CN107623433B - 一种变频器死区时间确定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种变频器死区时间确定方法及装置，方法包括：分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压；根据第一载波频率、第二载波频率、第一稳态输出电压、第二稳态输出电压以及变频器参数确定变频器死区时间，其中，所述的变频器参数包括：变频器的直流母线电压、基波系数。在通用低压变频器的硬件配置基础上，实现变频器的死区时间精确计算，具有很高的市场推广价值，可以充分提高变频器产品的市场竞争力。

Description

一种变频器死区时间确定方法及装置
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术，具体的讲是一种变频器死区时间确定方法及装置。
背景技术
目前，低压变频器广泛采用了IGBT、MOSFET等电力电子功率器件，通过PWM调制技术输出可调频和调压的交流电压波形。变频器工作期间，为了防止同一桥臂的2个功率管直通而损坏功率器件，必须在它们开通和关断之间插入一定延时时间，这个延时时间就称为死区。
现有技术的变频器死区时间处理方法为：在变频器产品的研发阶段，依据功率器件IGBT供货商提供的技术参数，完成IGBT驱动电路的开发；在产品定型阶段，确定不同容量的变频器死区时间，并在软件参数中写入，不再更改；变频器实际使用过程不再对死区时间进行测量，认为实际的死区时间等于软件设定的死区时间，死区补偿利用软件设定的死区时间。
现有的软件参数设定死区时间的方法其缺点为：死区时间的正确性完全依赖IGBT功率管原材料和电路板的加工制造过程，如果IGBT功率管特性有偏差，制造过程中驱动电路板器件的不一致性，将对实际的死区时间产生较大影响。当多个变频器并联驱动同一个设备时，由于每个变频器设备IGBT功率管特性和驱动电路特性的不一致性，导致实际的死区时间明显减少，造成死区补偿的不准确。
发明内容
为提高变频器死区时间的补偿效果，精确确定变频器死区时间，本发明实施例提供了一种变频器死区时间确定方法，包括：
分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压；
根据所述第一载波频率、第二载波频率、第一稳态输出电压、第二稳态输出电压以及变频器参数确定变频器死区时间，其中，所述的变频器参数包括：变频器的直流母线电压、基波系数。
本发明实施例中，所述的分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压包括：
分别以预设的第一载波频率、第二载波频率给电机通入预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压。
本发明实施例中，所述的根据第一载波频率、第二载波频率、第一稳态输出电压、第二稳态输出电压以及变频器参数确定变频器死区时间包括：
分别根据第一稳态输出电压、第二稳态输出电压确定死区电压降差，所述死区电压降差为第一载波频率对应的电压降与第二载波频率对应的电压降的差的绝对值；
根据死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率以及变频器参数确定死区时间。
本发明实施例中，所述的根据的死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率以及变频器参数确定死区时间包括：根据所述的死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率、变频器参数和式(1)确定死区时间，
其中，Td为死区时间，Uf1为第一稳态输出电压，Uf2为第二稳态输出电压；
K为基波系数，Ucd为直流母线电压，f1为第一载波频率，f2为第二载波频率。
同时，本发明还提供一种变频器死区时间确定装置，包括：
参数设置模块，用于设置变频器的载波频率、输出电流；
电压获取模块，用于分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压；
死区时间确定模块，用于根据所述第一载波频率、第二载波频率、第一稳态输出电压、第二稳态输出电压以及变频器参数确定变频器死区时间，其中，所述的变频器参数包括：变频器的直流母线电压、基波系数。
本发明实施例中，所述的电压获取模块分别以预设的第一载波频率、第二载波频率给电机通入预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压。
本发明实施例中，所述的死区时间确定模块包括：
电压降差确定单元，用于分别根据第一稳态输出电压、第二稳态输出电压确定死区电压降差，所述死区电压降差为第一载波频率对应的电压降与第二载波频率对应的电压降的差的绝对值；
死区时间确定单元，用于根据所述的死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率以及变频器参数确定死区时间。
本发明在通用低压变频器的硬件配置基础上，采用软件方法来实现变频器的死区时间精确计算，本发明的死区时间设定结果比设定死区时间精度提高约20％以上，该方法具有很高的市场推广价值，可以充分提高变频器产品的市场竞争力。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开的变频器死区时间确定方法的流程图；
图2为本发明实施例中逆变器一相桥臂的死区分析原理图；
图3为本发明实施例中输出电压产生的畸变分析原理图；
图4为本发明实施例中低压变频器配置和原理图；
图5为本发明实施例中空间矢量调制原理图；
图6为本发明实施例中死区时间计算等效原理图；
图7为本发明实施例中图6的等效电路图；
图8为本发明公开的一种变频器死区时间确定装置的框图；
图9为本发明实施例中计算变频器死区时间的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种变频器死区时间确定方法，如图1所示，该方法包括：
步骤S101，分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压；
步骤S102，根据第一载波频率、第二载波频率、第一稳态输出电压、第二稳态输出电压以及变频器参数确定变频器死区时间，其中，变频器参数包括：变频器的直流母线电压、基波系数。
本发明实施例中，以预设的第一载波频率、第二载波频率给电机通入预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压，根据第一稳态输出电压、第二稳态输出电压确定死区电压降差，进一步根据死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率、变频器参数和式(1)确定死区时间，
其中，Td为死区时间，Uf1为第一稳态输出电压，Uf2为第二稳态输出电压；
K为基波系数，Ucd为直流母线电压，f1为第一载波频率，f2为第二载波频率。
如图2所示，当开通功率开关管VT2时，VT1必须关断，如果开通速度比关断速度快，将会在桥臂上产生直通电流而导致损坏器件，因此需要插入死区时间，在死区时间内，VT1、VT2都关断，尽管逆变器死区时间很小，单个脉冲不足以影响整个系统的性能，但连续考虑一个周期的效应，死区的积累作用使得电动机的定子电压受到很大的影响，受死区的影响，如图3所示为输出电压产生的畸变分析。
图3中的a)为理想的驱动波形；b)、c)为带有死区的上下管驱动信号；d)电流方向；e)逆变器的实际输出电压；f)为误差电压波形。
对于电机驱动系统而言，死区效应导致变频器输出电压的误差，会使得低速时的电压及电流发生严重畸变，引起转矩脉动和输出谐波增大。变频器须采用软件算法来补偿死区效应的影响，其中死区时间TD是补偿算法的关键参数。现有技术的变频器死区时间是由软件参数设定，参数考虑了功率管IGBT的导通延时TOn和关断延时Toff，安全时间Tdelay等问题，上述延时随功率管IGBT的容量增大而增大，一般为2～5微秒。
TD＝TOn+Toff+Tdelay
然而实际的变频器死区时间受IGBT功率管特性差别、驱动电路硬件差别等，往往与软件参数设定而不同，从而对变频器死区补偿效果产生影响。
本发明在变频器参数辨识阶段，通过对变频器实际输出电压和电流的测量，可以对变频器实际的死区时间进行精确计算，更好的实现变频器死区补偿。本发明基于低压变频器固有的硬件配置，不增加检测元件，完全用软件方法来实现变频器的死区时间精确计算。
同时，为了降低制造成本，IGBT功率器件更换，会带来较大的研发工作来确定死区时间来修改软件参数，而靠本发明可以自动适应不同厂家的功率器件特性变化。
下面结合具体的实施方式对本发明实施例做进一步详细说明：
如图4所示，低压变频器401分为整流和逆变两部分，整流部分由二极管三相全控桥构成，经中间的储能电容滤波形成稳定的直流电压向逆变部分供电。逆变部分由六个IGBT功率器件构成，输出PWM电压波形驱动电机运行，实现电机的变频调速。
逆变器采用空间矢量调制(SVPWM)方式，如图5所示，共有八组矢量构成旋转磁场，来驱动电机运行，表1为八组矢量的组合表。
表1
注：表中“+”表示对应相的上管开通，“-”表示对应相的下管开通。
PWM载波周期内，每个IGBT管导通一次，每次IGBT功率管切换都会附加死区时间，以保证切换安全。
由于死区时间存在，变频器实际输出电压幅值将会减少，死区时间对应的电压降计算如下:
Utd＝2*Td*Ucd*K*Fpwm (2)
其中，
Utd:死区时间对应的电压降(伏)；
Td:死区时间(微妙)；
Vcd:直流母线电压(伏)；
K:0.78(基波系数)；
Fpwm:PWM载波频率(HZ)；
由(2)式可见，如果Utd(死区时间对应的电压降)已知的情况下，可以计算获得死区时间Td。
本发明是在电机静止状态下，由变频器给电机通入直流电流，如图6所示，另外，图7为图6的等效电路。
举例以L1+，L2-，L3-三个IGBT功率管导通，通过电机定子电阻构成回路。采用闭环电流调节产生稳定的直流输出电压Uf，等效电流为If。等效电路中Utd是由于死区时间造成的电压降，与PWM载波频率成正比；UG是IGBT导通时的管压降，UR是电机定子电阻产生的等效压降，UG和UR与回路中的导通电流If成正比。
若仅改变PWM载波频率，变频器输出同样的等效电流If，利用两次输出的电压差值ΔUf就可以求解出死区时间造成的电压降ΔUtd，从而可求解出死区时间Td。
电机静止状态下，采用电流闭环调节，先后使变频器输出电流If1＝If2＝电机额定电流(100％)，Uf1对应是f1载波频率下输出的变频器电压，Uf2对应是f2载波频率下输出的变频器电压；当实际电流If1和If2达到稳态时，变频器记录对应时刻的Uf1和Uf2，于是，得到等式(3)，(4)。
Uf1＝UR+Utd1+UG (3)
Uf2＝UR+Utd2+UG (4)
Uf1:对应f1载波频率额定电流时的变频器输出电压值(测量值)；
Uf2:对应f2载波频率额定电流时的变频器输出电压值(测量值)；
UR:对应额定输出电流时的定子电阻压降；
UG:对应额定输出电流时的IGBT管压降；
Utd1:对应f1载波频率产生的死区电压降；
Utd2:对应f2载波频率产生的死区电压降。
由于两次测量的电流相等，所以(3)式和(4)式中的UR和UG分别相等。
用式(3)减去式(4)，得到：
ΔUf＝Uf1-Uf2＝ΔUtd＝Utd1-Utd2 (5)
去基波系数K＝0.78，由(2)式可得：
Utd1＝2*Td*Ucd*0.78*f1(式中Ucd对应直流母线电压测量值)；
Utd2＝2*Td*Ucd*0.78*f2(式中Ucd对应直流母线电压测量值)；
ΔUtd＝2*Td*Ucd*0.78*(f1-f2) (6)
将(5)式代入(6)可求得：
通过上述检测和计算方法，可获得精度较高的死区时间Td。
同时，本发明还公开一种变频器死区时间确定装置，如图8所示，包括：
参数设置模块801，用于设置变频器的载波频率、输出电流；
电压获取模块802，用于分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压；
死区时间确定模块803，用于根据所述第一载波频率、第二载波频率、第一稳态输出电压、第二稳态输出电压以及变频器参数确定变频器死区时间，其中，所述的变频器参数包括：变频器的直流母线电压、基波系数。
本发明实施例中，电压获取模块802分别以预设的第一载波频率、第二载波频率给电机通入预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压。
本发明实施例中，死区时间确定模块包括：
电压降差确定单元，用于分别根据第一稳态输出电压、第二稳态输出电压确定死区电压降差，所述死区电压降差为第一载波频率对应的电压降与第二载波频率对应的电压降的差的绝对值；
死区时间确定单元，用于根据所述的死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率以及变频器参数确定死区时间。
如图9所示为，本发明公开的变频器死区时间确定装置计算变频器死区时间的流程图。本发明公开的变频器死区时间确定装置，其实现原理同上述方法的实现基本相同，在此不再赘述。
本发明在通用低压变频器的硬件配置基础上，完全采用软件方法来实现变频器的死区时间精确计算，实验数据证明，计算结果比设定死区时间精度提高约20％以上，本发明具有很高的市场推广价值，可以充分提高变频器产品的市场竞争力。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种变频器死区时间确定方法，其特征在于，所述的方法包括：
分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压；
根据所述第一载波频率、第二载波频率、第一稳态输出电压、第二稳态输出电压以及变频器参数确定变频器死区时间，其中，所述的变频器参数包括：变频器的直流母线电压、基波系数；其中，
分别根据第一稳态输出电压、第二稳态输出电压确定死区电压降差，所述死区电压降差为第一载波频率对应的电压降与第二载波频率对应的电压降的差的绝对值；
根据所述的死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率以及变频器参数确定死区时间，包括：根据所述的死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率、变频器参数和式(1)确定死区时间，
其中，Td为死区时间，Uf1为第一稳态输出电压，Uf2为第二稳态输出电压；
K为基波系数，Ucd为直流母线电压，f1为第一载波频率，f2为第二载波频率。
2.如权利要求1所述的变频器死区时间确定方法，其特征在于，所述的分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压包括：
分别以预设的第一载波频率、第二载波频率给电机通入预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压。
3.一种变频器死区时间确定装置，其特征在于，所述的装置包括：
参数设置模块，用于设置变频器的载波频率、输出电流；
电压获取模块，用于分别以预设的第一载波频率、第二载波频率输出预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压；
死区时间确定模块，用于根据所述第一载波频率、第二载波频率、第一稳态输出电压、第二稳态输出电压以及变频器参数确定变频器死区时间，其中，所述的变频器参数包括：变频器的直流母线电压、基波系数；其中，
所述的死区时间确定模块包括：
电压降差确定单元，用于分别根据第一稳态输出电压、第二稳态输出电压确定死区电压降差，所述死区电压降差为第一载波频率对应的电压降与第二载波频率对应的电压降的差的绝对值；
死区时间确定单元，用于根据所述的死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率以及变频器参数确定死区时间；其中，
所述的死区时间确定单元根据死区电压降差、第一载波频率、第二载波频率、变频器参数以及式(1)确定死区时间，
其中，Td为死区时间，Uf1为第一稳态输出电压，Uf2为第二稳态输出电压；
K为基波系数，Ucd为直流母线电压，f1为第一载波频率，f2为第二载波频率。
4.如权利要求3所述的变频器死区时间确定装置，其特征在于，所述的电压获取模块分别以预设的第一载波频率、第二载波频率给电机通入预设的电流，获取变频器的第一稳态输出电压、第二稳态输出电压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113067526A (zh) * 2019-12-30 2021-07-02 观致汽车有限公司 载波变频控制装置、方法和电机控制系统以及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103887982A (zh) * 2014-03-21 2014-06-25 许继电气股份有限公司 一种数字llc中zvs的控制方法
JP2015080294A (ja) * 2013-10-15 2015-04-23 三菱重工業株式会社 Ｐｗｍコンバータの制御装置及びそのデッドタイム補償方法並びにｐｗｍインバータの制御装置及びそのデッドタイム補償方法
CN107148739A (zh) * 2015-05-20 2017-09-08 三菱电机株式会社 电力变换装置和应用该电力变换装置的车辆驱动系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015080294A (ja) * 2013-10-15 2015-04-23 三菱重工業株式会社 Ｐｗｍコンバータの制御装置及びそのデッドタイム補償方法並びにｐｗｍインバータの制御装置及びそのデッドタイム補償方法
CN103887982A (zh) * 2014-03-21 2014-06-25 许继电气股份有限公司 一种数字llc中zvs的控制方法
CN107148739A (zh) * 2015-05-20 2017-09-08 三菱电机株式会社 电力变换装置和应用该电力变换装置的车辆驱动系统

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