[發明專利]一種變頻器死區補償方法及補償系統

有效

• 申請號: 201610018965.2
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105576993B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 劉春龍;黃洪劍
• 申請（專利權）人: 永大電梯設備（中國）有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 劉常寶

本發明公開了一種變頻器死區補償方法及補償系統，涉及電機控制技術領域。本方案基于硬件死區補償方法的基礎上，對硬件脈寬檢測誤差進行軟件修正，從而大幅改進小電流條件下的輸出電壓失真問題，能夠以極高的精度檢測死區時間引起的輸出電壓誤差，并能精確地進行死區補償，極大的減小輸出電壓失真，抑制輸出電流諧波畸變。

技術領域

本發明涉及電機控制領域，具體涉及一種變頻器死區補償技術。

背景技術

電壓源型變頻器的輸出端一般采用每相具有上、下兩個互補動作的功率半導體開關的橋式電路，輸出電壓采用PWM方式，按照時間電壓面積等效原則，通過控制調制比較值改變占空比來調節輸出電壓。

為了防止上、下兩個功率半導體之間出現“橋臂直通”現象，一般會在橋臂的驅動信號中插入一段“死區時間”，在該段時間之內，上、下兩個功率半導體開關器件均處于可靠關斷狀態。

死區時間的插入導致“死區效應”，在輸出電壓層面，主要表現為：輸出電壓脈寬偏差和脈沖邊沿非線性。

死區時間內一相橋臂的上、下兩個開關器件均處于關斷狀態，實際的輸出電壓將由續流電流和續流回路決定。以圖1為例，當輸出電流iu>0時，實際的輸出電壓與理想電壓之間的脈寬偏差為-(td+ton-toff)，當輸出電流iu<0時，實際的輸出電壓與理想電壓之間的脈寬偏差為(td+ton-toff)，其中，td為死區時間，ton為開通延遲，toff為關斷延遲。

在死區時間以內，輸出脈沖電壓的邊沿變化由續流電流對功率半導體的輸出極間電容Cce1和Cce2充放電情況決定。當續流電流較大時，這一充放電過程非常迅速，小于死區時間，因此死區時間內的電壓邊沿變化實際上是線性的。臨界的，當續流電流小到某一閾值時，這一充放電過程剛好在完整的死區時間內完成，如圖2中(a)和(e)所示。當電流小于該閾值而非零時，在死區時間以內，續流電流無法通過將功率半導體的輸出極間電容Cce1和Cce2充放電完全而達到另一穩定電平狀態，而是在死區時間結束后由另一開關管的開通而使得輸出電壓強迫變化至另一穩定電平狀態，如圖2中(b)和(d)所示，此時輸出電壓的邊沿出現非線性畸變。當電流達到零時，上述續流充電過程將不存在，輸出電壓依靠互補開關管的開通進行改變，不考慮ton和toff的差別，理論上輸出電壓中將不存在死區影響。

由于上述輸出電壓中存在的脈寬偏差和邊沿非線性畸變引起的輸出電壓偏差，會導致變頻器的輸出電流存在諧波畸變，所帶電機負載中將出現諧波轉矩，影響控制性能，因此為提高控制性能，必須對死區效應進行補償。

通常死區效應補償主要采取兩種方式：軟件死區補償和硬件死區補償。

軟件死區補償是通過構造一系列的電流條件獲取輸出電壓偏差和輸出電流之間的對應關系曲線，再根據實際的輸出電流或推算的預測電流大小和符號，將上述習得的電壓偏差補償到輸出指令占空比當中，使得實際的輸出電壓接近于理想的輸出電壓。這種方法計算簡單，不需要額外的輸出電壓硬件檢測電路，且可以通盤補償各種硬件層面原因導致的電壓失真，在輸出電流較大情況下補償效果尚可。但是，輸出電壓偏差補償是基于輸出電流，當電流較小或者出現零電流箝位時無法準確補償，電流過零點附近仍存在嚴重畸變。

硬件死區補償是使用硬件電路采樣輸出電壓的脈沖寬度，與指令脈寬進行對比，得到脈寬誤差，從而在輸出指令上進行脈沖寬度補償。其輸出電壓脈沖寬度檢測一般是利用輸出電壓與一個固定電位、或根據電流可改變的兩個電位、或兩級固定電位進行比較生成方波反饋信號，根據時間電壓面積等效原則，當實際輸出電壓脈沖的邊沿為線性時，這種方法的檢測精度極高。但是當輸出電壓邊沿存在非線性畸變時，這種檢測方法自身存在檢測偏差，這一偏差主要出現在輸出電流較小的范圍內，使得硬件補償方式下，電流過零點附近仍存在嚴重畸變。

因此，如何開發一種可解決現有技術問題的死區補償方案為本領域迫切需要解決的問題。

發明內容