基于高压大功率变频器的低频下死区补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高压大功率变频器的低频下死区补偿方法，其特征在于，主要包括以下步骤：（ａ）启动变频器，当变频器转速达到给定频率，给定频率范围在１Ｈｚ到６０Ｈｚ，采集定子电流中的Ｕ、Ｖ两相电流值ｉｕ和ｉｖ；（ｂ）根据３Ｓ／２Ｒ变换公式，计算出电流分量ｉｄ、电流分量ｉｑ及角度β的数值；（ｃ）根据电流分量ｉｄ和电流分量ｉｑ的数值，计算出电流矢量角θ的数值，根据矢量角θ判断电流矢量在圆中所处的扇区；（ｄ）ＣＰＵ根据定子电流矢量ｉｓ所在扇区，判断各相电流的正负方向；（ｅ）ＣＰＵ根据步骤（ｄ）所获得的各相电流正负方向，将补偿后的指令波形发送至变频器的各处理单元，并还回步骤（ａ）。本发明专利技术能减小或消除未补偿的输出电压的高次谐波含量，能有效的防止电机产生脉动转矩或更为严重的某个特定频率下的系统振荡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种补偿方法，具体是指一种基于高压大功率变频器的低频下死区补 偿方法。
技术介绍
目前对于通用型的VVVF变频器，电机定子电压的控制大多都以开环方式进行的。 控制器根据一定的方法，输出电机定子电压的期望值，经PWM调制环节调制后输出PWM指 令，然后通过驱动电路连接到系统逆变单元功率开关器件的控制极上，控制逆变单元的输 出电压。如果PWM调制环节和逆变单元都能够按照期望的方式工作的话，则定子电压的这 种开环控制方式可以得到比较理想的控制效果。然而受到系统逆变单元功率器件所固有的 开关时间，饱和压降以及控制器中为防止桥臂直通而人为设置的死区的影响，这样使得加 在IGBT上的PWM指令和实际计算的PWM指令存在偏差，这种偏差影响了系统对电机定子电 压的精确控制，并使电机定子电压的谐波含量增加，幅值相位与目标值偏离，给系统的正常 运行带来不利。在以上提及的3种影响因素中，尤其以死区影响最为严重。在以前的变频器产 品中，由于开关频率较低，死区影响还可以容忍，但随着开关频率的提高，其对电压畸变的 影响也大大提高，尤其在低频段更为严重，甚至会造成电流涌动，如果电机长期运行在低频 下，将缩短电机的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前高压大功率变频器在低频率下因死区的影响而导致 系统电压波形产生畸变的缺陷，提供一种。本专利技术的目的通过下述技术方案实现基于高压大功率变频器的低频下死区补偿 方法，主要包括以下步骤(a)启动变频器，当变频器转速达到给定频率时，采集定子电流中的U、V两相电流 值iu和iv ；其中，该给定频率的范围为1Hz 60Hz。(b)根据3S/2R变换公式，计算出电流分量id、电流分量iq及角度0的数值；(c)根据电流分量id和电流分量iq的数值，计算出电流矢量角e的数值，并根据 该电流矢量角9判断电流矢量在圆周中所处的扇区；(d) CPU根据定子电流矢量“所在扇区，判断各相电流的正负方向；(e)CPU根据步骤(d)所获得的各相电流正负方向，将补偿后的指令波形发送至变 频器的各处理单元，并返回步骤(a)。其中，步骤(b)中所述的3S/2R变换公式为<formula>formula see original document page 3</formula>和<formula>formula see original document page 3</formula> 所述角度3的数值计算公式为夕= arctani其中，iu为定子电流中U相电流值，iv为定子电流中V相电流值，ia为静止坐标 系下a轴的电流分量，ie为静止坐标系下0轴时的电流分量，id为旋转坐标系下d轴的 电流分量，iq为为旋转坐标系下q轴的电流分量。步骤(c)中所述电流矢量角e的数值为a+日，且步骤(c)和步骤(d)中所述的 扇区是指通过坐标原点，分别做垂直于U相电流的直线ab、垂直于V相电流的直线cd、垂 直于W相电流的直线ef，从而将全角度360°分成六个扇区；其中，第I扇区角度为30° 90°，第II扇区角度为90° 150°，第III扇区角度为150° 210°，第IV扇区角度为 210° 270°，第V扇区角度为270° 330°，第VI扇区角度为330° 30°。步骤(d)中所述的CPU根据定子电流矢量“所在扇区，判断各相电流的正负方向 是指，u相电流以直线ab为界，若定子电流矢量is位于U相电流的正向侧，则相电流iu为 正方向，若定子电流矢量is位于U相电流的反向侧，则相电流iu为负方向。V相电流以直 线cd为界，若定子电流矢量is位于V相电流的正向侧，则相电流‘为正方向，若定子电流 矢量is位于V相电流的反向侧，则相电流iv为负方向。W相电流以直线ef为界，若定子电 流矢量is位于W相电流的正向侧，则相电流iw为正方向，若定子电流矢量is位于W相电流 的反向侧，则相电流iw为负方向。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果(1)本专利技术采用借助检测定子各相电流的极性进而分析死区对目标波形造成的正 (负)影响，并根据这个结果在CPU的波形计算程序中加入补偿指令以抵消死区的正(负) 影响，从而减小或消除未补偿的输出电压的高次谐波含量，能有效的防止电机产生脉动转 矩或更为严重的某个特定频率下的系统振荡。(2)本专利技术打破传统思维，采用旋转坐标系中死区补偿方法，如果采用传统的检测 电流过零方式来判断电流正(负)方向，由于电流的检测存在着误差和滞后，使测得的电流 信号与真实信号之间存在着误差，这个误差的存在使得电流在过零点附近检测到的电流极 性与实际极性有可能不同，因而难以准确地确定出过零点的位置。而一旦电流的极性检测 发生错误，就必然产生死区的误补偿，不但没有消除死区对系统的影响，反而使这种影响加 重。采用旋转坐标系中死区补偿方法，能根据三相电流趋势，从而准确判断三相电流的正负 方向。(3)本专利技术打破传统思维，采用将电流矢量角分为6个扇区的方法，根据矢量角所 处的扇区位置直接判断三相电流的正负方向。附图说明图1为本专利技术变频器单个单元的拓扑结构示意图。图2为变频器的三相电流在死区期间的波形图。图3为本专利技术的六个扇区分布示意图。图4为本专利技术的流程示意图。图5为本专利技术的PWM指令波形图。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例图1为本专利技术单个单元内部的拓扑结构，其中，信号波 和载波U。一起经调制电 路后分别输入到功率开关器件VI、功率开关器件V2、功率开关器件V3及功率开关器件V4 的基极。同时，在功率开关器件VI的集电极和发射极之间、功率开关器件V2的集电极与发 射极之间、功率开关器件V3的集电极与发射极之间以及功率开关器件V4的集电极与发射 极之间分别并联有续流的二极管VD1、二极管VD2、二极管VD3及二极管VD4。所述功率开关器件VI的发射极与功率开关器件V2的集电极的连接点还依次经电 阻R和电感L后与功率开关器件V3的发射极与功率开关器件V4的集电极的连接点相连接， 且二极管VD1的N极与功率开关器件VI的集电极相连接后与电容C的正极相连接，二极管 VD3的N极与功率开关器件V3的集电极相连接后与电容C的正极相连接；二极管VD2的P 极与功率开关器件V2的发射极相连接后与电容C的负极相连接，二极管VD4的P极与功率 开关器件V4的发射极相连接后也与电容C的负极相连接。死区效应分析由于在死区时间内同一桥臂的上、下器件都处于关断状态，因而此 时该单元的输出电压处于失控状态，其值决定于该时刻的输出电流方向。假定在目前的单 元级联多电平拓扑结构中，ul为连接高一级单元，u2连接低一级单元，则输出电压u0 = ul_u20设定图1所示的电流方向为正，则当i > 0和i < 0时，指令PWM的实际输出电压 波形图2所示。由图中可知，当i > 0时，死区时间段的输出为低电平，i < 0时，输出为高 电平。具体分析如下图2中，在tl t2、t3 t4这两段死区时间内，由于上下桥臂的功率开关器件都 处于关断状态，因此该桥臂的输出电压是失控的，能量流向和端子电压完全由负载电流状 态决定。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于高压大功率变频器的低频下死区补偿方法，其特征在于，主要包括以下步骤：（ａ）启动变频器，当变频器转速达到给定频率时，采集定子电流中的Ｕ、Ｖ两相电流值ｉ↓［ｕ］和ｉ↓［Ｖ］；（ｂ）根据３Ｓ／２Ｒ变换公式，计算出电流分量ｉ↓［ｄ］、电流分量ｉ↓［ｑ］及角度β的数值；（ｃ）根据电流分量ｉ↓［ｄ］和电流分量ｉ↓［ｑ］的数值，计算出电流矢量角θ的数值，并根据该电流矢量角θ判断电流矢量在圆周中所处的扇区；（ｄ）ＣＰＵ根据定子电流矢量ｉ↓［ｓ］所在扇区，判断各相电流的正负方向；（ｅ）ＣＰＵ根据步骤（ｄ）所获得的各相电流正负方向，将补偿后的指令波形发送至变频器的各处理单元，并返回步骤（ａ）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赖成毅，郑成阳，张川，唐斌，
申请(专利权)人：东方日立成都电控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]