[發明專利]變頻器中FPGA實現平滑窄脈沖的補償方法

無效

• 申請號: 201110005678.5
• 申請日: 2011-01-12
• 公開（公告）號: CN102118103A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 常東來;祖芳;李弓祥
• 申請（專利權）人: 中電電氣集團有限公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02P27/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種窄脈沖補償方法，具體說是一種變頻器中FPGA實現平滑窄脈沖的補償方法。

背景技術

本發明涉及一種在中壓、大功率的變頻器傳動系統中，因電力電子開關器件驅動波形存在窄脈沖，尤其在低頻時，即開通驅動信號還未使器件完全導通時，關斷驅動信號又使其斷開，這樣開關功率器件就工作在放大區，未進入飽和工作區，造成開關損耗增加，導致器件發熱，而又不能輸出有效電平，影響器件壽命的同時，引進干擾，造成對反向二極管的較大沖擊，導致輸出線電壓的總諧波失真(THD)增加，增加線電壓負序分量，導致電動機的運行性能變差。

為了避免以上問題的發生，目前常用的解決措施，是直接刪除窄脈沖。直接刪除窄脈沖后如不進行補償，在低頻時會導致輸出波形嚴重畸變，輸出起動轉矩降低，電壓諧波增加，三相電壓不平衡，出現偶次諧波等問題，這些問題將嚴重影響了系統的運行性能，降低系統的效率。

發明內容

發明目的：本發明要解決的技術問題是，提供一種確保每個驅動波形都能使絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)輸出有效波形，并且使實際輸出波形與參考值保持一致，保證電機轉矩的平滑。

一種變頻器中FPGA實現平滑窄脈沖的補償方法，它包括如下步驟：

(1)在FPGA內部，判斷輸入調制波的值是否是窄脈沖：如果輸入調制波不是窄脈沖，則轉入步驟105，FPGA輸出PWM波形；如果輸入調制波是窄脈沖，則轉入步驟102，FPGA把該輸入調制波的值保存到窄脈沖寄存器中，當前不產生PWM波形；

(2)再次輸入調制波，轉入到步驟101，重新判斷該輸入調制波的值是否是窄脈沖：如果不是，轉入步驟105，FPGA輸出PWM波形；且輸出調制波的值為輸入調制波的值與窄脈沖寄存器內的值之和，窄脈沖寄存器清零；

如果輸入調制波為窄脈沖，則轉入步驟102，輸入調制波累加到窄脈沖寄存器中；然后轉入步驟103，判斷窄脈沖寄存器中的累加值之和是否大于等于窄脈沖上限值：如果累加值之和大于等于窄脈沖上限值，則轉入步驟104，即FPGA輸出寬度為窄脈沖上限值的PWM波形；窄脈沖寄存器內的剩余值為窄脈沖寄存器累加值之和減去窄脈沖上限值；

如果FPGA當前輸入調制波為窄脈沖，且與窄脈沖寄存器的累加值之和小于窄脈沖上限值時，則把當前輸入調制波值累加到窄脈沖寄存器中，此時輸出調制波為零，FPGA不輸出PWM波。

其中，步驟(1)中，如果輸入調制波大于或等于窄脈沖上限值，則不是窄脈沖；如果輸入調制波小于窄脈沖上限值，則為窄脈沖。

其中，所述的窄脈沖上限值為3us。

在FPGA(現場可編程邏輯門陣列)中，由調制波和載波比較產生一系列PWM脈沖波(脈沖寬度調制波)，FPGA對輸出的PWM脈沖波進行判斷，對相應的窄脈沖進行恰當的處理。當FPGA判斷出不是窄脈沖時，則直接輸出當前的波形，當FPGA判斷出是窄脈沖時，則暫不輸出當前的值，保存當前窄脈沖的值，當FPGA保存的窄脈沖寄存器的值與當前輸入調制波的和，到能使功率器件有效導通時，FPGA輸出此值，產生相應的PWM波形。但是為了輸出較平滑的SPWM波形，輸出PWM寬度要做適當的處理，在保證使功率器件有效導通的同時，為確保電機電流波形的平滑，不能使輸出的PWM波形突然變寬，要對累加值的大小，在輸出時進行一定的限制，此限制值的大小即為窄脈沖上限值。

有益效果：1、在FPGA控制器內部，對產生的窄脈沖進行適當的累加，然后根據有效脈沖的要求，輸出最小有效脈沖的驅動信號，這樣正弦波的交越處波形更平滑，器件的導通次數有效減少，器件發熱減少，且輸出波形的諧波含量減小，系統性能得到明顯的提高。2、采取這種窄脈沖補償措施，不需要額外的硬件電路，就能保證在正弦波出現窄脈沖處輸出平滑的波形，有效的減少功率器件的開關頻率，減少器件的發熱，減少系統的諧波含量，增大器件的有效輸出電平，提高整個系統的效率，系統運行性能得到明顯的提高。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖。

圖2為現有變頻器輸出的相電壓和相電流。

圖3為使用本發明的方法變頻器輸出的相電壓和相電流。

圖4為現有變頻器輸出的局部放大的相電壓和相電流。

圖5使用本發明的方法變頻器輸出局部放大的相電壓和相電流。

具體實施方式：

下面結合附圖對本實用新型做更進一步的解釋。

如圖1所示，本發明的變頻器中FPGA實現平滑窄脈沖的補償方法包括如下步驟：