一種電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備及其死區(qū)補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備的死區(qū)補(bǔ)償方法，其通過(guò)在相電流過(guò)零點(diǎn)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(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，在區(qū)間內(nèi)按三次曲線進(jìn)行脈寬補(bǔ)償，即越接近零點(diǎn)由于其極性的不確定性越大，就相應(yīng)的減弱該時(shí)刻的補(bǔ)償效果從而削弱過(guò)零點(diǎn)處電流極性誤判帶來(lái)的影響。本發(fā)明還公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)上述方法的電機(jī)勵(lì)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(guò)零補(bǔ)償處理單元；該設(shè)備能夠解決相電流過(guò)零點(diǎn)波形畸變的問(wèn)題，保證電機(jī)性能正常。
【專利說(shuō)明】 一種電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備及其死區(qū)補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于PWM死區(qū)補(bǔ)償【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備及其死區(qū)補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)電機(jī)一般需要?jiǎng)?lì)磁設(shè)備對(duì)其轉(zhuǎn)子進(jìn)行供電，該勵(lì)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)為:由一電壓源提供直流電壓，然后通過(guò)三相全橋逆變電路，產(chǎn)生可調(diào)的電壓輸出為電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁。對(duì)于三相全橋逆變電路，它的每一相電路由兩個(gè)帶續(xù)流二極管的功率開(kāi)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(fù)極相連的為下橋臂。功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)需要一定的時(shí)間，因此在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，為了避免兩個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通，引起短路，必須在一個(gè)器件關(guān)閉后，延時(shí)一定時(shí)間，另一個(gè)器件才允許導(dǎo)通，這段時(shí)間被稱為死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間的加入會(huì)造成功率開(kāi)關(guān)器件實(shí)際開(kāi)通時(shí)間與理論計(jì)算值不符，導(dǎo)致控制效果變差。
[0003]在死區(qū)時(shí)間Td內(nèi)，逆變器上下開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，電流不可控，由二極管進(jìn)行續(xù)流，輸出電壓由相電流正負(fù)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(shí)在死區(qū)時(shí)間內(nèi)由D2進(jìn)行續(xù)流，所以死區(qū)時(shí)間內(nèi)A相輸出電壓Uout為低電平，當(dāng)A相電流ia為負(fù)時(shí)，死區(qū)時(shí)間內(nèi)由二極管D1進(jìn)行續(xù)流，逆變器A相輸出電壓Uwt為高電平。當(dāng)ia>0時(shí)，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(shí)間的脈沖；ia〈0時(shí)，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(shí)間的脈沖。
[0004]由于死區(qū)時(shí)間的影響，逆變器實(shí)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(jī)相電流波形畸變并帶來(lái)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等影響，尤其影響了電機(jī)的低速性能。
[0005]傳統(tǒng)的死區(qū)補(bǔ)償方法是:如果相電流方向是由逆變器流向電機(jī)，那么就讓上橋臂的導(dǎo)通時(shí)間等于理論計(jì)算值加死區(qū)時(shí)間；反之，則是減小一個(gè)死區(qū)時(shí)間。
[0006]所以，死區(qū)補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵，就是判斷相電流方向。采用這種死區(qū)補(bǔ)償方法的逆變器通常都設(shè)計(jì)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(wèn)題:(I)PWM發(fā)波輸出電壓為脈沖形式，電流波動(dòng)較大。在電流過(guò)零點(diǎn)，也就是電流方向發(fā)生變化過(guò)程中，很難準(zhǔn)確判斷電流方向；(2)死區(qū)補(bǔ)償會(huì)影響電流波形，尤其是在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)，電流幅值較小，死區(qū)補(bǔ)償錯(cuò)誤，很容易導(dǎo)致電流方向改變，依賴錯(cuò)誤的電流方向補(bǔ)償，結(jié)果必然也是錯(cuò)誤的。
[0007]另一種死區(qū)補(bǔ)償方法就是直接采樣輸出電壓的脈沖寬度，跟期望脈沖進(jìn)行對(duì)比，其偏差值作為死區(qū)補(bǔ)償量。這種方案需要額外的電壓采樣電路，同時(shí)也存在一個(gè)缺點(diǎn)，問(wèn)題仍然是出在電流過(guò)零點(diǎn)的位置。由于電流過(guò)零點(diǎn)附近電流很小，無(wú)法使功率開(kāi)關(guān)器件有效導(dǎo)通。此時(shí)測(cè)量輸出電壓，死區(qū)時(shí)間內(nèi)的波形將會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階狀上升。當(dāng)電流繼續(xù)減小，死區(qū)時(shí)間內(nèi)功率開(kāi)關(guān)器件包括續(xù)流二極管都無(wú)法導(dǎo)通。此時(shí)測(cè)量的輸出電壓，實(shí)際上是功率開(kāi)關(guān)器件內(nèi)寄生電容兩端電壓。由于沒(méi)有放電回路，寄生電容兩端電壓將維持功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷前的電壓不變。它們都無(wú)法反映上下橋臂導(dǎo)通情況，此時(shí)的反饋量，也就不能用于死區(qū)補(bǔ)償。當(dāng)比較點(diǎn)在接近中點(diǎn)位置時(shí)，通常認(rèn)為此時(shí)無(wú)需做任何補(bǔ)償，或者補(bǔ)償量受臺(tái)階電壓出現(xiàn)位置的影響，變得不準(zhǔn)確。在電流過(guò)零點(diǎn)，不補(bǔ)償或者不準(zhǔn)確的補(bǔ)償，都會(huì)造成箝位或電流波形幾遍，從而導(dǎo)致電機(jī)性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備及其死區(qū)補(bǔ)償方法，通過(guò)對(duì)逆變器輸出電壓進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償，能夠解決相電流過(guò)零點(diǎn)波形畸變的問(wèn)題，保證電機(jī)性能正常。
[0009]一種電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備的死區(qū)補(bǔ)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(shí)間，同時(shí)采集逆變電路的三相輸出電流，并檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角；
[0011](2)對(duì)所述的三相輸出電流進(jìn)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(shí)間，利用過(guò)零點(diǎn)區(qū)間線性補(bǔ)償法計(jì)算出逆變電路三相輸出電壓的脈寬補(bǔ)償量，進(jìn)而根據(jù)所述的脈寬補(bǔ)償量通過(guò)調(diào)制構(gòu)造出PWM信號(hào)以對(duì)逆變電路進(jìn)行控制。
[0013]由于電機(jī)運(yùn)行時(shí)，相電流存在大量噪聲會(huì)對(duì)電流方向的判斷造成影響，因此為了削弱電流噪聲對(duì)電機(jī)電流方向判斷的影響，需要對(duì)采集的輸出電流信號(hào)進(jìn)行濾波。但是考慮到濾波的延時(shí)性，會(huì)造成死區(qū)補(bǔ)償?shù)牟患皶r(shí)，故優(yōu)選地:
[0014]所述的步驟(2)中對(duì)三相輸出電流進(jìn)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(duì)三相輸出電流進(jìn)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(duì)所述的d軸分量和q軸分量進(jìn)行低通濾波；
[0017]最后，對(duì)濾波后的d軸分量和q軸分量進(jìn)行dq反變換，得到濾波后的三相輸出電流。
[0018]由于電機(jī)負(fù)載一定時(shí)，dq軸電流變化不大，在dq坐標(biāo)系下對(duì)dq軸電流分量進(jìn)行濾波后再反變換到三相靜止坐標(biāo)系，如此帶來(lái)的延時(shí)將大幅減小。
[0019]優(yōu)選地，根據(jù)以下傳遞函數(shù)對(duì)d軸分量和q軸分量進(jìn)行低通濾波:
【權(quán)利要求】
1.一種電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備的死區(qū)補(bǔ)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(shí)間，同時(shí)采集逆變電路的三相輸出電流，并檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角； (2)對(duì)所述的三相輸出電流進(jìn)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(shí)間，利用過(guò)零點(diǎn)區(qū)間線性補(bǔ)償法計(jì)算出逆變電路三相輸出電壓的脈寬補(bǔ)償量，進(jìn)而根據(jù)所述的脈寬補(bǔ)償量通過(guò)調(diào)制構(gòu)造出PWM信號(hào)以對(duì)逆變電路進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于:所述的步驟(2)中對(duì)三相輸出電流進(jìn)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(duì)三相輸出電流進(jìn)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(duì)所述的d軸分量和q軸分量進(jìn)行低通濾波； 最后，對(duì)濾波后的d軸分量和q軸分量進(jìn)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(bǔ)償方法，其特征在于:根據(jù)以下傳遞函數(shù)對(duì)d軸分量和q軸分量進(jìn)行低通濾波:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于:所述的步驟(3)中利用過(guò)零點(diǎn)區(qū)間線性補(bǔ)償法基于以下算式計(jì)算逆變電路三相輸出電壓的脈寬補(bǔ)償量:
5.一種電機(jī)勵(lì)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(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角； 濾波單元，用于對(duì)所述的三相輸出電流進(jìn)行低通濾波； 過(guò)零補(bǔ)償處理單元，用于根據(jù)濾波后的三相輸出電流，計(jì)算出逆變電路三相輸出電壓的脈寬補(bǔ)償量，進(jìn)而根據(jù)所述的脈寬補(bǔ)償量通過(guò)調(diào)制構(gòu)造出PWM信號(hào)以對(duì)逆變電路進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備，其特征在于:所述的濾波單元包括: 坐標(biāo)變換模塊，用于根據(jù)所述的轉(zhuǎn)子位置角對(duì)三相輸出電流進(jìn)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(duì)所述的d軸分量和q軸分量進(jìn)行低通濾波； 坐標(biāo)反變換模塊，用于對(duì)濾波后的d軸分量和q軸分量進(jìn)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(jī)勵(lì)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(duì)所述的d軸分量和q軸分量進(jìn)行低通濾波:
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)勵(lì)磁設(shè)備，其特征在于:所述的過(guò)零補(bǔ)償處理單元根據(jù)以下算式計(jì)算逆變電路三相輸出電壓的脈寬補(bǔ)償量:
【文檔編號(hào)】H02M7/48GK103457498SQ201310364111
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)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(jué)遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:杭州日鼎控制技術(shù)有限公司