专利名称：一种通用变频器死区补偿方法
技术领域：
本发明涉及变频器的死区补偿方法，尤其涉及能提高电流过零检测的准确度，减 小因死区补偿不准确造成的较大的电流交越失真的通用变频器死区补偿方法。
背景技术：
现有的典型的通用变频器系统结构，如图1所示，该系统采用基于电压空间适量 调制的VVVF控制方式，其基本原理是三相交流经过整流桥整流及母线电容滤波，为由 IGBTQ1-Q6组成的逆变桥提供直流电源，DSP或MCU控制器通过检测两相电流。综合设定频 率进行脉宽调制，产生三相六管的PWM驱动信号，控制各相上下桥臂轮流调节逆变器输出 电压，进而调节电机实际输入电压，从而达到变压变频调速的目的。从图1可以看出，各相桥臂上下两管交替导通，由于电力电子器件的开关需要时 间，若不采取措施，很有可能出现某一臂一侧管尚未完全关断，而另一侧管又已开通，形成 所谓“直通”现象。因此在实际应用中，为防止上下两管同时导通，在两者开通与关断信号 之间引入“死区时间”，在该时间内两管均处于可靠关断状态。电机控制中，为了防止IGBT或MOSFET同一桥臂直通，都会加入死区，死区的加入 会造成实际输出与理论的偏差，并使输出的谐波量增大和力矩波动。虽然磁场定向控制 (FOC)和直接转矩控制(DTC)在变频器中得到越来越多的使用，但是通用变频器常采用V/F 控制，应用很广，且通用性比较强，但是V/F控制在低频时，转速精度差，输出力矩也比较小 且脉动较大。除了本身V/F方法外，死区造成的影响也非常大，因此，对死区进行补偿，能使 V/F低速控制的性能会得到很大改善。现在很多的死区补偿方法，是基于电流极性来补偿，对电流极性的检测精度提出 了很高的要求，但是实际应用中电流检测往往很容易受扰，尤其在电流过零的时候，就会造 成补偿不准确，使过零时电流畸变变大。中国专利公开号CN1341989公开的变频器的死区补偿方法，是采用同步放置坐标 系下电流前馈与电流反馈相结合的复合补偿方法，通过电流空间适量分析，进行有效补偿。中国专利公开号CN1355596公开的一种用于脉宽调制型变频电源中死区补偿的 方法，该方法是首先将被控电源输出的三相脉宽调制电压信号，经隔离变换后得到正负电 平信号，然后产生一个指令脉宽调制信号，并延时2-3个微秒，得到一个正负跳变沿信号； 读取的高低电平状态，根据信号的正负进行补偿。中国专利公开号CN101820214公开的一种用于变频器上的死区补偿方法，其变频 器采用的电压信号为二相静止坐标系电压信号，该死区补偿方法包括(1)把二相静止坐 标系电流Ia、Ie转变为三相静止坐标系电流IA、IB、Ic ； (2)分别对三相电压中的各相电压 根据电流方向进行死区补偿；⑶对补偿后的电压，从三相静止坐标系电流IA、IB、Ic转变为 二相静止坐标系电流Ia、Ie。中国专利CN101820231公开的用于变频器的电流过零检测及死区补偿方法，其包 括(1)将上、下桥臂的驱动信号I2L、Wx相“或”，作为D触发器的时钟信号，将变频器输出电压Ux隔离变换得到高低电平Sx并作为D触发器的输入信号，获得输出信号Qx，(2)根据 Qx判断死区时间内输出电流的极性；(3)在每个开关周期Ts内，判断Qx是否翻转；(4)依 据在每个开关周期Ts内的Qx翻转次数Nf，来确定在该开关周期里输出电流的形态。中国专利CN101834519公开的基于高压大功率变频器的低频下死区补偿方法，其 包括以下步骤(a)启动变频器，当变频器转速达到给定频率，给定频率范围在IHz到60Hz， 采集定子电流中的U、V两相电流值、、、；(《根据3S/2R变换公式，计算出电流分量id、电 流分量及角度β的数值；(c)根据电流分量id和电流分量的数值，计算出电流矢量 角θ的数值，根据矢量角θ判断电流矢量在圆中所处的扇区；(d)CPU根据定子电流矢量 is所在扇区，判断各相电流的正负方向；(e)将补偿后的指令波形发送至变频器的各处理单 元，并返回步骤(a)。上述专利申请中的死区补偿方法步骤复杂，占用内存大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有死区补偿方法所存在的步骤复杂的技 术问题而提供一种步骤相对简单的通用变频器死区补偿方法。该补偿方法过程简单，所占 用的内存小。本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现一种通用变频器死区补偿方法，该方法包括如下步骤(1)采集电机的三相电流 信号Iu、Iv、Iw并采用硬件滤波和送入数字信号处理器中进行数字滤波；(2)根据所检测电 流的大小及正负对补偿的大小进行线性处理，即当一相电流为正向时，对应该相电流逆变 桥的上桥臂Qx的开通时间相应地增加一个死区时间，而对应该相电流逆变桥的下桥臂Qy 的开通时间相应地减少一个死区时间；当该相电流为负向时，对应该相电流逆变桥的上桥 臂Qx的开通时间相应地减少一个死区时间，而对应该相电流逆变桥的下桥臂Qy的开通时 间相应地增加一个死区时间。本发明所述的数字滤波采用一阶低通滤波，截止频率为1KHZ。本发明通过电流采集自动补偿与数字滤波，使电流扰动减小，使电流过零检测更 加可靠。本发明采用电流过零时死区补偿的线性处理，减少过零时电流检测不准造成的补 偿问题。本发明利用各相电流极性以及电压矢量区间，对U、V、W输出进行死区补偿。本发明对死区补偿简单，且补偿的准确度比较高，很好的克服了以前有关死偿补 偿的缺陷。
图1为通用变频器系统结构示意图。图2为本发明通用变频器系统结构示意图。图3为本发明未加入数字滤波的电流波形示意图。图4为本发明加入数字滤波的电流波形示意图。图5为本发明死区补偿示意图。图6为本发明带电流过零线性补偿的死区补偿示意图。图7为没有死区补偿时的电流波形示意图。
图8为没有对电流进行数字滤波且未有线性死区补偿的电流波形示意图。图9为本发明对电流进行数字滤波但未有线性死区补偿的电流波形图。图10为本发明进行数字滤波且有线性死区补偿的电流波形示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的 实施例范围内。图2所示的通用变频器系统采用基于电压空间适量调制的VVVF控制方式，其三相 交流AC经过整流桥整流及母线电容滤波，为由M0SFETQ1-Q6组成的逆变桥提供直流电源， DSP数字信号处理器通过检测三相电流Iu、Iv、Iw。综合设定频率进行脉宽调制，产生三相六 管的PWM驱动信号，控制各相上下桥臂轮流调节逆变器输出电压，进而调节电机实际输入 电压，从而达到变压变频调速的目的。本发明的通用变频器死区补偿方法，该方法包括如下步骤(1)采集电机的三相电流信号1 、Iv、Iw，除了硬件上做滤波外，要对其进行数字滤 波，数字滤波采用一阶低通滤波，截止频率为1KHZ，这一频率基本包括了大多数变频器使用 的各种场合，数字滤波的引入排除了很多电路中引进干扰及AD本身采样噪声，电流采集在 使用数字滤波前后的效果如图3与图4所示，由图3和图4可以看出，数字滤波的加入提高 了电流判断的准确度，尤其在电流过零附近。(2)根据所检测电流的大小及正负对补偿的大小进行线性处理，即当一相电流，假 设为U相电流Iu,当检测到U相电流Iu为正向时，对应该相电流逆变桥的上桥臂Q5的开通 时间相应地增加一个死区时间，而对应该相电流逆变桥的下桥臂Q6的开通时间相应地减 少一个死区时间；当检测到U相电流Iu为负向时，对应该相电流逆变桥的上桥臂Q5的开通 时间相应地减少一个死区时间，而对应该相电流逆变桥的下桥臂Q6的开通时间相应地增 加一个死区时间。如图5所示，其它两相与此相似，补偿方法见表1表 1
U相电流为 正U相电流为 负V相电流为 JHV相电流为 负W相电流为 THW相电流为 负Q5开通时 间，增加死 区的时间Q5开通时 间，减掉死 区的时间Q3开通时 间，增加死 区的时间Q3开通时 间，减掉死 区的时间Ql开通时 间，减掉死 区的时间Ql开通时 间，减掉死 区的时间Q6开通吋 间，减掉死 区的时间Qfi开通时 间，增加死 区的时间Q4开通吋 间，减掉死 区的时间Q4开通吋 间，增加死 区的时间Q2开通时 间，减掉死 区的时间Q2开通吋 间，增加死 区的时间
用此方法补偿后的电流波形见图8和图10，没有死区补偿前的电流波形见图7和 图9，从图9可以看出，电流在过零时，还是有很大的失真，这主要是由于过零检测不准确造 成的。从图10可以看出，采用在电流接近零(电流大小在某值以内)，根据电流大小以及正 负对补偿的大小进行线性处理，电流越接近零时，补偿越小，这样就减弱了因为补偿不准确 造成的电流失真。可以看出此方法进一步减小了电流的失真。此方法原理如图6所示。另 从图10中可以看出，数字滤波的加入提高了死区补偿的准确度。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
一种通用变频器死区补偿方法，该方法包括如下步骤(1)采集电机的三相电流信号IU、IV、IW并采用硬件滤波和送入数字信号处理器中进行数字滤波；(2)根据所检测电流的大小及正负对补偿的大小进行线性处理，即当一相电流为正向时，对应该相电流逆变桥的上桥臂Qx的开通时间相应地增加一个死区时间，而对应该相电流逆变桥的下桥臂Qy的开通时间相应地减少一个死区时间；当该相电流为负向时，对应该相电流逆变桥的上桥臂Qx的开通时间相应地减少一个死区时间，而对应该相电流逆变桥的下桥臂Qy的开通时间相应地增加一个死区时间。
2.如权利要求1所述的通用变频器死区补偿方法，其特征在于，所述的数字滤波采用 一阶低通滤波，截止频率为1KHZ。
全文摘要
本发明公开的一种通用变频器死区补偿方法，该方法包括如下步骤(1)采集电机的三相电流信号IU、IV、IW并采用硬件滤波和送入数字信号处理器中进行数字滤波；(2)根据所检测电流的大小及正负对补偿的大小进行线性处理，即当一相电流为正向时，对应该相电流逆变桥的上桥臂Qx的开通时间相应地增加一个死区时间，而对应该相电流逆变桥的下桥臂Qy的开通时间相应地减少一个死区时间；当该相电流为负向时，对应该相电流逆变桥的上桥臂Qx的开通时间相应地减少一个死区时间，而对应该相电流逆变桥的下桥臂Qy的开通时间相应地增加一个死区时间。本发明对死区补偿简单，且补偿的准确度比较高，很好的克服了以前有关死偿补偿的缺陷。
文档编号H02M5/458GK101964592SQ201010520458
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者万国军, 冯子龙, 郭迎春, 黄建武 申请人:上海贝思特电气有限公司