CN102237848B - 变频器中的输出电流失真补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变频器中的输出电流失真补偿装置，所述变频器包括变频器控制器，所述变频器控制器生成用于控制PWM电压发生器的PWM信号，其中，所述变频器控制器包括：第一死区时间补偿电压发生器，其基于所述变频器中的各相的输出电流极性来生成补偿电压；以及第二死区时间补偿电压发生器，其基于所述变频器中的各相的输出电流波形来生成补偿电压，并且其中，由所述第一死区时间补偿电压发生器输出的第一死区时间补偿电压和由所述第二死区时间补偿电压发生器输出的第二死区时间补偿电压相加以生成最终的死区时间补偿电压，从而防止电流显著波动的振荡现象的发生。
Description
技术领域
本公开涉及一种变频器中的输出电流失真补偿装置，更特别地涉及这样一种变频器中的输出电流失真补偿装置：所述装置被配置为通过生成附加补偿电压来防止变频器中的输出电流失真，以便处理由死区时间(dead time)补偿电压的误差引起的输出电流的失真现象。
背景技术
用于电动机驱动的变频器可以用于各种用途。用于驱动电动机的变频器的示例可以包括工业制造设施、建筑用空调器和升降机。常规的三相变频器接收三相(R，S，T)的电力以向电动机输出三相输出：U相、V相和W相，其中，诸如IGBT(绝缘栅型双极晶体管)的两个开关元件(基于电流极性分成a+相开关元件和a-相开关元件)形成在各相处以便控制电动机的速度和电流，并且通过响应于输入的PWM(脉宽调制)控制信号而接通或断开相关的开关元件来输出期望的电流或电压。
此时，如果处于同一相的a+相开关元件和a-相开关元件被接通，则大于超过开关元件的额定电流的阈值电流的电流流动以断开开关元件，并且为了保护开关元件免受损坏，向控制开关元件的PWM控制信号插入死区时间以便保护开关元件。
然而，常规方法的缺点在于，实际的死区时间电压是通过功率开关元件的ON/OFF特性来改变的，并且死区时间补偿电压响应于由检流器检测到的噪声而产生误差，其中，所述误差反过来对施加到电动机上的电压产生失真，引起了电流显著波动的振荡(hunting)现象的发生。
发明内容
本公开旨在解决上述缺点和/或问题，并且本公开的目的在于提供一种变频器中的输出电流失真补偿装置，所述装置被配置为：如果由于由死区时间补偿电压的误差而失真的变频器输出电流在变频器中产生振动，则通过响应于失真的变频器输出电流生成附加死区时间补偿电压来输出稳定的变频器PWM控制信号。
本公开待解决的技术问题不限制于上述说明，并且本领域技术人员将通过下面的说明来清晰地理解迄今为止没有提到的任何其它技术问题。
本发明的目的在于整体或部分地解决上述问题和/或缺点中的一个或多个并且至少提供下文描述的优点。为了至少整体或部分地实现上述目的，并且根据本发明的目的，如所实施并扩大性描述的，并且在本发明的一个总体方案中，提供了一种变频器中的输出电流失真补偿装置，所述变频器包括变频器控制器，所述变频器控制器生成用于控制PWM电压发生器的PWM信号，其中，所述变频器控制器包括：第一死区时间补偿电压发生器，其基于所述变频器中的各相的输出电流极性来生成补偿电压；以及第二死区时间补偿电压发生器，其基于所述变频器中的各相的输出电流波形来生成补偿电压，并且其中，由所述第一死区时间补偿电压发生器输出的第一死区时间补偿电压和由所述第二死区时间补偿电压发生器输出的第二死区时间补偿电压相加以生成最终的死区时间补偿电压。
优选地，所述第二死区时间补偿电压发生器包括：累积电流计算单元，其计算相对于所述变频器中的各相的输出电流的一个周期的积分值；以及第二死区时间补偿电压发生器，其基于由所述累积电流计算单元计算出的所述一个周期的积分值来生成第二死区时间补偿电压。
优选地，所述第二死区时间补偿电压dVa2，dVb2，dVc2中的每一个是通过将附加补偿增益-K乘以相对于所述变频器中的各相的输出电流的所述一个周期的积分值(正或负)生成的。
优选地，如果各相的输出电流波形倾向于正向，则所述第二死区时间补偿电压dVa2，dVb2，dVc2中的每一个是通过将附加补偿增益-K乘以具有正值的所述一个周期的积分值生成的。
优选地，如果各相的输出电流波形倾向于负向，则所述第二死区时间补偿电压dVa2，dVb2，dVc2中的每一个是通过将附加补偿增益-K乘以具有负值的所述一个周期的积分值生成的。
根据本公开的变频器中的输出电流失真补偿装置具有的有益效果在于：由功率开关元件的ON/OFF特性和由检流器检测到的噪声所产生的死区时间补偿误差被减小以减小施加到电动机上的电压的失衡，从而防止电流显著波动的振荡现象的发生。
附图说明
本公开的教导能够通过考虑结合附图的下列详细描述而被容易地理解，其中：
图1为图示了变频器中的输出电流失真补偿装置的方框图；
图2为图示了根据本公开的示例性实施例的变频器中的输出电流失真补偿装置的方框图；以及
图3为图示了根据本公开的通过一个周期的累积电流值的第二死区时间补偿电压的方法的波形图。
具体实施方式
此处示出的细节仅是为了举例说明且用于本公开的实施例的解释性说明的目的，并且是为了提供期望对本公开的原理和总体方案进行最有用且容易理解的描述而提出的。
在这一点上，没有尝试更详细地示出大于本公开的基本理解所需的本公开的结构细节，并且结合附图的描述，对于本领域技术人员而言可以如何实际上实施本公开的多种形式是显而易见的。
本公开不限于其应用于下列描述中阐述的以及附图中图示的构造的细节和部件的布置。本公开能够是其它实施例并且能够以各种方式实施或实现。而且，此处所使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应当视为限制。此处的“包括着”、“包括有”，或者“具有着”、“含有”、“带有”及其变体意味着包含其后所罗列的项及其等同布局以及其它项。
在下面的描述中，阐述了多个具体的细节以便提供对实施例的全面理解。然而，相关技术领域技术人员应当意识到的是，此处所描述的技术可以在不使用一个或多个细节的情况下实施，或者利用其它方法、部件、材料等来实施。在其它情况下，公知的结构、材料或操作未被示出或详细地描述以避免使得某些方案不清楚。
在附图中，可以为了清晰而放大示出层和区域的尺寸和相对尺寸。全文中相同的标记指代相同的元件，并且将省略彼此重复的说明。
现在，将在下文中与附图一起对根据本公开的变频器中的输出电流失真补偿装置的示例性实施例进行详细的说明。
图1为图示了变频器中的输出电流失真补偿装置的方框图。
参考图1，变频器中的输出电流失真补偿装置包括：整流器2，其从三相电源1接收电力并且将三相交流电(AC)转换为直流电(DC)；DC平滑滤波器3，其对经整流的电压进行平滑滤波；PWM(脉宽调制)电压发生器4，其利用功率开关元件根据PWM信号发生器140的PWM生成信号来生成PWM电压；电动机5，其利用PWM生成电压来产生转动力；相电压指令单元110，其利用频率和电压指令来作出各相的PWM输出电压指令Va*，Vb*，Vc*；检流器6，其检测电动机的电流Ia，Ib，Ic；电流极性鉴别器120，其利用检测到的电流来鉴别各电流的极性；以及死区时间补偿电压发生器130，其利用电流极性来生成死区时间补偿电压dVa，dVb，dVc。
也就是说，生成PWM控制信号的变频器控制器100通过增加基于变频器的输出电流的极性的死区时间补偿电压来输出PWM控制信号，以减小死区时间的影响。
利用频率指令和预定的V/F比，相电压指令单元110相对于当前的频率指令作出各相电压的指令Va*，Vb*，Vc*。
电流极性鉴别器120通过由检流器6获得的电流Ia，Ib，Ic来鉴别各电流的极性，并且如果电流的极性为+则输出+1，而如果电流的极性为-则输出-1。
死区时间补偿电压发生器130利用电流极性鉴别器120的输出来生成死区时间补偿电压dVa，dVb，dVc。死区时间补偿电压的计算为：使得死区时间补偿电压发生器130对应于电流极性为+的死区时间来生成电压+dV，并且对应于电流极性为-的死区时间来生成电压-dV。
现在，将对根据本公开的示例性实施例的变频器中的输出电流失真补偿装置进行详细的描述。
图2为图示了根据本公开的示例性实施例的变频器中的输出电流失真补偿装置的方框图。
参考图2，根据本公开的示例性实施例的变频器中的输出电流失真补偿装置包括：整流器2，其从三相电源1接收电力并且将三相交流电(AC)转换为直流电(DC)；DC平滑滤波器3，其对经整流的电压进行平滑滤波；PWM(脉宽调制)电压发生器4，其利用功率开关元件根据PWM信号发生器140的PWM生成信号来生成PWM电压；电动机5，其利用PWM生成电压来产生转动力；以及变频器控制器100，其生成PWM信号。
变频器控制器100包括：相电压指令单元110，其利用频率和电压指令来作出各相的电压指令Va*，Vb*，Vc*；电流极性鉴别器120，其利用检测电动机5的电流Ia，Ib，Ic的检流器6所检测到的电流来鉴别各电流的极性；第一死区时间补偿电压发生器130，其利用鉴别出的电流极性来生成第一死区时间补偿电压dVa1，dVb1，dVc1；以及附加死区时间补偿电压发生器150。
再次参考图2，变频器通过整流器2将由三相电源施加的三相AC输入电力供给到DC平滑滤波器3，并且根据由变频器控制器100的PWM信号发生器140输出的PWM控制信号，PWM电压发生器4利用功率开关元件(例如，IGBT)来生成PWM电压并且将PWM电压供给到电动机5。
利用作为检流器6的输出的由检流器6检测到的电流，第一死区时间补偿电压发生器130通过经由鉴别各电流的极性的电流极性鉴别器120接收电流的极性来生成第一死区时间补偿电压dVa1，dVb1，dVc1，其中，电流极性鉴别器120通过由检流器6获得的电流Ia，Ib，Ic来鉴别各电流的极性，并且如果电流的极性为+则输出+1，而如果电流的极性为-则输出-1。
也就是说，第一死区时间补偿电压发生器130利用电流极性鉴别器120的输出来输出第一死区时间补偿电压dVa1，dVb1，dVc1。死区时间补偿电压的计算为：使得第一死区时间补偿电压发生器130对应于电流极性为+的死区时间来生成电压+dV，并且对应于电流极性为-的死区时间来生成电压-dV。
此时，由第一死区时间补偿电压发生器130输出的第一死区时间补偿电压可以基于功率开关元件(例如，IGBT)的ON/OFF特性而不同，并且具有与由检流器检测到的噪声相符的误差。
因此，根据本公开的示例性实施例的变频器中的输出电流失真补偿装置包括附加死区时间补偿电压发生器150，附加死区时间补偿电压发生器150响应于由检流器6检测到的失真电流的类型来生成附加死区时间补偿电压以便保持正弦波，其中，电动机中流动的电流既不倾向于+也不倾向于-。
附加死区时间补偿电压发生器150包括：累积电流计算单元151，其累积一个周期内的各相的电流；以及第二死区时间补偿电压发生器152，其利用累积的电流值来生成附加死区时间补偿电压dVa2，dVb2，dVc2。
第二死区时间补偿电压发生器152通过将增益乘以来自累积一个周期内的各相的电流的累积电流计算单元151的一个周期内的累积电流值来生成第二死区时间补偿电压dVa2，dVb2，dVc2。
图3为图示了根据本公开的由一个周期的累积电流值获得第二死区时间补偿电压的方法的波形图。
参考图3，图3(a)示出了输出电流Ia的波形，图3(b)图示了累积电流计算值，并且图3(c)示出了附加死区时间补偿值。
如果电流与在检测到的输出电流Ia的波形G1中相同是正弦波(即，不倾向于正侧或负侧的平衡状态)，则在一个周期内的电流的积分值(累积电流计算值)变成0，与波形G2相同，并且附加死区时间补偿值(第二死区时间补偿电压dVa2)变成0，参考波形G3。
同时，在电流与在检测到的输出电流Ia的波形G4中相同而倾向于正侧的情况下，在一个周期内的电流的积分值(累积电流计算值：G5)变成正值，由此必须将负值的校正电压提供给下一个周期内的输出电压以便减小正向的偏移量，并且校正电压的大小必须与在一个周期内的电流的积分值成比例。也就是说，附加死区时间补偿值(G6：第二死区时间计算电压dVa2)变成-K*Ia integral，其中K为补偿增益，并且Ia integral为在一个周期内的Ia相的电流的积分值。
同时，在电流与在检测到的输出电流Ia的波形G7中相同而倾向于负侧的情况下，在一个周期内的电流的积分值(累积电流计算值：G8)变成负值，由此必须将正值的校正电压提供给下一个周期内的输出电压以便减小负向的偏移量，并且校正电压的大小必须与在一个周期内的电流的积分值成比例。也就是说，附加死区时间补偿值(G9：第二死区时间计算电压dVa2)变成-K*Ia integral。尽管在本公开的示例性实施例中已经对一个相的检测到的电流Ia进行了描述，但是同样适用于相对于检测到的各相的电流Ib，Ic的第二死区时间补偿电压dVb2，dVc2。
再次参考图2，通过将由各相的第一死区时间补偿电压发生器130输出的第一死区时间补偿电压dVa1，dVb1，dVc1与由各相的第二死区时间补偿电压发生器152输出的第二死区时间补偿电压dVa2，dVb2，dVc2相加来生成最终的死区时间补偿电压dVa，dVb，dVc。
因此，PWM信号发生器140根据各相的最终输出电压指令Va**，Vb**，Vc**来生成PWM信号，其中，最终的死区时间补偿电压dVa，dVb，dVc和由相电压指令单元110生成的各相的电压指令Va*，Vb*，Vc*为相加电压指令。
通过上文显而易见的是，根据本公开的变频器中的输出电流失真补偿装置具有工业实用性并且其优点在于：由功率开关元件的ON/OFF特性和由检流器检测到的噪声所产生的死区时间补偿误差被减小以减小施加到电动机上的电压的失衡，从而防止电流显著波动的振荡现象的发生。
然而，上述根据本公开的变频器中的输出电流失真补偿装置可以以多种不同的方式实施而不应当解释为对此处所阐述的示例性实施例的限制。因此，本公开的实施例旨在可以覆盖本公开的改进和变型，只要这些改进和变型落入随附的权利要求及其等同布局的范围内即可。虽然可能已经对于多个实施例公开了特定的特征或方案，但是这些特征或方案可以按照可能期望的而与其它实施例的一个以上的其它特征和/或方案选择性地相结合。
Claims (1)
1.一种变频器中的输出电流失真补偿装置，所述变频器包括变频器控制器，所述变频器控制器生成用于控制PWM电压发生器的PWM信号，其中，所述变频器控制器包括：
第一死区时间补偿电压发生器，其被配置为基于所述变频器中的各相的输出电流极性来生成第一死区时间补偿电压；
第二死区时间补偿电压发生器，其被配置为基于来自累积一个周期内的各相的电流的累积电流计算单元的一个周期内的累积电流值来生成第二死区时间补偿电压；
相电压指令单元，其被配置为利用频率指令和预定的V/F比来相对于当前的频率指令生成各相电压的指令；以及
PWM信号发生器，其被配置为根据各相的最终输出电压指令来生成PWM信号，
其中，将由所述第一死区时间补偿电压发生器输出的每一个第一补偿电压和由所述第二死区时间补偿电压发生器输出的每一个第二补偿电压相加以生成各相的最终的死区时间补偿电压，并且
所述PWM信号发生器根据通过最终的死区时间补偿电压和由所述相电压指令单元生成的各相的电压指令相加的过程所生成的各相的最终输出电压指令来生成PWM信号，
其中，所述第二死区时间补偿电压中的每一个是通过将附加补偿增益乘以相对于所述变频器中的各相的输出电流的所述一个周期的积分值生成的，
其中，如果各相的输出电流波形倾向于正向，则所述第二死区时间补偿电压中的每一个是通过将附加补偿增益乘以具有正值的所述一个周期的积分值生成的，
其中，如果各相的输出电流波形倾向于负向，则所述第二死区时间补偿电压中的每一个是通过将附加补偿增益乘以具有负值的所述一个周期的积分值生成的。
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