一種電機勵磁設(shè)備及其死區(qū)補償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電機勵磁設(shè)備的死區(qū)補償方法，其通過在相電流過零點附近設(shè)置一段區(qū)間，在區(qū)間以外直接根據(jù)電流方向進行相應(yīng)補償，在區(qū)間內(nèi)按三次曲線進行脈寬補償，即越接近零點由于其極性的不確定性越大，就相應(yīng)的減弱該時刻的補償效果從而削弱過零點處電流極性誤判帶來的影響。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)上述方法的電機勵磁設(shè)備，其包括逆變電路和控制器；控制器包括相電流采樣單元、光電編碼單元、濾波單元和過零補償處理單元；該設(shè)備能夠解決相電流過零點波形畸變的問題，保證電機性能正常。
【專利說明】 一種電機勵磁設(shè)備及其死區(qū)補償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于PWM死區(qū)補償【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電機勵磁設(shè)備及其死區(qū)補償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)電機一般需要勵磁設(shè)備對其轉(zhuǎn)子進行供電，該勵磁設(shè)備大多使用PWM(脈寬調(diào)制)發(fā)波技術(shù)。它的主回路拓撲結(jié)構(gòu)為:由一電壓源提供直流電壓，然后通過三相全橋逆變電路，產(chǎn)生可調(diào)的電壓輸出為電機轉(zhuǎn)子勵磁。對于三相全橋逆變電路，它的每一相電路由兩個帶續(xù)流二極管的功率開關(guān)器件串聯(lián)組成，通常稱與直流電源正極相連的為上橋臂，與負極相連的為下橋臂。功率開關(guān)器件的開關(guān)需要一定的時間，因此在這種拓撲結(jié)構(gòu)下，為了避免兩個器件同時導(dǎo)通，引起短路，必須在一個器件關(guān)閉后，延時一定時間，另一個器件才允許導(dǎo)通，這段時間被稱為死區(qū)時間。死區(qū)時間的加入會造成功率開關(guān)器件實際開通時間與理論計算值不符，導(dǎo)致控制效果變差。
[0003]在死區(qū)時間Td內(nèi)，逆變器上下開關(guān)管關(guān)斷，電流不可控，由二極管進行續(xù)流，輸出電壓由相電流正負決定。如圖1和2所示，以A相為例，且A相電流込流出逆變器為正，此時在死區(qū)時間內(nèi)由D2進行續(xù)流，所以死區(qū)時間內(nèi)A相輸出電壓Uout為低電平，當(dāng)A相電流ia為負時，死區(qū)時間內(nèi)由二極管D1進行續(xù)流，逆變器A相輸出電壓Uwt為高電平。當(dāng)ia>0時，相當(dāng)于在逆變器理想輸出的基礎(chǔ)上減去了一段脈寬為死區(qū)時間的脈沖；ia〈0時，相當(dāng)于在逆變器理想輸出的基礎(chǔ)上增加了一段脈寬為死區(qū)時間的脈沖。
[0004]由于死區(qū)時間的影響，逆變器實際輸出的電壓和理想波形存在畸變，基波幅值減小，諧波失真增大，因此使得電機相電流波形畸變并帶來轉(zhuǎn)矩脈動等影響，尤其影響了電機的低速性能。
[0005]傳統(tǒng)的死區(qū)補償方法是:如果相電流方向是由逆變器流向電機，那么就讓上橋臂的導(dǎo)通時間等于理論計算值加死區(qū)時間；反之，則是減小一個死區(qū)時間。
[0006]所以，死區(qū)補償?shù)年P(guān)鍵，就是判斷相電流方向。采用這種死區(qū)補償方法的逆變器通常都設(shè)計有電流采樣電路，依靠采樣到的相電流，判斷電流方向。但是存在以下問題:(I)PWM發(fā)波輸出電壓為脈沖形式，電流波動較大。在電流過零點，也就是電流方向發(fā)生變化過程中，很難準確判斷電流方向；(2)死區(qū)補償會影響電流波形，尤其是在電流過零點時，電流幅值較小，死區(qū)補償錯誤，很容易導(dǎo)致電流方向改變，依賴錯誤的電流方向補償，結(jié)果必然也是錯誤的。
[0007]另一種死區(qū)補償方法就是直接采樣輸出電壓的脈沖寬度，跟期望脈沖進行對比，其偏差值作為死區(qū)補償量。這種方案需要額外的電壓采樣電路，同時也存在一個缺點，問題仍然是出在電流過零點的位置。由于電流過零點附近電流很小，無法使功率開關(guān)器件有效導(dǎo)通。此時測量輸出電壓，死區(qū)時間內(nèi)的波形將會出現(xiàn)臺階狀上升。當(dāng)電流繼續(xù)減小，死區(qū)時間內(nèi)功率開關(guān)器件包括續(xù)流二極管都無法導(dǎo)通。此時測量的輸出電壓，實際上是功率開關(guān)器件內(nèi)寄生電容兩端電壓。由于沒有放電回路，寄生電容兩端電壓將維持功率開關(guān)器件關(guān)斷前的電壓不變。它們都無法反映上下橋臂導(dǎo)通情況，此時的反饋量，也就不能用于死區(qū)補償。當(dāng)比較點在接近中點位置時，通常認為此時無需做任何補償，或者補償量受臺階電壓出現(xiàn)位置的影響，變得不準確。在電流過零點，不補償或者不準確的補償，都會造成箝位或電流波形幾遍，從而導(dǎo)致電機性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電機勵磁設(shè)備及其死區(qū)補償方法，通過對逆變器輸出電壓進行死區(qū)補償，能夠解決相電流過零點波形畸變的問題，保證電機性能正常。
[0009]一種電機勵磁設(shè)備的死區(qū)補償方法，包括如下步驟:
[0010](I)獲取設(shè)備逆變電路上下橋臂的死區(qū)時間，同時采集逆變電路的三相輸出電流，并檢測電機的轉(zhuǎn)子位置角；
[0011](2)對所述的三相輸出電流進行低通濾波；
[0012](3)根據(jù)濾波后的三相輸出電流以及死區(qū)時間，利用過零點區(qū)間線性補償法計算出逆變電路三相輸出電壓的脈寬補償量，進而根據(jù)所述的脈寬補償量通過調(diào)制構(gòu)造出PWM信號以對逆變電路進行控制。
[0013]由于電機運行時，相電流存在大量噪聲會對電流方向的判斷造成影響，因此為了削弱電流噪聲對電機電流方向判斷的影響，需要對采集的輸出電流信號進行濾波。但是考慮到濾波的延時性，會造成死區(qū)補償?shù)牟患皶r，故優(yōu)選地:
[0014]所述的步驟(2)中對三相輸出電流進行低通濾波的方法如下:
[0015]首先，根據(jù)所述的轉(zhuǎn)子位置角對三相輸出電流進行dq變換，得到三相輸出電流的d軸分量和q軸分量；
[0016]然后，對所述的d軸分量和q軸分量進行低通濾波；
[0017]最后，對濾波后的d軸分量和q軸分量進行dq反變換，得到濾波后的三相輸出電流。
[0018]由于電機負載一定時，dq軸電流變化不大，在dq坐標系下對dq軸電流分量進行濾波后再反變換到三相靜止坐標系，如此帶來的延時將大幅減小。
[0019]優(yōu)選地，根據(jù)以下傳遞函數(shù)對d軸分量和q軸分量進行低通濾波:
【權(quán)利要求】
1.一種電機勵磁設(shè)備的死區(qū)補償方法，包括如下步驟: (1)獲取設(shè)備逆變電路上下橋臂的死區(qū)時間，同時采集逆變電路的三相輸出電流，并檢測電機的轉(zhuǎn)子位置角； (2)對所述的三相輸出電流進行低通濾波； (3)根據(jù)濾波后的三相輸出電流以及死區(qū)時間，利用過零點區(qū)間線性補償法計算出逆變電路三相輸出電壓的脈寬補償量，進而根據(jù)所述的脈寬補償量通過調(diào)制構(gòu)造出PWM信號以對逆變電路進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的死區(qū)補償方法，其特征在于:所述的步驟(2)中對三相輸出電流進行低通濾波的方法如下: 首先，根據(jù)所述的轉(zhuǎn)子位置角對三相輸出電流進行dq變換，得到三相輸出電流的d軸分量和q軸分量； 然后，對所述的d軸分量和q軸分量進行低通濾波； 最后，對濾波后的d軸分量和q軸分量進行dq反變換，得到濾波后的三相輸出電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的死區(qū)補償方法，其特征在于:根據(jù)以下傳遞函數(shù)對d軸分量和q軸分量進行低通濾波:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的死區(qū)補償方法，其特征在于:所述的步驟(3)中利用過零點區(qū)間線性補償法基于以下算式計算逆變電路三相輸出電壓的脈寬補償量:
5.一種電機勵磁設(shè)備，包括逆變電路和控制器；其特征在于:所述的控制器包括: 相電流采樣單元，用于采集逆變電路的三相輸出電流； 光電編碼單元，用于檢測電機的轉(zhuǎn)子位置角； 濾波單元，用于對所述的三相輸出電流進行低通濾波； 過零補償處理單元，用于根據(jù)濾波后的三相輸出電流，計算出逆變電路三相輸出電壓的脈寬補償量，進而根據(jù)所述的脈寬補償量通過調(diào)制構(gòu)造出PWM信號以對逆變電路進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機勵磁設(shè)備，其特征在于:所述的濾波單元包括: 坐標變換模塊，用于根據(jù)所述的轉(zhuǎn)子位置角對三相輸出電流進行dq變換，得到三相輸出電流的d軸分量和q軸分量； 濾波模塊，用于對所述的d軸分量和q軸分量進行低通濾波； 坐標反變換模塊，用于對濾波后的d軸分量和q軸分量進行dq反變換，得到濾波后的三相輸出電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機勵磁設(shè)備，其特征在于:所述的濾波模炔基于以下傳遞函數(shù)對所述的d軸分量和q軸分量進行低通濾波:
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機勵磁設(shè)備，其特征在于:所述的過零補償處理單元根據(jù)以下算式計算逆變電路三相輸出電壓的脈寬補償量:
【文檔編號】H02M7/48GK103457498SQ201310364111
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】毛仁超, 羅欣, 呂曉東, 胡覺遠 申請人:杭州日鼎控制技術(shù)有限公司