专利名称：转换器的补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种转换器的补偿方法。
请参见
图1，一种转换器，尤指变频器，它包含一交流输入15、一交流/直流转换器11、一直流/交流转换器12、一负载电流检测器14及一交流负载13。为了使输出的电压/电流能呈现稳定的交流输出，降低谐波(harmonic)成份，通常会将负载电流检测器14所检测到的电流回授到一处理电路，例如微处理器来对变频器的直流/交流转换器进行补偿。
用在交流侧的负载电流检测器必须有承受大电力的能力，所以费用较高。常看到的元件如比流器(current transformer，CT)即是。
请参见图2。为了降低成本，在直流/交流转换器的直流输入侧(直流侧)的电流，事实上可反应出负载侧的电流峰值，这是因为直流/交流转换器的内部是由许多电子开关组成，而于切换同时，也会反应在直流侧的回路上。
根据此一现象，人们只要在直流侧接上一电阻Rs，检测出流经该电阻的电流之峰值即可，再对该峰值进行窒时补偿(Dead time compensation)。如此一来，不但可达到补偿变频器的直流/交流转换器的目的，更可降低电路成本。
图3为现有的窒时补偿之辅助电路。为了达到补偿的效果，将电阻Rs所产生的压降V，输入一前置放大器31，将电压信号转换为电流信号，再分别由正波峰检测器32及负波峰检测器33取得负载电流的正峰值(Ipeak(+))及负峰值(Ipeak(-))，接着利用一比较器34取得二者的最大值，再输入微处理器35进行窒时补偿(Deadtimecompensation)。
图4为现有的不具电流估算的窒时补偿。取得正峰值a及负峰值b后，再取最大值Max(a，b)，以得等效负载输出电流的电流参考值Io。接着直接求出功率因数角d(即负载之相角)，d＝反余弦函数(k1(Vdc.Idc)/(Vo.Io))，其中k1＝sqr(2/3)，取平方根(squareroot)。有了功率因数角之后，即可对变频器进行补偿了。
但是在图5中我们发现，直流侧所看到的电流随输出相角的不同而有所改变，其中图5(a)为相角30度的波形、图5(b)为60度的波形，而图5(c)为90度时的波形。
由图5可知，现有的作为补偿依据的峰值，在负载超过60度时显然已不符现况，亦即已无法反应出负载电流的峰值了。
另外，虽然在60度以下较大的峰值即可反应出实际的交流侧的电流值，但于60度以上该较大的峰值比实际的电流值小，故现有的技术在60度以上所估算出的电流与实际的电流有一段差距。而且，虽然在理论上60度以下较大的峰值即可反应出实际的交流侧的电流值，但在实际应用上于30度到60度之间，硬件线路要实际检测到该峰值并不容易，除非使用十分昂贵精密的元件，否则通常检测到的值会小于实际的峰值，如此一来所估测到的电流值会比实际的电流值小，亦会造成电流估测误差，使得由此计算出的相角不准造成补偿不良，输出的电流波形不佳。
在图6的输出波形中，由于电流估测错误造成窒时补偿(Dead-timecompensation)错误，所以可看出为一不平顺的波形，此一不稳定的输出波形，将产生许多的谐波及造成负载的损害及使负载运作在一不稳定的状态下。
本发明的目的在于提供一种转换器的补偿方法，使得能够精确地估算出负载电流的峰值，来进行窒时补偿，无论负载在任何一相角，皆能有一完整的补偿，进而使负载输出之波形呈现一平顺状，减少谐波，并增加负载的稳定度，尤其在相角60度到90度间时，更有令人满意的补偿效果。
为达上述目的，本发明，即转换器的补偿方法，该转换器具有一带有回授元件的直流侧及一带有负载的交流侧，该回授元件用以回授一回授信号，其特点是，该转换器的补偿方法包含下列步骤设定一命令电压；检测该直流侧的一直流电压及一直流电流；检测该回授信号以产生一正峰值及一负峰值，并取得二者之一最大值及一最小值；乘一常数至该最小值，再与该最大值相加，以产生对应该交流侧的输出电流之一电流参考值；以及，根据该电流参考值、该命令电压、该直流电压及该直流电流找出该负载之一相角，用于补偿该转换器。
所述的转换器的补偿方法，其中，该转换器为一变频器。
所述的转换器的补偿方法，其中，该转换器包含一交流/直流转换器及一直流/交流转换器，而于补偿该转换器时，对该直流/交流转换器进行补偿。
所述的转换器的补偿方法，其中，该交流/直流转换器的一直流输出侧或该直流/交流转换器的一直流输入侧为所述的直流侧。
所述的转换器的补偿方法，其中，该直流/交流转换器的一交流输出侧为所述的交流侧。
所述的转换器的补偿方法，其中，该负载为一电动机，而该电动机可为一交流电动机。
所述的一种转换器的补偿方法，该回授元件包含一电阻及一放大电路，用以检测该正峰值及该负峰值。
所述的转换器的补偿方法，其中，该正峰值为流经该电阻之一电流的正峰值，而该负峰值为流经该电阻的该电流的负峰值。
所述的转换器的补偿方法，其中，设定该命令电压由一微处理器设定，用以命令该负载运作于该命令电压下。
所述的转换器的补偿方法，其中，该电流参考值等效于该负载的输出电流的峰值。
所述的转换器的补偿方法，其中，该相角由该直流电压乘以该直流电流之一第一乘值除以该电流参考值乘该命令电压之一第二乘值之一除值取一反余弦函数而得之。
所述的转换器的补偿方法，其中，补偿该转换器的方法为一窒时补偿法。
从以上的技术方案可知，本发明的补偿技术着眼在负载相角介于60度到90度间，求得实际的负载电流，来改善现有的不足。其次，当相角落在其他角度时，亦可从本发明的电流估算中，反应出负载的电流峰值，以使窒时补偿更为完善。另外，由本发明的补偿方法，更能使负载工作在一稳定的状态下，并使负载不致受损，且能减少电路上的谐波成份，其功效之卓越显非现有的可比拟的。
下面通过本发明的附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是现有的具交流侧电流检测的变频器；图2是现有的具直流侧电流检测的变频器；图3是现有的检测电阻Rs的电流的放大电路；图4是现有的无电流估算的窒时补偿；图5是现有的直流侧电流波形；
图6是现有的电流估测错误时之补偿效果；图7是本发明有电流估算的窒时补偿；图8是本发明同时采用正负峰值以估测电流的补偿效果；图9是本发明检测电阻Rs的电流的放大电路；图10是本发明前置放大器；图11是本发明正/负波峰检测电路。
请参见图7。本发明进行电流估算的动作，先设定一命令电压Vo，控制输出至负载电压。接着，检测该直流侧之一直流电压Vdc及一直流电流Idc。接着检测该从电阻Rs传回之电压V之回授信号以产生一正峰值Ipeak(+)及一负峰值Ipeak(-)，并取得二者之一最大值Imax及一最小值Imin；乘一常数k至该最小值Imin，再与该最大值Imax相加，以产生对应该交流侧之输出电流之一电流参考值Io。最后根据该电流参考值Io、该命令电压Vo、该直流电压Vde及该直流电流Idc，取反余弦函数找出该负载之一相角d，用于窒时补偿(deadtimecompensation)变频器。
其中常数k的取得，可根据相角在90度时，直流侧所量测到的波峰值为输出的负载电流的0.866倍，应回复到1倍来补偿才不会失真，因此取0.866+0.866k＝1的运算式，求出常数k＝0.1547。此一常数，理论上随负载的相角d变动，但是由于变动微小，故在实际上，为求电路的简化，以此一常数0.1547来做各相角的负载电流的估算，而仍能得到令人满意的补偿结果。
如此一来，当负载相角落于各角度，尤其在60度到90度之间时，仍可充份反应到输出负载的电流峰值，其所运算出来的相角d是等效负载的相角，进而对变频器作补偿，才有意义。比较现有的作法，本发明除了在各种相角能得一优良的补偿之外，在相角介于60度到90度之间时，其效果更可大为改善。
换言之，本发明电流估算的方法，是将较小的电流峰值乘以一修正因子(常数k)作为修正量，并加于较大的电流峰值中，再以此加总的值来估算实际的交流侧电流。现有的30度到60间之硬件线路检测误差及60度以上之实际误差皆可由该修正量得到补偿使得估测出的电流更加接近实际的电流值，如此即可得到较佳的窒时(dead-time)补偿效果。
图8为进行本发明电流估算的窒时补偿的效果。由于在60度到90度之间，本发明可充分反应实际负载的电流峰值，因此补偿的效果，无论在任何一相角，皆可得一平顺的输出波形。
图9为本发明的放大器，其输入端接到电阻Rs的两侧。电阻的压降V同样由前置放大器(pre-amplifier)加以放大，并分二路，检测出正峰值Ipeak(+)及负峰值Ipeak(-)。与现有的不同之处在于，本发明不再需要一比较器34找出二者的最大值来决定输出负载的电流峰值，而是直接输入微处理器35进行如图7所示的流程。
图10为前置放大器的电路31，而图11则包含正波峰检测器32及负波峰检测器33，由于其设计方式千变万化，且为熟知现有技术者可据以实施，最主要仍少不了一些运算放大器，及一些电阻电容之辅助来达到放大及检测的目的，其细节则不拟赘述。
权利要求
1.一种转换器的补偿方法，该转换器具有一带有回授元件的直流侧及一带有负载的交流侧，该回授元件用以回授一回授信号，其特征在于该转换器的补偿方法包含下列步骤设定一命令电压；检测该直流侧的一直流电压及一直流电流；检测该回授信号以产生一正峰值及一负峰值，并取得二者之一最大值及一最小值；乘一常数至该最小值，再与该最大值相加，以产生对应该交流侧的输出电流之一电流参考值；以及根据该电流参考值、该命令电压、该直流电压及该直流电流找出该负载之一相角，用于补偿该转换器。
2.如权利要求1所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该转换器为一变频器。
3.如权利要求1所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该转换器包含一交流/直流转换器及一直流/交流转换器，而于补偿该转换器时，对该直流/交流转换器进行补偿。
4.如权利要求3所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该交流/直流转换器的一直流输出侧或该直流/交流转换器的一直流输入侧为所述的直流侧。
5.如权利要求3所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该直流/交流转换器的一交流输出侧为所述的交流侧。
6.如权利要求1所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该负载为一电动机，而该电动机可为一交流电动机。
7.如权利要求1所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该回授元件包含一电阻及一放大电路，用以检测该正峰值及该负峰值。
8.如权利要求7所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该正峰值为流经该电阻之一电流的正峰值，而该负峰值为流经该电阻的该电流的负峰值。
9.如权利要求1所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于设定该命令电压由一微处理器设定，用以命令该负载运作于该命令电压下。
10.如权利要求1所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该电流参考值等效于该负载的输出电流的峰值。
11.如权利要求1所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于该相角由该直流电压乘以该直流电流之一第一乘值除以该电流参考值乘该命令电压之一第二乘值之一除值取一反余弦函数而得之。
12.如权利要求1所述的一种转换器的补偿方法，其特征在于补偿该转换器的方法为一窒时补偿法。
全文摘要
一种转换器的补偿方法,该转换器具有一带有回授元件的直流侧及一带有负载的交流侧,它包含下列步骤:设定一命令电压;检测该直流侧的一直流电压及一直流电流;检测该回授信号以产生一正峰值及一负峰值,并取得二者之一最大值及一最小值;乘一常数至该最小值,再与该最大值相加,以产生对应该交流侧的输出电流之一电流参考值;根据该电流参考值、该命令电压、该直流电压及该直流电流找出该负载之一相角,用于补偿该转换器。
文档编号H02M1/00GK1270440SQ9910490
公开日2000年10月18日 申请日期1999年3月31日 优先权日1999年3月31日
发明者张瑞全, 陈朝景, 郭雅惠 申请人:台达电子工业股份有限公司