[實用新型]感應電機控制系統的方波畸變補償裝置

有效

• 申請號: 201520282016.6
• 申請日: 2015-05-05
• 公開（公告）號: CN204947952U
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 王明玉;金泉;廖江敏;吳曉壯;林日升
• 申請（專利權）人: 威海人合機電股份有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P27/06;H02J3/01
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 宋立國

技術領域

本實用新型涉及感應電機控制系統技術領域，詳細講是一種對邊沿斜率畸變引起的難以量化的誤差電壓進行補償，改善了濾波后相位滯后現象，電流極性判斷精準，系統方波畸變補償效果佳，交流感應電機控制系統的整體性能好的感應電機控制系統的方波畸變補償裝置。

背景技術

我們知道，在科技高速發展的今天，交流感應電機(ACIM)的控制理論日趨成熟，但由于在建立控制算法的過程中對逆變器和信號調理環節的特性進行了理想化，因而往往不能直接在實際系統中得到預期的效果。造成這種障礙的基礎性問題是逆變器的方波輸出畸變，方波輸出畸變問題是電壓源型逆變器(VSI)的共性問題，其不但削弱了電機控制系統性能，也限制了先進控制算法的優越性。如圖1所示，為了防止上、下橋同時開通，需要在理想PWM信號中加入死區時間；為了保證VSI中并聯的多個開關器件可以被安全、可靠地驅動，往往需要加入信號放大器件、信號隔離器件等。圖中電平轉換、隔離、高低端驅動、推挽等電路環節構成了PWM方波信號的傳遞環節。這些類似的方波信號調理環節都不可避免地使VSI輸出的方波產生畸變，PWM方波畸變的形式主要有四種：幅值畸變、相位畸變、占空比畸變、邊沿斜率畸變。造成PWM方波畸變的主要因素有：

(1)在PWM信號中加入死區時間；

(2)傳遞環節開啟/關斷延遲；

(3)傳遞環節開啟/關斷特性不一致；

(4)電壓源型逆變器的開啟/關斷延遲；

(5)電壓源型逆變器的開啟/關斷特性不一致；

(6)電壓源型逆變器的正向導通壓降和二極管壓降；

(7)功率開關器件的寄生電容。

上述這些因素與PWM方波畸變的因果關系如圖2。

如圖3所示，由于在理想PWM信號中加入死區時間，波形由理想的互補方波PWM^#1變為PWM^#2；PWM^#2信號經過方波信號調理環節后輸入給VSI，輸出波形為PWM^#3,，這個信號直接驅動VSI的開關器件。

U^Ideal在圖中作為參考波形，由PWM^#1產生，它的作用效果等同于算法中的目標相電壓U^*。U^Actual是VSI輸出端的實際波形。與PWM^#3波形相比，由于開關器件的開啟/關斷延遲，U^Actual產生了占空比的變化。同時，U^Actual的幅值也受到正向導通壓降U_SAT和二極管壓降U_D的影響。ΔU表示理想輸出電壓U^Ideal與實際輸出電壓U^Actual之間的差值。利用圖3就可以對幅值畸變、相位畸變、占空比畸變的影響進行量化。

相位畸變對系統幾乎沒有影響，幅值畸變和占空比畸變則使實際輸出的相電壓與理想相電壓之間出現難以忽略的誤差，該電壓誤差使控制系統關鍵指標下降，降低整體性能。由幅值畸變和占空比畸變造成的電壓誤差比較容易進行量化，利用PWM的平均值原理就可以計算出每個周期造成的誤差電壓大小。

對圖3的方波畸變過程進行詳細分析后，可以推導出U相的誤差電壓表達式(V相和W相形式相同)：

ΔU_U＝U_pri·sgn(i_U)+U_sub(a)

其中，