TWI718781B - 三相盲時區間補償裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

一種三相盲時區間補償裝置，包括：一處理器，係連接三相直交流轉換器，該處理器包含一三相盲時區間補償器用以依據來自第一電感與第二電感之一直軸電感電流與一交軸電感電流、來自第一交流電容與第二交流電容之一直軸電容電壓與一交軸電容電壓、一直軸控制參考訊號、一交軸控制參考訊號、與一鏈電壓，計算出一直軸盲時區間補償量、一交軸盲時區間補償量，該處理器利用該直軸盲時區間補償量與該交軸盲時區間補償量，分別補償該直軸控制參考訊號與該交軸控制參考訊號。

Description

三相盲時區間補償裝置及其方法

本案係關於一種三相盲時區間補償裝置及盲時區間補償方法。

一般三相直交流轉換器之半導體開關元件收到驅動訊號至實際動作會有一定之延遲時間，此延遲時間因不同材料或製程方式而不盡相同，其中，半導體開關元件之截止(off)延遲時間比導通(on)延遲時間較長，為了避免上臂與下臂之半導體開關元件因導通延遲時間與截止延遲時間之誤差導致直流輸入端之短路，需在上臂之半導體開關元件截止而下臂之半導體開關元件導通並且上臂之半導體開關元件導通而下臂之半導體開關元件截止時加入一盲時區間(dead-time)於上臂與下臂之半導體開關元件，此盲時區間依據半導體開關元件之截止延遲時間來決定。

雖加入盲時區間可避免直流輸入端之短路，但也會造成三相直交流轉換器之交流電壓之電壓損失，並提高三相直交流轉換器之輸出電壓之諧波失真率(harmonic distortion rate)，進而影響整個系統之效能。

因此，如何解決上述習知技術之問題，實已成為本領域技術人員之一大課題。

本案之一種三相盲時區間補償裝置，包括：一三相直交流轉換器，係具有一第一切換模組、一第二切換模組、一第三切換模組、一第一電感連接該第一切換模組、一第二電感連接該第二切換模組、一第三電感連接該第三切換模組、一第一交流電容連接該第一電感、一第二交流電容連接該第二電感、與一第三交流電容連接該第三電感，且該第一切換模組、該第二切換模組與該第三切換模組係用以將直流電壓轉換成交流電壓；以及一處理器，係連接該三相直交流轉換器，該處理器包含一三相盲時區間補償器用以依據分別來自該第一電感與該第二電感之一直軸電感電流與一交軸電感電流、來自該第一交流電容與該第二交流電容之一直軸電容電壓與一交軸電容電壓、一直軸控制參考訊號、一交軸控制參考訊號、與一鏈電壓，計算出一直軸盲時區間補償量、一交軸盲時區間補償量，該處理器分別利用該直軸盲時區間補償量與該交軸盲時區間補償量，補償該直軸控制參考訊號與該交軸控制參考訊號。

本案之三相盲時區間補償方法包括：從一三相直交流轉換器擷取一第一相電感電流與一第二相電感電流；利用一第一abc三相對dq兩軸轉換器，轉換該第一相電感電流與該第二相電感電流為一直軸電感電流與一交軸電感電流；從一第一電感電流控制器與一第二電感電流控制器擷取一直軸控制參考訊號與一交軸控制參考訊號；利用一電壓感測器，從該三相直交流轉換器擷取一鏈電壓；以及利用一三相盲時區間補償器，接收該直軸電感電流、該交軸電感電流、該直軸控制參考訊號、該交軸控制參考訊號、一直軸電容電壓、與一交軸電容電壓，輸出一直軸盲時區間補償量與一交軸盲時區間補償量。

為讓本案之上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明。

以下藉由特定的具體實施形態說明本案之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本案之其他特徵，亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。

第1A圖為本案之補償前控制參考訊號與盲時區間的波形圖，而第1B圖為本案之補償後控制參考訊號與盲時區間的波形圖。在一處理器中，控制參考訊號5與三角波6進行比較後，決定開關元件SWA與SWB(方波的高與低代表開與關)的開關順序。在一般情況下(即，補償前)，因盲時區間的設定，使得開關元件SWA、SWB有同時關閉(OFF)的情況，此時將導致脈波寬度縮小，與原本預期的脈波寬度有落差，使得輸出電流的諧波失真。

第1B圖為補償後控制參考訊號與盲時區間的波形圖。本案的三相盲時區間補償裝置1(示於第2A、2B圖)與三相盲時區間補償方法3(示於第3圖)計算出控制訊號補償量，對控制參考訊號5進行補償後，產生補償後控制參考訊號7(示於第1B圖)，如第1B圖所示，此補償區域的控制參考訊號被提高或降低。將補償後控制參考訊號7與三角波6比較後，開關元件SWA的脈波寬度擴大，讓脈寬修正以降低輸出電流的諧波失真。縱使盲時區間仍然存在，藉由直接補償控制參考訊號的方式，降低盲時區間所帶來的影響。

第2A、2B圖為本案之三相盲時區間補償裝置1之架構示意圖。在第2A、2B圖中，三相盲時區間補償裝置1包括一三相直交流轉換器(three-phase DC to AC converter)2以及一處理器(processor)20。

三相直交流轉換器2具有輸入端p、輸入端n、第一電容C1、第一切換模組M1、第二切換模組M2、第三切換模組M3、電感La、Lb、與Lc、交流電容Ca、Cb、與Cc、鏈電壓Ed。

第一切換模組M1具有並聯之第一開關元件SW1與第一二極體D1以及並聯之第二開關元件SW2與第二二極體D2。第二切換模組M2具有並聯之第三開關元件SW3與第三二極體D3以及並聯之第四開關元件SW4與第四二極體D4。第三切換模組M3具有並聯之第五開關元件SW5與第五二極體D5以及並聯之第六開關元件SW6與第六二極體D6。第一開關元件SW1至第六開關元件SW6可為半導體開關元件或電晶體。第一切換模組M1、第二切換模組M2與第三切換模組M3係用以將直流電壓轉換成交流電壓。

電感La、Lb、與Lc分別連接第一切換模組M1、第二切換模組M2、第三切換模組M3。電感La之一端連接節點a，節點a位於第一開關元件SW1與第二開關元件SW2之間，電感La之另一端連接市電(mains)H與交流電容Ca。電感Lb之一端連接節點b，節點b位於第三開關元件SW3與第四開關元件SW4之間，電感Lb之另一端連接市電H與交流電容Cb。電感Lc之一端連接節點c，節點c位於第五開關元件SW5與第六開關元件SW6之間，電感Lc之另一端連接市電H與交流電容Cc。交流電容Ca、Cb、Cc之各電容的另一端互相連接為節點N。

電流感測器G1量測電感La之a相電感電流ia，電流感測器G1位於第一切換模組M1與電感La之間。電流感測器G2量測電感Lc之c相電感電流ic，電流感測器G2位於第三切換模組M3與電感Lc之間。電流感測器G3量測a相輸出電流ioa，電流感測器G3位於市電H與電感La之間。電流感測器G4量測c相輸出電流ioc，電流感測器G4位於市電H與電感Lc之間。電壓感測器G5並且跨接輸入端p、輸入端n。電壓感測器G6並且跨接交流電容Ca，藉以量測a相電容電壓vca。電壓感測器G7並且跨接交流電容Cc，藉以量測c相電容電壓vcc。

處理器20連接三相直交流轉換器2，處理器20包含三相盲時區間補償器27，此三相盲時區間補償器27用以依據來自電感La與電感Lc之直軸電感電流id與交軸電感電流iq、來自交流電容Ca與交流電容Cc之直軸電容電壓vcd與交軸電容電壓vcq、直軸控制參考訊號ud、交軸控制參考訊號uq、與鏈電壓Ed，計算出直軸盲時區間補償量vdd、交軸盲時區間補償量vdq。處理器20進而利用直軸盲時區間補償量vdd與交軸盲時區間補償量vdq，補償直軸控制參考訊號ud與交軸控制參考訊號uq。

處理器20另包含第一abc三相對dq兩軸轉換器31，第一abc三相對dq兩軸轉換器31之輸入端連接電流感測器G1、電流感測器G2與減法器34。第一abc三相對dq兩軸轉換器31之輸出端連接三相盲時區間補償器27、第一電感電流控制器25、第二電感電流控制器26，電流感測器G1用以量測電感La之a相電感電流ia，電流感測器G2用以量測電感Lc之c相電感電流ic，第一abc三相對dq兩軸轉換器31將a相電感電流ia與c相電感電流ic分別轉換為直軸電感電流id與交軸電感電流iq。減法器34 分別接收a相電感電流ia與c相電感電流ic，兩者相減後輸出至第一abc三相對dq兩軸轉換器31。在一實施例中，電流感測器G1、電流感測器G2可擷取任兩相之電感電流，並且推算出直交軸電感電流。

處理器20另包含第一電感電流控制器25與第二電感電流控制器26，第一電感電流控制器25之輸出端連接三相盲時區間補償器27與加法器28，第一電感電流控制器25之一輸入端連接該第一abc三相對dq兩軸轉換器31，第一電感電流控制器25之另一輸入端連接第一輸出電壓控制器23之輸出端，第一電感電流控制器25接收直軸電感電流id與直軸電感電流命令id*，輸出直軸控制參考訊號ud。第二電感電流控制器26之輸出端連接三相盲時區間補償器27與加法器29，第二電感電流控制器26之一輸入端連接第一abc三相對dq兩軸轉換器31，第二電感電流控制器26之另一輸入端連接第二輸出電壓控制器24之輸出端，第二電感電流控制器26接收交軸電感電流iq與交軸電感電流命令iq*，輸出交軸控制參考訊號uq。

處理器20另包含加法器28、加法器29，加法器28之一輸入端連接第一電感電流控制器25與三相盲時區間補償器27，用以加總直軸控制參考訊號ud與直軸盲時區間補償量vdd，輸出補償後直軸控制參考訊號ud’。加法器29之一輸入端連接第二電感電流控制器26與三相盲時區間補償器27，用以加總交軸控制參考訊號uq與交軸盲時區間補償量vdq，輸出補償後交軸控制參考訊號uq’。

處理器20另包含dq兩軸對abc三相轉換器30、比較器38、比較器39、比較器40，dq兩軸對abc三相轉換器30之輸入端連接加法器28與加法器29。比較器38之正輸入端連接dq兩軸對abc三相轉換器30之第一輸出端，比較器39之正輸入端連接dq兩軸對abc三相轉換器30之第二輸出端，比較器40之正輸入端連接dq兩軸對abc三相轉換器30之第三輸出端，三角波產生器37連接該比較器38之負輸入端、比較器39之負輸入端、與比較器40之負輸入端。

處理器20另包含第一盲時區間產生器41、第二盲時區間產生器42、與第三盲時區間產生器43。第一盲時區間產生器41之輸入端連接比較器38，第一盲時區間產生器41之輸出端連接第一切換模組M1，第一盲時區間產生器41產生切換訊號並且提供給三相直交流轉換器2之第一開關元件SW1與第二開關元件SW2。第二盲時區間產生器42之輸入端連接比較器39，第二盲時區間產生器42之輸出端連接第二切換模組M2，第二盲時區間產生器42產生切換訊號並且提供給三相直交流轉換器2之第三開關元件SW3與第四開關元件SW4。第三盲時區間產生器43之輸入端連接比較器40，第三盲時區間產生器43之輸出端連接第三切換模組M3，第三盲時區間產生器43產生切換訊號並且提供給三相直交流轉換器2之第五開關元件SW5與第六開關元件SW6。

處理器20另包含第三abc三相對dq兩軸轉換器33、減法器36、第一輸出電流控制器21、第二輸出電流控制器22，第三abc三相對dq兩軸轉換器33之輸入端連接電流感測器G3、電流感測器G4與減法器36。第三abc三相對dq兩軸轉換器33接收a相輸出電流ioa、c相輸出電流ioc、與兩者相減訊號(減法器36將a相輸出電流ioa與c相輸出電流ioc相減)後，將直軸輸出電流iod與交軸輸出電流ioq分別輸出到第一輸出電流控制器21與第二輸出電流控制器22。第一輸出電流控制器21之輸入端連接第三abc三相對dq兩軸轉換器33之一輸出端，第一輸出電流控制器21接收直軸輸出電流iod與直軸輸出電流命令iod*，及輸出直軸電容電壓命令vcd*。第二輸出電流控制器22之輸入端連接第三abc三相對dq兩軸轉換器33之另一輸出端，第二輸出電流控制器22接收交軸輸出電流ioq與交軸輸出電流命令ioq*，及輸出交軸電容電壓命令vcq*。

處理器20另包含第二abc三相對dq兩軸轉換器32、減法器35、第一輸出電壓控制器23、與第二輸出電壓控制器24，第二abc三相對dq兩軸轉換器32之輸入端連接電壓感測器G6、電壓感測器G7與減法器35；第二abc三相對dq兩軸轉換器32之一輸出端連接第一輸出電壓控制器23、三相盲時區間補償器27；第二abc三相對dq兩軸轉換器32之另一輸出端連接第二輸出電壓控制器24、與三相盲時區間補償器27。第二abc三相對dq兩軸轉換器32接收a相電容電壓vca與c相電容電壓vcc、與兩者相減訊號(減法器35將a相電容電壓vca與c相電容電壓vcc相減)後，將直軸電容電壓vcd與交軸電容電壓vcq分別輸出到第一輸出電壓控制器23、第二輸出電壓控制器24、與三相盲時區間補償器27。第一輸出電壓控制器23之輸入端連接第二abc三相對dq兩軸轉換器32與第一輸出電流控制器21之輸出端，第一輸出電壓控制器23接收直軸電容電壓vcd與直軸電容電壓命令vcd*，用以輸出直軸電感電流命令id*。第二輸出電壓控制器24之輸入端連接第二abc三相對dq兩軸轉換器32與第二輸出電流控制器22，第二輸出電壓控制器24接收交軸電容電壓vcq與交軸電容電壓命令vcq*，及輸出交軸電感電流命令iq*。

第3圖為本案之三相盲時區間補償方法3之流程示意圖。三相盲時區間補償方法3包括：步驟S11、步驟S12、步驟S13、步驟S14、以及步驟S15。在步驟S11中，從三相直交流轉換器2擷取a相電感電流ia與c相電感電流ic；在步驟S12中，利用第一abc三相對dq兩軸轉換器31，將a相電感電流ia與c相電感電流ic分別轉換為直軸電感電流id與交軸電感電流iq；在步驟S13中，從第一電感電流控制器25與第二電感電流控制器26擷取直軸控制參考訊號ud與交軸控制參考訊號uq；在步驟S14中，利用電壓感測器G5，從三相直交流轉換器2擷取鏈電壓Ed；在步驟S15中，利用三相盲時區間補償器27，接收直軸電感電流id、交軸電感電流iq、直軸控制參考訊號ud、交軸控制參考訊號uq、一直軸電容電壓vcd、一交軸電容電壓vcq、與鏈電壓Ed，輸出直軸盲時區間補償量vdd與交軸盲時區間補償量vdq。

在步驟S12中，進一步包含：利用減法器34，將a相電感電流ia與c相電感電流ic進行相減，並且輸出相減訊號到第一abc三相對dq兩軸轉換器31。

三相盲時區間補償方法3另包含以下步驟：利用第一輸出電流控制器21，接收直軸輸出電流iod與直軸輸出電流命令iod*，與輸出直軸電容電壓命令vcd*，其中直軸輸出電流iod來自第三abc三相對dq兩軸轉換器33；利用第二輸出電流控制器22，接收交軸輸出電流ioq與交軸輸出電流命令ioq*，與輸出交軸電容電壓命令vcq*，其中交軸輸出電流ioq來自第三abc三相對dq兩軸轉換器33；以及利用第三abc三相對dq兩軸轉換器33，擷取三相直交流轉換器2之a相輸出電流ioa、與c相輸出電流ioc，並且將a相輸出電流ioa與c相輸出電流ioc分別轉換為直軸輸出電流iod與交軸輸出電流ioq。利用減法器36，將a相輸出電流ioa與 c相輸出電流ioc進行相減，輸出相減訊號至第三abc三相對dq兩軸轉換器33。

三相盲時區間補償方法3另包含以下步驟：利用第一輸出電壓控制器23，接收直軸電容電壓命令vcd*與直軸電容電壓vcd，輸出直軸電感電流命令id*；利用第二輸出電壓控制器24，接收交軸電容電壓命令vcq*與交軸電容電壓vcq，輸出交軸電感電流iq*；以及利用第二abc三相對dq兩軸轉換器32，擷取三相直交流轉換器2之a相電容電壓vca、與c相電容電壓vcc，並且將a相電容電壓vca與該c相電容電壓vcc分別轉換為直軸電容電壓vcd與交軸電容電壓vcq，將直軸電容電壓vcd與交軸電容電壓vcq傳送到三相盲時區間補償器27、第一輸出電壓控制器23、與第二輸出電壓控制器24。利用減法器35，將a相電容電壓vca與c相電容電壓vcc進行相減，輸出相減訊號至第二abc三相對dq兩軸轉換器32。

三相盲時區間補償方法3另包含以下步驟：利用第一電感電流控制器25，接收直軸電感電流命令id*、與直軸電感電流id，輸出直軸控制參考訊號ud；利用第二電感電流控制器26，接收交軸電感電流命令iq*與交軸電感電流iq，輸出交軸控制參考訊號uq。三相盲時區間補償方法3另包含將直軸控制參考訊號ud傳送到三相盲時區間補償器27與加法器28，以及將交軸控制參考訊號uq傳送到三相盲時區間補償器27與加法器29。

三相盲時區間補償方法3另包含以下步驟：利用加法器28，加總直軸盲時區間補償量vdd與直軸控制參考訊號ud，輸出補償後直軸控制參考訊號ud’；以及利用加法器29，加總交軸盲時區間補償量vdq與交軸控制參考訊號uq，輸出補償後交軸控制參考訊號uq’。

三相盲時區間補償方法3另包含以下步驟：利用dq兩軸對abc三相轉換器30，轉換補償後直軸控制參考訊號ud’與補償後交軸控制參考訊號uq’為a相補償後控制參考訊號ua’、b相補償後控制參考訊號ub’、與c相補償後控制參考訊號uc’。

三相盲時區間補償方法3另包含以下步驟：利用比較器38，比較a相補償後控制參考訊號ua’與三角波(由三角波產生器37所產生)，輸出第一比較訊號T1；利用比較器39，比較b相補償後控制參考訊號ub’與三角波，輸出第二比較訊號T2；利用比較器40，比較c相補償後控制參考訊號uc’與該三角波，輸出一第三比較訊號T3。

三相盲時區間補償方法3另包含以下步驟：利用第一盲時區間產生器41，接收第一比較訊號T1，並且將第一切換訊號S1到第一開關元件SW1、第二切換訊號S2到第二開關元件SW2；利用第二盲時區間產生器42，接收第二比較訊號T2，輸出第三切換訊號S3到第三開關元件SW3、第四切換訊號S4到第四開關元件SW4；利用第三盲時區間產生器43，接收第三比較訊號T3，輸出第五切換訊號S5到第五開關元件SW5、第六切換訊號S6到第六開關元件SW6。

三相盲時區間補償器27包含一直軸盲時區間補償公式(1)：

…(1)

其中vdd係直軸盲時區間補償量，Ed係鏈電壓，ud係直軸控制參考訊號，ω係角頻率，iq係交軸電感電流，L _f與L係電感La的電感值(電感值相等，其可表示為L _f=L=La=Lb=Lc)，id係該直軸電感電流，vcd係一直軸電容電壓。對應第2A、2B圖，三相盲時區間補償器27接收來自電感La與電感Lc之直軸電感電流id與交軸電感電流iq、來自交流電容Ca與交流電容Cc之直軸電容電壓vcd、直軸控制參考訊號ud、與鏈電壓Ed，計算出直軸盲時區間補償量vdd。

三相盲時區間補償器27包含一交軸盲時區間補償公式(2)：

…(2)

其中vdq係交軸盲時區間補償量，Ed係鏈電壓，uq係交軸控制參考訊號，ω係角頻率，id係直軸電感電流，L _f與L係電感La的電感值(電感值相等，其可表示為L _f=L=La=Lb=Lc)，iq係交軸電感電流，vcq係交軸電容電壓。對應第2A、2B圖，三相盲時區間補償器27接收來自電感La與電感Lc之直軸電感電流id與交軸電感電流iq、來自交流電容Ca與交流電容Cc之交軸電容電壓vcq、交軸控制參考訊號uq、與鏈電壓Ed，計算出交軸盲時區間補償量vdq。

本案以克西荷夫電壓定律(KVL)來推導直軸盲時區間補償公式(1)與交軸盲時區間補償公式(2)。公式(3)從abc三相節點到節點N，以及電感La、Lb、Lc之間形成閉合迴路等式，其中vaN、vbN、與vcN分別是abc三相節點到節點N的跨壓，並且公式(3)包含a相電容電壓vca、b相電容電壓vcb、c相電容電壓vcc。

…(3)

公式(4)係abc三相節點到節點N的跨壓、三相調變因子(modulation index) ua、ub與uc(等同三相控制參考訊號)、與a相盲時區間補償量vda、b相盲時區間補償量vdb與c相盲時區間補償量vdc(等同盲時區間所造成之電壓損失，故須要進行補償)之間的關係式，公式(4)包含鏈電壓Ed。

…(4)

公式(5)係電感定義(電流的時間變數微分乘上電感，等於電壓)，電感La、Lb、Lc之電感電壓vLa、vLb、vLc與a相電感電流ia、b相電感電流ib、c相電感電流ic之關係式，L _f係電感La的電感值(電感值相等，可表示為L _f=La=Lb=Lc)。

…(5)

將公式(3)、(4)代入公式(5)，以a相盲時區間補償量vda、b相盲時區間補償量vdb與c相盲時區間補償量vdc為主體，整理成公式(6)：

…(6)

對公式(6)進行三相對直交軸轉換(abc三相 對 dq兩軸轉換，或稱為派克轉換Park's Transformation)，兩者之間的轉換使用公式(7)進行，公式(8)係將公式(7)之部分矩陣簡化為A矩陣，公式(9)為簡化結果。

…(7)

…(8)

…(9)

公式(9)對應到本案物理量，將a相盲時區間補償量vda、b相盲時區間補償量vdb與c相盲時區間補償量vdc轉換為直軸盲時區間補償量vdd與交軸盲時區間補償量vdq，可寫成以下形式，如公式(10)：

…(10)

對公式(6)之a相盲時區間補償量vda、b相盲時區間補償量vdb與c相盲時區間補償量vdc矩陣代入公式(10)，並且整理出公式(11)：

…(11)

公式(11)中，尚存在三相調變因子ua、ub與uc矩陣，三相電感電流ia、ib、與ic矩陣、以及三相電容電壓vca、vcb、與vcc矩陣，需要將三相的訊號轉換為直交軸訊號。進一步地，執行直交軸對三相轉換(dq兩軸對abc三相轉換)，轉換式如公式(12)、(13)、與(14)

…(12)

…(13)

…(14)

將三相調變因子ua、ub與uc矩陣，三相電感電流ia、ib、與ic矩陣、以及三相電容電壓vca、vcb、與vcc矩陣整理成雷同公式(14)的型態，整理結果分別如公式(15)、(16)、與(17)：

…(15)

…(16)

…(17)

公式(15)、(16)、與(17)代入公式(11)後，將三相的參數轉換為直交軸參數，並且進行整理為公式(18)：

…(18)

各項係數進行整理，並且將矩陣A與B提出後，整理為公式(19)：

…(19)

其中矩陣A與矩陣B的乘積與矩陣因子如公式(20)所示：

…(20)

對矩陣B中的時間變數微分後，再乘上矩陣A，其矩陣因子如公式(21)：

…(21)

將公式(20)、與(21)代入公式(19)，得到公式(22)：

…(22)

對公式(22)的係數整理後，得到公式(23)：

…(23)

公式(23)寫成行列式，得到三相盲時區間補償器27所包含的直軸盲時區間補償公式(1)與交軸盲時區間補償公式(2)：

…(1)

…(2)

第4圖為本案一實施例之模擬驗證規格表，其中基本規格為功率100kW，輸入端之直流電壓400V與輸出交流電壓200Vrms/60Hz，切換頻率7.92kHz。性能要求為在負載下輸出電流之諧波失真率小於3%(放電狀態，功率因數達到0.99)。以及驗證結果為(i)無補償的狀況下，輸出電流之諧波失真率為2.75%。(ii)經本案補償後，輸出電流之諧波失真率為1.86%，明顯地改善了諧波失真問題。

第5圖為本案中補償前之直軸控制參考訊號ud、補償後直軸控制參考訊號ud’、交軸控制參考訊號uq、與補償後交軸控制參考訊號uq’之波形圖。其中橫軸為時間(秒)，縱軸為標么值（Per-unit value）。直軸控制參考訊號ud之波形如藍色線(平滑線，標么值接近0.2)，補償後直軸控制參考訊號ud’由直軸控制參考訊號ud與直軸盲時區間補償量vdd(由三相盲時區間補償器27所產生)加總而來，等同調整原本直軸控制參考訊號ud之量值。補償後直軸控制參考訊號ud’的波形為小區域方波(方框狀)，量值比原本的直軸控制參考訊號ud較高或較低。

同理，交軸控制參考訊號uq之波形如藍色線(平滑線，標么值接近1)，補償後交軸控制參考訊號uq’由交軸控制參考訊號uq與交軸盲時區間補償量vdq(由三相盲時區間補償器27所產生)加總而來，等同調整原本交軸控制參考訊號uq之量值。補償後交軸控制參考訊號uq’的波形為小區域方波，量值比原本的交軸控制參考訊號uq較高或較低。

第6圖為本案中補償前之a相調變因子ua(等同a相控制參考訊號)、a相補償後控制參考訊號ua’之波形圖。其中橫軸為時間(秒)，縱軸為標么值。a相補償後控制參考訊號ua’係利用dq兩軸對abc三相轉換器30，從補償後直軸控制參考訊號ud’與補償後交軸控制參考訊號uq’轉換而來。故a相補償後控制參考訊號ua’與原始a相調變因子ua不同，其波形為小區域方波(小方框)，量值比原本的a相調變因子ua較高或較低。

第7圖為第6圖之部分放大圖，其來自第6圖之方框51。此處微觀而言，a相調變因子ua標么值約為0.87~0.88，經過三相盲時區間補償器27補償後(先對直交軸控制參考訊號ud、與uq補償後，再進行dq兩軸對abc三相轉換)得到a相補償後控制參考訊號ua’，a相補償後控制參考訊號ua’的標么值約為0.91~0.92。由此可證實本案直接補償直交軸控制參考訊號ud、與uq後，獲得三相補償後控制參考訊號ua’、ub’、與uc’。

第8圖為採用本案之三相盲時區間補償裝置1及三相盲時區間補償方法3，輸出交流電壓V _ab之模擬驗證結果之波形圖。其中橫軸為時間(秒)，縱軸為電壓(伏特)。經由三相盲時區間補償器27計算出之直軸盲時區間補償量vdd與交軸盲時區間補償量vdq後，以直軸盲時區間補償量vdd來補償直軸控制參考訊號ud，以交軸盲時區間補償量vdq來補償交軸控制參考訊號uq，再進行直交軸對三相轉換，獲得的三相轉換結果分別為a相補償後控制參考訊號ua’、b相補償後控制參考訊號ub’、與c相補償後控制參考訊號uc’，並且分別產生切換訊號到三相直交流轉換器2。進而調整交流電壓V _ab(a相節點、b相節點的跨壓)之脈波寬度之大小，修正後交流電壓V _ab’具有擴大之脈波寬度(斜線區域)，降低盲時區間對交流電壓V _ab所帶來之影響。此補償方式可同時補償切換模組因溫度變化所造成的補償誤差，使補償精準度更高，降低盲時區間所帶來的影響且減少交流電壓之電壓損失。

第9A圖為三相直交流轉換器2未採用本案之補償裝置及補償方法的情況下，三相輸出電流之模擬驗證結果之波形圖。其中橫軸為時間(秒)，縱軸為電流(安培)。三條諧波分別為a相輸出電流ioa、b相輸出電流iob、與c相輸出電流ioc，三相直交流轉換器2 既有之盲時區間使補償前之電流諧波失真率為2.75%，可從圖上看出三相輸出電流存在些微漣波且不平滑。

第9B圖為採用本案之三相盲時區間補償裝置1及三相盲時區間補償方法3的情況下，三相輸出電流之模擬驗證結果之波形圖。其中橫軸為時間(秒)，縱軸為電流(安培)。三條諧波分別為a相輸出電流ioa、b相輸出電流iob、與c相輸出電流ioc。補償後之輸出電流之諧波失真率為1.86%，明顯降低輸出電流諧波失真的現象，可從圖上看出三相輸出電流的漣波消失且平滑。

綜上所述，本案之三相盲時區間補償裝置1及三相盲時區間補償方法3可具有下列之特色或技術功效。

(一)、本案提出一種盲時區間之補償方法可應用於三相併網型轉換器，藉由計算出盲時區間所造成之損失，進而補償控制參考訊號，補償後之控制參考訊號將調整交流電壓之脈波寬度之大小，以降低盲時區間所帶來之影響，降低輸出電流波形失真。當功率晶體溫度升高時所造成之導通與截止之時間延遲，也可以一併進行補償。

二、本案計算出盲時區狀況下所需之電壓補償量，三相盲時區間補償器求出直軸盲時區間補償量與交軸盲時區間補償量，直接補償原始的直交軸控制參考訊號，以達到補償控制參考訊號之效果，提高對控制參考訊號之補償精準度，進而降低盲時區間對交流電壓所帶來之影響。

三、本案可以不須計算相位差，補償精度較佳，計算方程式較簡單，無需額外使用硬體電路。

上述實施形態僅例示性說明本案之原理、特點及其功效，並非用以限制本案之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本案之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本案所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為申請專利範圍所涵蓋。因此，本案之權利保護範圍，應如申請專利範圍所列。

1:三相盲時區間補償裝置 2:三相直交流轉換器 3:三相盲時區間補償方法 5:控制參考訊號 6:三角波 7:補償後控制參考訊號 20:處理器 21:第一輸出電流控制器 22:第二輸出電流控制器 23:第一輸出電壓控制器 24:第二輸出電壓控制器 25:第一電感電流控制器 26:第二電感電流控制器 27:三相盲時區間補償器 28:加法器 29:加法器 30:dq兩軸對abc三相轉換器 31:第一abc三相對dq兩軸轉換器 32:第二abc三相對dq兩軸轉換器 33:第三abc三相對dq兩軸轉換器 34:減法器 35:減法器 36:減法器 37:三角波產生器 38:比較器 39:比較器 40:比較器 41:第一盲時區間產生器 42:第二盲時區間產生器 43:第三盲時區間產生器 51:方框 C1:第一電容 Ca:交流電容 Cb:交流電容 Cc:交流電容 D1:第一二極體 D2:第二二極體 D3:第三二極體 D4:第四二極體 D5:第五二極體 D6:第六二極體 Ed:鏈電壓 G1:電流感測器 G2:電流感測器 G3:電流感測器 G4:電流感測器 G5:電壓感測器 G6:電壓感測器 G7:電壓感測器 H:市電 ia:a相電感電流 ib:b相電感電流 ic:c相電感電流 id:直軸電感電流 id*:直軸電感電流命令 ioa:a相輸出電流 iob:b相輸出電流 ioc:c相輸出電流 iod:直軸輸出電流 iod*:直軸輸出電流命令 ioq:交軸輸出電流 ioq*:交軸輸出電流命令 iq:交軸電感電流 iq*:交軸電感電流命令 La:電感 Lb:電感 Lc:電感 M1:第一切換模組 M2:第二切換模組 M3:第三切換模組 S1:第一切換訊號 S2:第二切換訊號 S3:第三切換訊號 S4:第四切換訊號 S5:第五切換訊號 S6:第六切換訊號 S11-S15:步驟 SW1:第一開關元件 SW2:第二開關元件 SW3:第三開關元件 SW4:第四開關元件 SW5:第五開關元件 SW6:第六開關元件 SWA:開關元件 SWB:開關元件 T1:第一比較訊號 T2:第二比較訊號 T3:第三比較訊號 ua:a相調變因子 ua’:a相補償後控制參考訊號 ub:b相調變因子 ub’:b相補償後控制參考訊號 uc:c相調變因子 uc’:c相補償後控制參考訊號 ud:直軸控制參考訊號 ud’:補償後直軸控制參考訊號 uq:交軸控制參考訊號 uq’:補償後交軸控制參考訊號 V _ab:輸出交流電壓 V _ab’:修正後交流電壓 vca:a相電容電壓 vcb:b相電容電壓 vcc:c相電容電壓 vcd:直軸電容電壓 vcd*:直軸電容電壓命令 vcq:交軸電容電壓 vcq*:交軸電容電壓命令 vda:a相盲時區間補償量 vdb:b相盲時區間補償量 vdc:c相盲時區間補償量 vdd:直軸盲時區間補償量 vdq:交軸盲時區間補償量 vLa:電感電壓 vLb:電感電壓 vLc:電感電壓

第1A圖為本案之補償前控制參考訊號與盲時區間的波形圖； 第1B圖為本案之補償後控制參考訊號與盲時區間的波形圖； 第2A、2B圖為本案之三相盲時區間補償裝置之架構示意圖； 第3圖為本案之三相盲時區間補償方法之流程示意圖； 第4圖為本案一實施例之模擬驗證規格表； 第5圖為本案中補償前之直/交軸控制參考訊號、補償後直/交軸控制參考訊號之波形圖； 第6圖為本案中補償前之a相調變因子、a相補償後控制參考訊號之波形圖； 第7圖為本案第6圖之部分放大圖； 第8圖為採用本案之輸出交流電壓之模擬驗證結果之波形圖； 第9A圖為三相直交流轉換器未採用本案之補償裝置及補償方法的情況下，三相輸出電流之模擬驗證結果之波形圖；以及 第9B圖為採用本案之三相盲時區間補償裝置及三相盲時區間補償方法的情況下，三相輸出電流之模擬驗證結果之波形圖。

1:三相盲時區間補償裝置

20:處理器

21:第一輸出電流控制器

22:第二輸出電流控制器

23:第一輸出電壓控制器

24:第二輸出電壓控制器

25:第一電感電流控制器

26:第二電感電流控制器

27:三相盲時區間補償器

28:加法器

29:加法器

30:dq兩軸對abc三相轉換器

31:第一abc三相對dq兩軸轉換器

32:第二abc三相對dq兩軸轉換器

33:第三abc三相對dq兩軸轉換器

34:減法器

35:減法器

36:減法器

37:三角波產生器

38:比較器

39:比較器

40:比較器

41:第一盲時區間產生器

42:第二盲時區間產生器

43:第三盲時區間產生器

id:直軸電感電流

id*:直軸電感電流命令

iq:交軸電感電流

iq*:交軸電感電流命令

iod:直軸輸出電流

iod*:直軸輸出電流命令

ioq:交軸輸出電流

ioq*:交軸輸出電流命令

S1:第一切換訊號

S2:第二切換訊號

S3:第三切換訊號

S4:第四切換訊號

S5:第五切換訊號

S6:第六切換訊號

T1:第一比較訊號

T2:第二比較訊號

T3:第三比較訊號

ud:直軸控制參考訊號

uq:交軸控制參考訊號

ud’:補償後直軸控制參考訊號

uq’:補償後交軸控制參考訊號

ua’a相補償後控制參考訊號

ub’:b相補償後控制參考訊號

uc’:c相補償後控制參考訊號

vdd:直軸盲時區間補償量

vdq:交軸盲時區間補償量

vcd:直軸電容電壓

vcd*:直軸電容電壓命令

vcq:交軸電容電壓

vcq*:交軸電容電壓命令

Claims (20)

1. 一種三相盲時區間補償裝置，包括： 一三相直交流轉換器，係具有一第一切換模組、一第二切換模組、一第三切換模組、一第一電感連接該第一切換模組、一第二電感連接該第二切換模組、一第三電感連接該第三切換模組、一第一交流電容連接該第一電感、一第二交流電容連接該第二電感、與一第三交流電容連接該第三電感，且該第一切換模組、該第二切換模組與該第三切換模組係用以將直流電壓轉換成交流電壓；以及 一處理器，係連接該三相直交流轉換器，且該處理器包含一三相盲時區間補償器用以依據分別來自該第一電感與該第二電感之一直軸電感電流與一交軸電感電流、來自該第一交流電容與該第二交流電容之一直軸電容電壓與一交軸電容電壓、一直軸控制參考訊號、一交軸控制參考訊號、與一鏈電壓，計算出一直軸盲時區間補償量、與一交軸盲時區間補償量，該處理器分別利用該直軸盲時區間補償量與該交軸盲時區間補償量，補償該直軸控制參考訊號與該交軸控制參考訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該處理器更包括： 一第一abc三相對dq兩軸轉換器，該第一abc三相對dq兩軸轉換器之輸入端連接一第一電流感測器、一第二電流感測器與一減法器，該第一abc三相對dq兩軸轉換器之輸出端連接該三相盲時區間補償器，該第一電流感測器用以量測該第一電感之一第一相電感電流，該第二電流感測器用以量測該第二電感之一第二相電感電流，該第一abc三相對dq兩軸轉換器用以將該第一相電感電流與該第二相電感電流分別轉換為該直軸電感電流與該交軸電感電流。
3. 如申請專利範圍第2項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該處理器更包括： 一第一電感電流控制器，該第一電感電流控制器之輸出端連接該三相盲時區間補償器，該第一電感電流控制器之輸入端連接該第一abc三相對dq兩軸轉換器，該第一電感電流控制器接收該直軸電感電流，輸出該直軸控制參考訊號；以及 一第二電感電流控制器，該第二電感電流控制器之輸出端連接該三相盲時區間補償器，該第二電感電流控制器之輸入端連接該第一abc三相對dq兩軸轉換器，該第二電感電流控制器接收該交軸電感電流，輸出該交軸控制參考訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該處理器更包括： 一第一加法器，該第一加法器之輸入端連接該第一電感電流控制器與該三相盲時區間補償器，用以加總該直軸控制參考訊號與該直軸盲時區間補償量，輸出一補償後直軸控制參考訊號；以及 一第二加法器，該第二加法器之輸入端連接該第二電感電流控制器與該三相盲時區間補償器，用以加總該交軸控制參考訊號與該交軸盲時區間補償量，輸出一補償後交軸控制參考訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該處理器更包括： 一dq兩軸對abc三相轉換器，該dq兩軸對abc三相轉換器之輸入端連接該第一加法器與該第二加法器； 一第一比較器，該第一比較器之正輸入端連接該dq兩軸對abc三相轉換器之一第一輸出端； 一第二比較器，該第二比較器之正輸入端連接該dq兩軸對abc三相轉換器之一第二輸出端； 一第三比較器，該第三比較器之正輸入端連接該dq兩軸對abc三相轉換器之一第三輸出端；以及 一三角波產生器，連接該第一比較器之負輸入端、該第二比較器之負輸入端、該第三比較器之負輸入端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該處理器更包括： 一第一盲時區間產生器，該第一盲時區間產生器之輸入端連接該第一比較器，該第一盲時區間產生器之輸出端連接該第一切換模組； 一第二盲時區間產生器，該第二盲時區間產生器之輸入端連接該第二比較器，該第二盲時區間產生器之輸出端連接該第二切換模組；以及 一第三盲時區間產生器，該第三盲時區間產生器之輸入端連接該第三比較器，該第三盲時區間產生器之輸出端連接該第三切換模組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該處理器更包括： 一第三abc三相對dq兩軸轉換器，該第三abc三相對dq兩軸轉換器之輸入端連接一第三電流感測器、一第四電流感測器與一減法器； 一第一輸出電流控制器，該第一輸出電流控制器之輸入端連接該第三abc三相對dq兩軸轉換器，用以輸出一直軸電容電壓命令；以及 一第二輸出電流控制器，該第二輸出電流控制器之輸入端連接該第三abc三相對dq兩軸轉換器，用以輸出一交軸電容電壓命令。
8. 如申請專利範圍第1項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該處理器更包括： 一第二abc三相對dq兩軸轉換器，該第二abc三相對dq兩軸轉換器之輸入端連接一第一電壓感測器、一第二電壓感測器與一減法器； 一第一輸出電壓控制器，該第一輸出電壓控制器之輸入端連接該第二abc三相對dq兩軸轉換器，用以輸出一直軸電感電流命令；以及 一第二輸出電壓控制器，該第二輸出電壓控制器之輸入端連接該第二abc三相對dq兩軸轉換器，用以輸出一交軸電感電流命令。
9. 如申請專利範圍第1項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該三相盲時區間補償器包含一直軸盲時區間補償公式：

   

   其中，vdd係該直軸盲時區間補償量，Ed係該鏈電壓，ud係該直軸控制參考訊號，ω係角頻率，iq係該交軸電感電流，L _f與L係該第一電感，id係該直軸電感電流，vcd係該直軸電容電壓。
10. 如申請專利範圍第1項所述之三相盲時區間補償裝置，其中，該三相盲時區間補償器包含一交軸盲時區間補償公式：

    

    其中，vdq係該交軸盲時區間補償量，Ed係該鏈電壓，uq係該交軸控制參考訊號，ω係角頻率，id係該直軸電感電流，L _f與L係該第一電感，

    

    係該交軸電感電流，vcq係該交軸電容電壓。
11. 一種三相盲時區間補償方法，包括： 從一三相直交流轉換器擷取一第一相電感電流與一第二相電感電流； 利用一第一abc三相對dq兩軸轉換器，將該第一相電感電流與該第二相電感電流分別轉換為一直軸電感電流與一交軸電感電流； 從一第一電感電流控制器與一第二電感電流控制器擷取一直軸控制參考訊號與一交軸控制參考訊號； 利用一電壓感測器，從該三相直交流轉換器擷取一鏈電壓；以及 利用一三相盲時區間補償器，接收該直軸電感電流、該交軸電感電流、該直軸控制參考訊號、該交軸控制參考訊號、一直軸電容電壓、一交軸電容電壓、與該鏈電壓，輸出一直軸盲時區間補償量與一交軸盲時區間補償量。
12. 如申請專利範圍第11項所述之三相盲時區間補償方法，更包括： 利用該第一電感電流控制器，接收直軸電感電流命令、該直軸電感電流，輸出該直軸控制參考訊號；以及 利用該第二電感電流控制器，接收該交軸電感電流與交軸電感電流命令，輸出該交軸控制參考訊號。
13. 如申請專利範圍第11項所述之三相盲時區間補償方法，更包括： 利用一第一加法器，加總該直軸盲時區間補償量與該直軸控制參考訊號，輸出一補償後直軸控制參考訊號；以及 利用一第二加法器，加總該交軸盲時區間補償量與該交軸控制參考訊號，輸出一補償後交軸控制參考訊號。
14. 如申請專利範圍第13項所述之三相盲時區間補償方法，更包括： 利用一dq兩軸對abc三相轉換器，轉換該補償後直軸控制參考訊號與該補償後交軸控制參考訊號為一第一相補償後控制參考訊號、一第二相補償後控制參考訊號、與一第三相補償後控制參考訊號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之三相盲時區間補償方法，更包括： 利用一第一比較器，比較該第一相補償後控制參考訊號與一三角波，輸出一第一比較訊號； 利用一第二比較器，比較該第二相補償後控制參考訊號與該三角波，輸出一第二比較訊號；以及 利用一第三比較器，比較該第三相補償後控制參考訊號與該三角波，輸出一第三比較訊號。
16. 如申請專利範圍第15項所述之三相盲時區間補償方法，更包括： 利用一第一盲時區間產生器，接收該第一比較訊號，輸出一第一切換訊號、一第二切換訊號到該三相直交流轉換器； 利用一第二盲時區間產生器，接收該第二比較訊號，輸出一第三切換訊號、一第四切換訊號到該三相直交流轉換器；以及 利用一第三盲時區間產生器，接收該第三比較訊號，輸出一第五切換訊號、一第六切換訊號到該三相直交流轉換器。
17. 如申請專利範圍第11項所述之三相盲時區間補償方法，更包括： 利用一第一輸出電流控制器，接收一直軸輸出電流與一直軸輸出電流命令，輸出一直軸電容電壓命令； 利用一第二輸出電流控制器，接收一交軸輸出電流與一交軸輸出電流命令，輸出一交軸電容電壓命令；以及 利用一第三abc三相對dq兩軸轉換器，擷取該三相直交流轉換器之一第一相輸出電流、與一第二相輸出電流，將該第一相輸出電流與該第二相輸出電流分別轉換為該直軸輸出電流與該交軸輸出電流。
18. 如申請專利範圍第17項所述之三相盲時區間補償方法，更包括： 利用一第一輸出電壓控制器，接收該直軸電容電壓命令與該直軸電容電壓，輸出一直軸電感電流命令； 利用一第二輸出電壓控制器，接收該交軸電容電壓命令與該交軸電容電壓，輸出該交軸電感電流；以及 利用一第二abc三相對dq兩軸轉換器，擷取該三相直交流轉換器之一第一相電容電壓、一第二相電容電壓，將該第一相電容電壓與該第二相電容電壓分別轉換為該直軸電容電壓與該交軸電容電壓。
19. 如申請專利範圍第11項所述之三相盲時區間補償方法，其中，該三相盲時區間補償器包含一直軸盲時區間補償公式：

    

    其中，vdd係該直軸盲時區間補償量，Ed係該鏈電壓，ud係該直軸控制參考訊號，ω係角頻率，iq係該交軸電感電流，L _f與L係一第一電感，id係該直軸電感電流，vcd係該直軸電容電壓。
20. 如申請專利範圍第11項所述之三相盲時區間補償方法，其中，該三相盲時區間補償器包含一交軸盲時區間補償公式：

    

    其中，vdq係該交軸盲時區間補償量，Ed係該鏈電壓，uq係該交軸控制參考訊號，ω係角頻率，id係該直軸電感電流，L _f與L係一第一電感，iq係該交軸電感電流，vcq係該交軸電容電壓。

Images