測電路，也無需復(fù)雜的算法，更不用浪費有限的 CPU資源，只需用簡單的公式，通過幾條指令就能獲得較好的死區(qū)補償效果，且能有效抑制 零電流箝位效應(yīng)。本發(fā)明用于電壓源逆變器的死區(qū)補償方法采用以下技術(shù)方案電壓源逆變器實際死區(qū)時間是人為設(shè)定死區(qū)時間和電壓源逆變器非線性特性等 效的死區(qū)時間之和，用Td表示。電壓源逆變器實際死區(qū)時間可以通過離線測量獲得，也可 以通過在線估算得到。本發(fā)明在傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制策略的基礎(chǔ)上，根據(jù)兩個非零基電壓矢量在一個PWM周期Ts內(nèi)作用時間、、t2和電壓源逆變器實際死區(qū)時間Td進行死區(qū)的時間補償。該死區(qū)補 償時間t。。ml、t。。m2同時對兩個非零基電壓矢量作用時間、、t2進行補償。
所述的兩個死區(qū)補償時間t。。ml、t。。m2為所述的兩個死區(qū)補償時間t。。ml、t。。m2分別加到兩個非零基電壓矢量作用時間、、t2 上，得到兩個非零基電壓矢量新的作用時間tn、t22。由所述的兩個非零基電壓矢量新的作用時間tn、t22繼續(xù)進行SVPWM調(diào)制策略的 運算，生成所需要的PWM脈沖，最終實現(xiàn)死區(qū)補償和零電流箝位效應(yīng)抑制。本發(fā)明用于電壓源逆變器的死區(qū)補償方法的操作步驟如下(1)通過離線測試或在線觀測的方法獲得電壓源逆變器的死區(qū)時間Td。(2)根據(jù)傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制策略的運算方法，由兩相靜止坐標(biāo)下的兩軸電壓ua、ue， 求得其合成電壓矢量所在的扇區(qū)，以及計算出和該電壓矢量Vref在一個PWM周期Ts內(nèi) 作用效果等效的該扇區(qū)的兩個非零基電壓矢量的作用時間、、、。(3)根據(jù)所求得的兩個非零基電壓矢量作用時間、、t2，以及電壓源逆變器實際死 區(qū)時間Td，按照式(1)求得死區(qū)補償時間t。。ml、t。。m2
⑷按式⑵將求得的死區(qū)補償時間t。。ml、t。。m2分別和兩個非零基電壓矢量作用時
間、、、相加，求得該扇區(qū)內(nèi)兩非零基電壓矢量新的作用時間tn、t22。 (5)將兩非零基電壓矢量新的作用時間tn、t22繼續(xù)進行SVPWM調(diào)制策略的運算， 最終得到PWM脈沖。本發(fā)明的主要原理如下零電流箝位效應(yīng)產(chǎn)生的一個主要原因是電壓源逆變器在以低的電頻率運行的情 況下，在某相電流接近零時，由于電壓源逆變器的死區(qū)原因?qū)е略谝粋€PWM周期內(nèi)的兩個 非零基電壓矢量作用時間均小于2倍死區(qū)時間，從而使得這兩個非零基電壓矢量在該周期 內(nèi)實際作用效果為零，也就導(dǎo)致實際加在該相上的相電壓等于該相反電動勢，最終使得該 相電流一直為零。只有當(dāng)這兩個非零基電壓矢量中一個在一個PWM周期內(nèi)作用時間大于兩 倍的死區(qū)時間才能重新在該相上建立有效的相電壓，才能使該相電流退出零箝位區(qū)。因此 為最大限度減少兩基電壓矢量作用時間同時小于2倍死區(qū)時間的次數(shù)，本發(fā)明對電壓源逆 變器的死區(qū)的時間進行補償，同時也實現(xiàn)了抑制零電流箝位效應(yīng)的目的。


圖1電壓源逆變器帶永磁同步電機作為負(fù)載時的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意4
圖2本發(fā)明死區(qū)補償方法原理圖；圖3SVPWM調(diào)制策略示意圖；圖4a未進行死區(qū)補償?shù)南嚯娏鞑ㄐ?；圖4b電流頻譜；圖5a使用本發(fā)明方法的相電流波形；圖5b電流頻譜。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。以電壓源逆變器供電的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)為例，說明本發(fā)明的死區(qū)補償 方法，圖1是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該電壓源逆變器由功率模塊、電流傳感器以 及DSP控制器等部件組成。圖1中電壓源逆變器的功率模塊是英飛凌FF600R06ME3 ；永磁 同步電機參數(shù)額定功率為20kW，額定轉(zhuǎn)速是2500rpm，極對數(shù)為3，定子相電阻是26πιΩ，d 軸電感為0. 52mH，q軸電感是1. 02mH，永磁磁鏈為0. 129Wb。安裝在電機上的轉(zhuǎn)子位置檢測 裝置檢測電機轉(zhuǎn)子位置。實驗中設(shè)定母線電壓330V，電機轉(zhuǎn)速300rpm，負(fù)載為10Nm，人為設(shè) 定死區(qū)時間3. 2 μ s，實際測得死區(qū)時間為3. 84 μ S。(1)第一步，如圖1所示，將電流傳感器采集的電流信號和轉(zhuǎn)子位置檢測裝置獲得 的轉(zhuǎn)子位置信號送給DSP控制器，DSP控制器根據(jù)電流信號在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下計算出d-q 軸指令電壓ud、iv然后將該指令電壓反PARK變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下α-β軸電壓ua、 U0，如圖2所示。(2)第二步，將α-β軸電壓Ua、Ue送入SVPWM調(diào)制策略中進行運算，首先合成電 壓矢量v,ef。假設(shè)該電壓矢量Vref位于第三扇區(qū)，如圖3所示。根據(jù)式(1)，在第三扇區(qū)用兩
個非零基電壓矢量V4iltltl)、V6aic0在一個PWM周期Ts內(nèi)作用時間、、t2來等效Vref作用-PWM周期Ts。根據(jù)式⑵求出V4acic0、V6mc0在該PWM周期Ts內(nèi)作用時間、、t2。
(3)第三步，按照圖2所示的算法原理，根據(jù)求得的基電壓矢量V4(1QQ)、V6_在-個PWM周期Ts內(nèi)作用時間、、t2，按式(3)求得死區(qū)補償時間t。。ml、t。。m2。 式中Td為電壓源逆變器的死區(qū)時間。(4)第四步，由式(4)求得基電壓矢量V4_、V6_在該PWM周期Ts內(nèi)新的作用時
間 til、^22。
(5)第五步，由求得的新的時間tn、t22繼續(xù)參與SVPWM調(diào)制策略的運算，根據(jù)式 (5)計算出電壓源逆變器的上橋臂的各個功率器件開通的起始時間，將其賦給DSP控制器 中的COMPARE比較器，生成6路PWM脈沖。
式中t_、tbon, t。。n分別對應(yīng)電壓源逆變器的上橋臂的三個功率器件先后開通的 起始時間。合成的電壓矢量在其它扇區(qū)仍然采用同樣的方法實現(xiàn)死區(qū)時間補償，如圖2所示 ο圖5所示為根據(jù)上述步驟得出的實驗結(jié)果。圖4a是沒有進行死區(qū)補償?shù)南嚯娏?波形、圖4b是其電流頻譜，圖5a是采用本發(fā)明后的相電流波形、圖5b是電流頻譜，比較圖 4和圖5，發(fā)現(xiàn)電流波形正弦度明顯改善，總諧波畸變率從8. 2541 %降到3. 2921%，零電流 箝位效應(yīng)得到了抑制。由此，本發(fā)明有效地抑制了零電流箝位效應(yīng)，顯著地改善了相電流波形的正弦度， 極大地削弱了低頻電流諧波，明顯地提高了系統(tǒng)低速運行性能。
權(quán)利要求
一種用于電壓源逆變器的死區(qū)補償方法，其特征在于，所述的補償辦法是在傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制策略的基礎(chǔ)上，根據(jù)兩個非零基電壓矢量在一個PWM周期Ts內(nèi)作用時間t1、t2和電壓源逆變器實際死區(qū)時間Td進行死區(qū)的時間補償；該死區(qū)補償時間tcom1、tcom2同時對兩個非零基電壓矢量作用時間t1、t2進行補償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源逆變器的死區(qū)補償方法，其特征在于， 所述的兩個死區(qū)補償時間 —、為 將所述的兩個死區(qū)補償時間t。。ml、t。。m2分別和兩個非零基電壓矢量作用時間、、t2相 加，求得兩個非零基電壓矢量在該PWM周期內(nèi)新的作用時間tn、t22 將所述的兩個非零基電壓矢量新的作用時間tn、t22繼續(xù)進行SVPWM調(diào)制策略的運算， 生成所需要的PWM脈沖，最終實現(xiàn)死區(qū)補償和零電流箝位效應(yīng)抑制。
全文摘要
一種用于電壓源逆變器的死區(qū)補償方法，在傳統(tǒng)SVPWM調(diào)制策略的基礎(chǔ)上，根據(jù)兩個非零基電壓矢量在一個PWM周期Ts內(nèi)作用時間t1、t2和電壓源逆變器實際死區(qū)時間Td進行死區(qū)的時間補償。將所述的兩個死區(qū)補償時間tcom1、tcom2分別和兩個非零基電壓矢量作用時間t1、t2相加，求得兩個非零基電壓矢量在該PWM周期Ts內(nèi)新的作用時間t11、t22，將所述的兩個非零基電壓矢量新的作用時間t11、t22繼續(xù)進行SVPWM調(diào)制策略的運算，生成所需要的PWM脈沖，最終實現(xiàn)死區(qū)補償和零電流箝位效應(yīng)抑制。
文檔編號H02P27/08GK101917158SQ20101020042
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者周華偉, 張劍, 溫旭輝, 趙峰, 郭新華 申請人:中國科學(xué)院電工研究所