CN102735916A - 三相中性点钳位式pwm 逆变器电压检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种三相中性点钳位式PWM 逆变器电压检测装置，具备：电阻分压量测装置和相输出电压端脉宽测量装置；该电阻分压量测装置包括8个分压电阻，该相输出电压端脉宽测量装置包括连接在电阻分压量测装置的8个分压电阻的4个比较放大器；4个计算值求取装置分别用来求取在一个PWM周期内4个比较放大器输出的高低电平的脉宽宽度，根据一个PWM周期内四个计算值求取装置的计算结果，计算输出相电压平均值，通过这样做，可以在任何情况和操作条件下精确、可靠的测量输出的平均相电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测三相中性点钳位式 PWM 逆变器输出电压的装置，属于电力电子技术领域。
背景技术
目前通过变换频率来调节电机运行速度方法通常需要变频器输出电压参考转矩、磁通和频率等变量使电机控制达到最优状态，这些参数可以通过变频器输出的1个PWM载波周期内的平均相电压分析得出，因此就需要一种精确测量变频器平均相电压的装置和方法使电机控制达到最佳性能。
通常利用开关器件开通时间和关闭时间的中点来作为平均电压的计算点，如果实际的相电压在上升阶段和下降阶段线性变换，这种方法可以正确的计算平均电压，如图 1 所示，然而在实际情况中实际电压在开关位置由于死区时间的影响并不总是线性变化的，如图 2 所示，如果直接用直流电压的一半与瞬时电压比较，会产生很大的误差，尤其是当相电流接近零时，实际电压的变化十分剧烈，如果采用上述方式将产生更大的误差，当开关频率升高时，情况加剧恶化，因此比较瞬时相电压和直流侧电压的方式是不可靠的。
这个问题可以通过使用模拟的积分器和 AD 转换器来解决，但是这个方法需要更高的成本，而且模拟组件还可能引入新的误差。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于检测三相中性点钳位式 PWM 逆变器输出电压的装置来克服已有技术的平均电压检测方法带来的弊端，不使用昂贵的组件，通过瞬时的相电压可靠、高效的测量一个PWM载波周期内的平均相电压。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种三相中性点钳位式PWM 逆变器电压检测装置，具备：电阻分压量测装置和相输出电压端脉宽测量装置；该三相中性点钳位式PWM 逆变器的电阻分压量测装置，包括连接在所述的正母线电压端和中性线电压端之间的第一、第二和第三分压电阻，连接在所述的负母线电压端和中性线电压端之间的第四、第五和第六分压电阻，分为三相连接在所述的相输出电压端和所述的中性线电压端之间的第七和第八分压电阻；该三相中性点钳位式PWM 逆变器的相输出电压端脉宽测量装置，具备：连接在所述的第一与所述的第二和所述的第七和所述的第八分压电阻之间的第一比较放大器，连接在所述的第二与所述的第三和所述的第七与所述的第八分压电阻之间的第二比较放大器，连接在所述的第五与所述的第六和所述的第七与所述的第八分压电阻之间的第三比较放大器，连接在所述的第四与所述的第五分压电阻和所述的第七与所述的第八分压电阻之间的第四比较放大器；所述的第一比较放大器参考输入端连接在所述的第一和第二分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；所述的第二比较放大器参考输入端连接在所述的第二和第三分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；所述的第三比较放大器参考输入端连接在所述的第五和第六分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；所述的第四比较放大器参考输入端连接在所述的第四个和第五分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；第一计算值求取装置，为在一个PWM周期内求取所述第一比较放大器输出高低电平的脉宽宽度；第二计算值求取装置，为在一个PWM周期内求取所述第二比较放大器输出高低电平的脉宽宽度；第三计算值求取装置，为在一个PWM周期内求取所述第三比较放大器输出高低电平的脉宽宽度；第四计算值求取装置，为在一个PWM周期内求取所述第四比较放大器输出高低电平的脉宽宽度；
输出相电压平均值计算装置，为在一个PWM周期内利用所述第一至第四计算值求取装置的计算结果，计算输出相电压平均值。
本发明还提供了一种检测三相中性点钳位式PWM 逆变器电压的方法，包括：利用分压电阻量测正母线、负母线和三相输出端对中性线电压的方法和通过比较放大器测量相输出电压端脉宽的方法；所述利用分压电阻量测正母线、负母线和三相输出端对中性点电压的方法，包括：通过连接在所述的正母线电压端和中性线电压端之间的第一、第二和第三分压电阻，量测正母线电压端和中性线电压端之间的电压；通过连接在所述的负母线电压端和中性线电压端之间的第四、第五和第六分压电阻，量测负母线电压端和中性线电压端之间的电压；分为三相连接在所述的相输出电压端和所述的中性线电压端之间的第七和第八分压电阻，量测相输出端和中性线之间的电压；所述通过比较放大器测量相输出电压端脉宽的方法，包括：将第一比较放大器连接在所述的第一与所述的第二和所述的第七和所述的第八分压电阻之间，将第二比较放大器连接在所述的第二与所述的第三和所述的第七与所述的第八分压电阻之间，将第三比较放大器连接在所述的第五与所述的第六和所述的第七与所述的第八分压电阻之间，将第四比较放大器连接在所述的第四与所述的第五分压电阻和所述的第七与所述的第八分压电阻之间；将所述的第一比较放大器参考输入端连接在所述的第一和第二分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；将所述的第二比较放大器参考输入端连接在所述的第二和第三分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；将所述的第三比较放大器参考输入端连接在所述的第五和第六分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；将所述的第四比较放大器参考输入端连接在所述的第四个和第五分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；在一个PWM周期内求取所述第一比较放大器输出高低电平的脉宽宽度，作为第一计算值；在一个PWM周期内求取所述第二比较放大器输出高低电平的脉宽宽度，作为第二计算值；在一个PWM周期内求取所述第三比较放大器输出高低电平的脉宽宽度，作为第三计算值；在一个PWM周期内求取所述第四比较放大器输出高低电平的脉宽宽度，作为第四计算值；
在一个PWM周期内利用所述第一至第四计算值，计算输出相电压平均值。
通过这样做，可以在任何情况和操作条件下精确、可靠的测量一个PWM载波周期内的平均相电压。
附图说明
图 1 是理想状态下，三相中性点钳位式PWM 逆变器输出的平均电压波形。
图 2 是实际状况下，三相中性点钳位式PWM 逆变器输出的平均电压波形。
图 3 是实现电压测量装置实施例的结构图。
图 4 是表示三相中性点钳位式PWM 逆变器电压检测装置的主电路结构的电路图。
图 5 是 U 相经过数位转化电路输出的信号图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。图 3 是一个实现本装置的一个实施例，包括数位转换电路和电压量测电路，其中数位转化电路的输入是图 4 所示的 12 个比较放大器输出的电压值 M1U-M4U，M1V-M4V 和 M1W-M4W，数位转化电路将 12 个电压值转化变换成 S1U-S4U，S1V-S4V 和 S1W-S4W 12个 0，1 信号，如图 5 所示，然后将这 12 个信号输入给电压量测电路，其中 U 相在一个载波周期内按照下式计算输出的平均相电压：
Claims (2)
1.一种三相中性点钳位式PWM 逆变器电压检测装置， 其特征在于，具备：电阻分压量测装置和相输出电压端脉宽测量装置；
该三相中性点钳位式PWM 逆变器的电阻分压量测装置，包括连接在所述的正母线电压端和中性线电压端之间的第一、第二和第三分压电阻，连接在所述的负母线电压端和中性线电压端之间的第四、第五和第六分压电阻，分为三相连接在所述的相输出电压端和所述的中性线电压端之间的第七和第八分压电阻；
该三相中性点钳位式PWM 逆变器的相输出电压端脉宽测量装置，具备：
连接在所述的第一与所述的第二和所述的第七和所述的第八分压电阻之间的第一比较放大器，连接在所述的第二与所述的第三和所述的第七与所述的第八分压电阻之间的第二比较放大器，连接在所述的第五与所述的第六和所述的第七与所述的第八分压电阻之间的第三比较放大器，连接在所述的第四与所述的第五分压电阻和所述的第七与所述的第八分压电阻之间的第四比较放大器；所述的第一比较放大器参考输入端连接在所述的第一和第二分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；所述的第二比较放大器参考输入端连接在所述的第二和第三分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；所述的第三比较放大器参考输入端连接在所述的第五和第六分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；所述的第四比较放大器参考输入端连接在所述的第四个和第五分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；
第一计算值求取装置，为在一个PWM周期内求取所述第一比较放大器输出高低电平的脉宽宽度；
第二计算值求取装置，为在一个PWM周期内求取所述第二比较放大器输出高低电平的脉宽宽度；
第三计算值求取装置，为在一个PWM周期内求取所述第三比较放大器输出高低电平的脉宽宽度；
第四计算值求取装置，为在一个PWM周期内求取所述第四比较放大器输出高低电平的脉宽宽度；
输出相电压平均值计算装置，为在一个PWM周期内利用所述第一至第四计算值求取装置的计算结果，计算输出相电压平均值。
2.一种检测三相中性点钳位式PWM 逆变器电压的方法，包括：利用分压电阻量测正母线、负母线和三相输出端对中性线电压的方法和通过比较放大器测量相输出电压端脉宽的方法；
所述利用分压电阻量测正母线、负母线和三相输出端对中性点电压的方法，包括：
通过连接在所述的正母线电压端和中性线电压端之间的第一、第二和第三分压电阻，量测正母线电压端和中性线电压端之间的电压；
通过连接在所述的负母线电压端和中性线电压端之间的第四、第五和第六分压电阻，量测负母线电压端和中性线电压端之间的电压；
分为三相连接在所述的相输出电压端和所述的中性线电压端之间的第七和第八分压电阻，量测相输出端和中性线之间的电压；
所述通过比较放大器测量相输出电压端脉宽的方法，包括：
将第一比较放大器连接在所述的第一与所述的第二和所述的第七和所述的第八分压电阻之间，将第二比较放大器连接在所述的第二与所述的第三和所述的第七与所述的第八分压电阻之间，将第三比较放大器连接在所述的第五与所述的第六和所述的第七与所述的第八分压电阻之间，将第四比较放大器连接在所述的第四与所述的第五分压电阻和所述的第七与所述的第八分压电阻之间；
将所述的第一比较放大器参考输入端连接在所述的第一和第二分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；将所述的第二比较放大器参考输入端连接在所述的第二和第三分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；将所述的第三比较放大器参考输入端连接在所述的第五和第六分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；将所述的第四比较放大器参考输入端连接在所述的第四个和第五分压电阻交接的节点上，比较输入端连接在所述的第七和第八分压电阻交接的节点上；
在一个PWM周期内求取所述第一比较放大器输出高低电平的脉宽宽度，作为第一计算值；
在一个PWM周期内求取所述第二比较放大器输出高低电平的脉宽宽度，作为第二计算值；
在一个PWM周期内求取所述第三比较放大器输出高低电平的脉宽宽度，作为第三计算值；
在一个PWM周期内求取所述第四比较放大器输出高低电平的脉宽宽度，作为第四计算值；
在一个PWM周期内利用所述第一至第四计算值，计算输出相电压平均值。
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