CN1166087A - 补偿电动机驱动逆变器死区时间引起电压误差的方法及装置 - Google Patents

Abstract

用于补偿由电动机的驱动逆变器死区时间引起的电压误差的方法及装置，通过基于施加于电动机的电流极性变化的起始点对指令电流比例积分产生指令电压，将指令电压转换成脉宽调制器中的控制信号，及将指令电压传送给逆变器，由此使在零电流值附近产生的电流失真变为最小，并与其相应地使转矩波动减小。

Description

补偿电动机驱动逆变器死区时间 引起电压误差的方法及装置

本发明涉及一种用于补偿由死区时间引起的电压误差的技术，更具体地涉及补偿由电动机的驱动逆变器的死区时间引起的电压误差的改进方法及装置，其可以补偿在逆变器输出电流变化的点上引起的死区时间所产生的输出电流的失真。

参照图1，它表示使用传统逆变器的电动机驱动装置，三相交流电源AC经过变流器1中六个二级管D11-D16的整流及并联于相整流器的串联平波电容器C1、C2的平波，并在逆变器2中根据提供给六个开关器件Q1-Q6的各控制极上的控制信号CS1-CS6对整流及平波后的直流电压进行开关并供给电动机IM。

电流检测器3检测供给电动机IM的电流，并将检测值转换成数字值，然后将后者传送到控制单元4，控制单元4根据转换电流数值产生三相电压指令信号。脉宽调制器5进行电压指令信号的脉宽调制并产生控制信号CS1-CS6，它们然后被提供到逆变器2中开关器件Q1-Q6的各控制极。

这里，标号D1-D6表示续流二极管(freewheel diode)，它们并联在每个开关器件Q1-Q6上。

现在将参照图2至4来描述根据现有技术补偿由电动机的驱动逆变器中引起的死区时间所产生的电压误差的方法。

在变流器1中将AC电源整流、平波及转换成的直流电压被提供给逆变器2。开关器件Q1-Q6被分成三对：Q1，Q4；Q2，Q5；Q3，Q6；其中每对彼此并联，并根据控制信号CS1-CS6交替导通/关断。在此时，当两个开关器件，例如图2A中所示的器件Q1及Q4同时导通，则根据器件Q1及Q4构成电流通路，由此引起逆变器2的损坏。因而，如图2B所示，为了防止开关器件对Q1，Q2同时导通，每当开关状态变化，总需要一个表示两个开关器件Q1，Q4同时关断状态的死区时间。这里，需要死区时间t，以便使用逆变器2驱动电动机IM。

但是，死区时间t引起了在逆变器2中产生的指令电压及输出电压之间的误差电压，由此产生如电流失真及波动的缺点。

用于克服这些缺点的对电动机的驱动逆变器的传统死区时间补偿方法包括其中死区时间是通过对逆变器开关器件的每端施加电压被补偿的第一方法及使用逆变器输出电流的第二方法。第一方法需要附加的电压检测装置并作为装置构成时的不希望的后果使整个系统引起噪音，以致通常第二方法更可取。

现在将参照图3及4来描述第二方法。

图3表示计算补偿电压V_D的流程图，以便根据死区时间来补偿电压误差。

电流检测器3检测施加于电动机IM的如图2C所示的电流i1(步骤S1)。控制单元4判断检测电流i1的极性(步骤S2)。这里如果检测电流的值是正的，则将根据死区时间补偿电压误差的补偿电压V_D设为预定正值。如果检测电流值为负，则将补偿电压V_D设为预定负值(步骤S3-S4)。

接着，将指令电压Vas^*加到补偿电压V_D上，这就获得了一个新的指令电压Vas^*_new(步骤5)。

如图4所示，它表示控制单元4的详细补偿图，编码器41判断逆变器2中输出电流i1的极性，即为输入电ias是正的或是负的，如果判断为正则输出正值，然后在乘法器43上将该正值乘以死区时间补偿电压Vdead，其乘积在加法器42上被加到指令电压Vas^*上，由此输出到控制单元4的外部。输出电压为指令电压Vas^*_new，它被施加在图1的脉宽调制器5上，该脉宽调制器5进行指令电压Vas^*_new的脉宽调制，并输出控制信号CS1-CS6，用于控制开关器件Q1-Q6。

而当电流ias的极性被判断为负时，通过从逆变器的指令电压Vas^*中减去死区时间补偿电压Vdead来获得指令电压Vas^*_new。

如上所述，传统上仅通过判断电流极性考虑由对/从指令电压Vas^*加/减作为偏置电压的死区时间补偿电压Vdead所产生的极性变化。

但是，死区时间补偿电压被立即地从正移到负或相反移动，因此电流失真不再为正弦，由此产生与其相对应的转矩波动。

另外，当电动机在低速模式时，电流波形的畸变会引起转矩波动变大。

因而，本发明的第一目的在于提供一种方法及装置，用于补偿由电动机的驱动逆变器的死区时间引起的电压误差，它能防止供给电动机的电流在零电流值附近的失真。

本发明的第二目的是提供一种用于补偿由电动机的驱动逆变器的死区时间引起的电压误差的方法及装置，它计算在输出电流极性改变的区间中缓慢移动的指令电流，通过指令电流及检测电流之间差值的正比例积分产生指令电压，及将指令电压提供给逆变器，由此防止电流的失真。

为了实现上述目的，提供了一种用于补偿由电动机的驱动逆变器的死区时间引起的电压误差的方法，其包括用于检测从逆变器供给电动机的输出电流，并当该电流极性为正时，从逆变器指令电压中减去死区时间补偿电压，及当该电流极性为负时，将死区时间补偿电压加到逆变器指令电压上，由此输出新指令电压的第一步骤；如果输出电流在一个滞后带内部时，获得指令电流的第二步骤；根据指令电流及输出电流执行正比积分控制并输出新补偿电压的第三步骤；及将新补偿电压加到在第一步骤中获得的指令电压上，并将相加值输出用作逆变器中各开关器件的控制信号的第四步骤。

图1是使用逆变器的传统死区时间补偿装置的示意电器框图；

图2A是根据传统技术的不考虑死区时间的施加在图1上逆变器中彼此串联的两个开关器件Q1，Q4的各控制极上的信号定时图；

图2B是根据传统技术的、考虑到死区时间的施加在图1上逆变器中彼此串联的两个开关器件Q1，Q4的各控制极上的信号定时图；

图2C是图1上逆变器的输出电流及补偿电压V_D的定时图；

图3是表示根据传统技术的电动机的驱动逆变器的死区时间补偿方法的流程图；

图4是图1中控制单元的详细框图；

图5是表示根据本发明用于补偿由电动机的驱动逆变器死区时间引起的电压误差的方法的流程图；

图6是根据本发明的改良控制单元的详细框图；及

图7是根据本发明的指令电流及电流检测的一对放大图。

参照附图，除去控制单元4的改进外，根据本发明的用于补偿由电动机的驱动逆变器死区时间引起的电压误差的装置与图1中的装置相同，因此，省略了对它的说明。

参照图6，它表示根据本发明对图1及4中的控制单元进行了改进的改良控制单元4的详细框图，该死区时间补偿装置设有：第一加法器43，用于将死区时间补偿电压Vdead与指令电压Vas^*相加，以根据输出电流i_as的极性及考虑滞后带所获得的逆变器指令电压；指令电流发生器44，用于根据指令电流i_as ^*产生指令电流i_as ^*；减法器47，用于从指令电流i_as ^*中减去输出电流i_as；比例积分器45，用于对减法器47的输出信号作比例积分；及第二加法器46，用于将比例积分器45的输出值与第一加法器43的逆变器指令电压相加，因此从第二加法器46输出最后的指令电压Vas^*_new。

现在将参照附图来描述根据本发明这样构成的用于电动机的驱动逆变器的控制装置的死区时间补偿方法。

图5表示根据本发明的电动机的驱动逆变器的死区时间补偿方法，其中用于检测逆变器输出电流i_as的步骤及根据输出电流i_as的极性加或减死区时间补偿电压的步骤与图3的传统方法中的步骤S1-S4相同。

接着，将判断检测电流i_as是否在滞后带的内部。这就是，如图7所示，在步骤(S51)上判断检测电流i_as的值是否在滞后带的上限值+I_hys及下限值-I_hys之间。

如果检测电流i_as从正值变化到负值，作为滞后带宽度的电流值i_hys被绝对值|i_as|分割，及如果该值符合反正弦函数，则如下式获得滞后带的起始点θ₀： ${\mathrm{\θ}}_0={\sin }^{-1}\left(\frac{I_{\mathrm{hys}}}{\left|i_{\mathrm{as}}\right|}\right)---\left(1\right)$

这里，i_hys等于2^*I_hys。并且，由下式获得|i_as|。式中i_qs及i_ds是由输入三相电流获得的二相电流值： $\left|i_{\mathrm{as}}\right|=\sqrt{{i_{\mathrm{qs}}}^2+{i_{\mathrm{ds}}}^2}---\left(2\right)$

如下式所示，通过在检测电流i_as偏离时间Δt期间对逆变器输出频率ω_e的积分可获得检测电流i_as偏离滞后带宽度的起始点θ₁： ${\mathrm{\θ}}_1=\underset{0}{\overset{\mathrm{\Δt}}{\∫}}{\mathrm{\ω}}_e\mathrm{dt}---\left(3\right)$

通过将逆变器输出电流最大值|i_as|乘以如下所示的正弦函数获得指令电流i_as ^*：

      i_as ^*＝|i_as|sin(θ₁-θ₀)………(4)

同时，当检测电流i_as从负变到正时，使用负滞后带获得θ₀值(步骤S52)。

上述步骤是在图6的指令电流发生器44中进行的，该指令电流发生器44的输出或逆变器指令电流i_as ^*被提供给比例积分器45，在其中运算式(5)(步骤S53)如下：

        ΔV＝PI(i_as ^*-i_as)………(5)

这里，PI表示比例积分常数，比例积分器45的输出ΔV加到第一加法器43的输出(Vas^*±Vdead)上(步骤S54)，并由此作为最后逆变器指令电压(Vas^*_new)输出(步骤S55)，后者被施加到逆变器6的六个开关器件Q1-Q6的各控制极上，由此控制开关器件Q1-Q6的导通/关断时间。

如上所述，当逆变器输出电流极性改变时，获得了缓慢变化的指令电流，并将根据指令电流得到的指令电压施加给逆变器，由此使电流过零点附近的转矩和电流失真减少，并进一步使低速运行时的效率改善很多。

Claims (4)

1.一种用于补偿由电动机的驱动逆变器死区时间引起的电压误差的方法，包括：

第一步骤，用于检测从逆变器供给电动机的输出电流，当该检测的输出电流极性为正时，从逆变器指令电压中减去死区时间补偿电压，及当该检测的输出电流极性为负时，将死区时间补偿电压加到逆变器指令电压上，由此输出新指令电压；

第二步骤，如果检测的输出电流在一个滞后带内部时，获得指令电流；

第三步骤，用于从指令电流值中减去输出电流值，将相减后的值比较积分及输出新补偿电压；

第四步骤，用于将新补偿电压加到第一步骤中获得的指令电压上，并将相加值施加于脉宽调制，由此从那里输出；及

第五步骤，用于将施加的脉宽调制信号提供给逆变器中的各开关器件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在第二步骤中产生的指令电流是通过将由三相输出电流转换为二相电流获得的各相电流值求平方，将每个平方值相加及求相加值的平方根获得的，及基于输出电流交到滞后带的起始点获得频率。

3.一种用于补偿由电动机的驱动逆变器死区时间引起的电压误差的装置，包括：设有整流及平波三相交流电源的变流器的逆变器控制装置；用于根据控制信号对整流及平波的直流电压进行开关并提供给电动机的逆变器；用于检测逆变器输出电流的电流检测器；用于根据电流检测器中检测的输出电流值将指令电压输出给逆变器的控制单元；及用于调节指令电压脉宽并输出控制信号来驱动开关器件的脉宽调制器，其中控制单元包括：

第一加法器，用于根据检测的从逆变器施加给电动机的输出电流的极性将死区时间补偿电压加到指令电压上；

指令电流发生器，用于根据指令电压产生指令电流；

减法器，用于从指令电流中减去输出电流；

比例积分器，用于将减法器的输出信号作比例积分；及

第二加法器，用于将比例积分器的输出电压加到第一加法器的输出电压上，并将相加电压作为指令电压提供给脉宽调制器。

4.根据权利要求3所述的装置，其中从比例积分器输出的电流是通过将由三相输出电流转换为二相电流获得的各相电流值求平方，将每个平方值相加及求相加值的平方根获得的，及基于输出电流交到滞后带的起始点来获得频率。

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