專利名稱：轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法。
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圖1，一種轉(zhuǎn)換器，尤指變頻器，它包含一交流輸入15、一交流/直流轉(zhuǎn)換器11、一直流/交流轉(zhuǎn)換器12、一負(fù)載電流檢測器14及一交流負(fù)載13。為了使輸出的電壓/電流能呈現(xiàn)穩(wěn)定的交流輸出，降低諧波(harmonic)成份，通常會將負(fù)載電流檢測器14所檢測到的電流回授到一處理電路，例如微處理器來對變頻器的直流/交流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行補(bǔ)償。
用在交流側(cè)的負(fù)載電流檢測器必須有承受大電力的能力，所以費(fèi)用較高。?？吹降脑绫攘髌?current transformer，CT)即是。
請參見圖2。為了降低成本，在直流/交流轉(zhuǎn)換器的直流輸入側(cè)(直流側(cè))的電流，事實(shí)上可反應(yīng)出負(fù)載側(cè)的電流峰值，這是因?yàn)橹绷?交流轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部是由許多電子開關(guān)組成，而于切換同時，也會反應(yīng)在直流側(cè)的回路上。
根據(jù)此一現(xiàn)象，人們只要在直流側(cè)接上一電阻Rs，檢測出流經(jīng)該電阻的電流之峰值即可，再對該峰值進(jìn)行窒時補(bǔ)償(Dead time compensation)。如此一來，不但可達(dá)到補(bǔ)償變頻器的直流/交流轉(zhuǎn)換器的目的，更可降低電路成本。
圖3為現(xiàn)有的窒時補(bǔ)償之輔助電路。為了達(dá)到補(bǔ)償?shù)男Ч瑢㈦娮鑂s所產(chǎn)生的壓降V，輸入一前置放大器31，將電壓信號轉(zhuǎn)換為電流信號，再分別由正波峰檢測器32及負(fù)波峰檢測器33取得負(fù)載電流的正峰值(Ipeak(+))及負(fù)峰值(Ipeak(-))，接著利用一比較器34取得二者的最大值，再輸入微處理器35進(jìn)行窒時補(bǔ)償(Deadtimecompensation)。
圖4為現(xiàn)有的不具電流估算的窒時補(bǔ)償。取得正峰值a及負(fù)峰值b后，再取最大值Max(a，b)，以得等效負(fù)載輸出電流的電流參考值Io。接著直接求出功率因數(shù)角d(即負(fù)載之相角)，d＝反余弦函數(shù)(k1(Vdc.Idc)/(Vo.Io))，其中k1＝sqr(2/3)，取平方根(squareroot)。有了功率因數(shù)角之后，即可對變頻器進(jìn)行補(bǔ)償了。
但是在圖5中我們發(fā)現(xiàn)，直流側(cè)所看到的電流隨輸出相角的不同而有所改變，其中圖5(a)為相角30度的波形、圖5(b)為60度的波形，而圖5(c)為90度時的波形。
由圖5可知，現(xiàn)有的作為補(bǔ)償依據(jù)的峰值，在負(fù)載超過60度時顯然已不符現(xiàn)況，亦即已無法反應(yīng)出負(fù)載電流的峰值了。
另外，雖然在60度以下較大的峰值即可反應(yīng)出實(shí)際的交流側(cè)的電流值，但于60度以上該較大的峰值比實(shí)際的電流值小，故現(xiàn)有的技術(shù)在60度以上所估算出的電流與實(shí)際的電流有一段差距。而且，雖然在理論上60度以下較大的峰值即可反應(yīng)出實(shí)際的交流側(cè)的電流值，但在實(shí)際應(yīng)用上于30度到60度之間，硬件線路要實(shí)際檢測到該峰值并不容易，除非使用十分昂貴精密的元件，否則通常檢測到的值會小于實(shí)際的峰值，如此一來所估測到的電流值會比實(shí)際的電流值小，亦會造成電流估測誤差，使得由此計算出的相角不準(zhǔn)造成補(bǔ)償不良，輸出的電流波形不佳。
在圖6的輸出波形中，由于電流估測錯誤造成窒時補(bǔ)償(Dead-timecompensation)錯誤，所以可看出為一不平順的波形，此一不穩(wěn)定的輸出波形，將產(chǎn)生許多的諧波及造成負(fù)載的損害及使負(fù)載運(yùn)作在一不穩(wěn)定的狀態(tài)下。
本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，使得能夠精確地估算出負(fù)載電流的峰值，來進(jìn)行窒時補(bǔ)償，無論負(fù)載在任何一相角，皆能有一完整的補(bǔ)償，進(jìn)而使負(fù)載輸出之波形呈現(xiàn)一平順狀，減少諧波，并增加負(fù)載的穩(wěn)定度，尤其在相角60度到90度間時，更有令人滿意的補(bǔ)償效果。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明，即轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，該轉(zhuǎn)換器具有一帶有回授元件的直流側(cè)及一帶有負(fù)載的交流側(cè)，該回授元件用以回授一回授信號，其特點(diǎn)是，該轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法包含下列步驟設(shè)定一命令電壓；檢測該直流側(cè)的一直流電壓及一直流電流；檢測該回授信號以產(chǎn)生一正峰值及一負(fù)峰值，并取得二者之一最大值及一最小值；乘一常數(shù)至該最小值，再與該最大值相加，以產(chǎn)生對應(yīng)該交流側(cè)的輸出電流之一電流參考值；以及，根據(jù)該電流參考值、該命令電壓、該直流電壓及該直流電流找出該負(fù)載之一相角，用于補(bǔ)償該轉(zhuǎn)換器。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，該轉(zhuǎn)換器為一變頻器。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，該轉(zhuǎn)換器包含一交流/直流轉(zhuǎn)換器及一直流/交流轉(zhuǎn)換器，而于補(bǔ)償該轉(zhuǎn)換器時，對該直流/交流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行補(bǔ)償。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，該交流/直流轉(zhuǎn)換器的一直流輸出側(cè)或該直流/交流轉(zhuǎn)換器的一直流輸入側(cè)為所述的直流側(cè)。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，該直流/交流轉(zhuǎn)換器的一交流輸出側(cè)為所述的交流側(cè)。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，該負(fù)載為一電動機(jī)，而該電動機(jī)可為一交流電動機(jī)。
所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，該回授元件包含一電阻及一放大電路，用以檢測該正峰值及該負(fù)峰值。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，該正峰值為流經(jīng)該電阻之一電流的正峰值，而該負(fù)峰值為流經(jīng)該電阻的該電流的負(fù)峰值。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，設(shè)定該命令電壓由一微處理器設(shè)定，用以命令該負(fù)載運(yùn)作于該命令電壓下。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，該電流參考值等效于該負(fù)載的輸出電流的峰值。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，該相角由該直流電壓乘以該直流電流之一第一乘值除以該電流參考值乘該命令電壓之一第二乘值之一除值取一反余弦函數(shù)而得之。
所述的轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其中，補(bǔ)償該轉(zhuǎn)換器的方法為一窒時補(bǔ)償法。
從以上的技術(shù)方案可知，本發(fā)明的補(bǔ)償技術(shù)著眼在負(fù)載相角介于60度到90度間，求得實(shí)際的負(fù)載電流，來改善現(xiàn)有的不足。其次，當(dāng)相角落在其他角度時，亦可從本發(fā)明的電流估算中，反應(yīng)出負(fù)載的電流峰值，以使窒時補(bǔ)償更為完善。另外，由本發(fā)明的補(bǔ)償方法，更能使負(fù)載工作在一穩(wěn)定的狀態(tài)下，并使負(fù)載不致受損，且能減少電路上的諧波成份，其功效之卓越顯非現(xiàn)有的可比擬的。
下面通過本發(fā)明的附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1是現(xiàn)有的具交流側(cè)電流檢測的變頻器；圖2是現(xiàn)有的具直流側(cè)電流檢測的變頻器；圖3是現(xiàn)有的檢測電阻Rs的電流的放大電路；圖4是現(xiàn)有的無電流估算的窒時補(bǔ)償；圖5是現(xiàn)有的直流側(cè)電流波形；
圖6是現(xiàn)有的電流估測錯誤時之補(bǔ)償效果；圖7是本發(fā)明有電流估算的窒時補(bǔ)償；圖8是本發(fā)明同時采用正負(fù)峰值以估測電流的補(bǔ)償效果；圖9是本發(fā)明檢測電阻Rs的電流的放大電路；圖10是本發(fā)明前置放大器；圖11是本發(fā)明正/負(fù)波峰檢測電路。
請參見圖7。本發(fā)明進(jìn)行電流估算的動作，先設(shè)定一命令電壓Vo，控制輸出至負(fù)載電壓。接著，檢測該直流側(cè)之一直流電壓Vdc及一直流電流Idc。接著檢測該從電阻Rs傳回之電壓V之回授信號以產(chǎn)生一正峰值Ipeak(+)及一負(fù)峰值Ipeak(-)，并取得二者之一最大值Imax及一最小值Imin；乘一常數(shù)k至該最小值Imin，再與該最大值Imax相加，以產(chǎn)生對應(yīng)該交流側(cè)之輸出電流之一電流參考值Io。最后根據(jù)該電流參考值Io、該命令電壓Vo、該直流電壓Vde及該直流電流Idc，取反余弦函數(shù)找出該負(fù)載之一相角d，用于窒時補(bǔ)償(deadtimecompensation)變頻器。
其中常數(shù)k的取得，可根據(jù)相角在90度時，直流側(cè)所量測到的波峰值為輸出的負(fù)載電流的0.866倍，應(yīng)回復(fù)到1倍來補(bǔ)償才不會失真，因此取0.866+0.866k＝1的運(yùn)算式，求出常數(shù)k＝0.1547。此一常數(shù)，理論上隨負(fù)載的相角d變動，但是由于變動微小，故在實(shí)際上，為求電路的簡化，以此一常數(shù)0.1547來做各相角的負(fù)載電流的估算，而仍能得到令人滿意的補(bǔ)償結(jié)果。
如此一來，當(dāng)負(fù)載相角落于各角度，尤其在60度到90度之間時，仍可充份反應(yīng)到輸出負(fù)載的電流峰值，其所運(yùn)算出來的相角d是等效負(fù)載的相角，進(jìn)而對變頻器作補(bǔ)償，才有意義。比較現(xiàn)有的作法，本發(fā)明除了在各種相角能得一優(yōu)良的補(bǔ)償之外，在相角介于60度到90度之間時，其效果更可大為改善。
換言之，本發(fā)明電流估算的方法，是將較小的電流峰值乘以一修正因子(常數(shù)k)作為修正量，并加于較大的電流峰值中，再以此加總的值來估算實(shí)際的交流側(cè)電流。現(xiàn)有的30度到60間之硬件線路檢測誤差及60度以上之實(shí)際誤差皆可由該修正量得到補(bǔ)償使得估測出的電流更加接近實(shí)際的電流值，如此即可得到較佳的窒時(dead-time)補(bǔ)償效果。
圖8為進(jìn)行本發(fā)明電流估算的窒時補(bǔ)償?shù)男ЧＳ捎谠?0度到90度之間，本發(fā)明可充分反應(yīng)實(shí)際負(fù)載的電流峰值，因此補(bǔ)償?shù)男Ч?，無論在任何一相角，皆可得一平順的輸出波形。
圖9為本發(fā)明的放大器，其輸入端接到電阻Rs的兩側(cè)。電阻的壓降V同樣由前置放大器(pre-amplifier)加以放大，并分二路，檢測出正峰值Ipeak(+)及負(fù)峰值Ipeak(-)。與現(xiàn)有的不同之處在于，本發(fā)明不再需要一比較器34找出二者的最大值來決定輸出負(fù)載的電流峰值，而是直接輸入微處理器35進(jìn)行如圖7所示的流程。
圖10為前置放大器的電路31，而圖11則包含正波峰檢測器32及負(fù)波峰檢測器33，由于其設(shè)計方式千變?nèi)f化，且為熟知現(xiàn)有技術(shù)者可據(jù)以實(shí)施，最主要仍少不了一些運(yùn)算放大器，及一些電阻電容之輔助來達(dá)到放大及檢測的目的，其細(xì)節(jié)則不擬贅述。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，該轉(zhuǎn)換器具有一帶有回授元件的直流側(cè)及一帶有負(fù)載的交流側(cè)，該回授元件用以回授一回授信號，其特征在于該轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法包含下列步驟設(shè)定一命令電壓；檢測該直流側(cè)的一直流電壓及一直流電流；檢測該回授信號以產(chǎn)生一正峰值及一負(fù)峰值，并取得二者之一最大值及一最小值；乘一常數(shù)至該最小值，再與該最大值相加，以產(chǎn)生對應(yīng)該交流側(cè)的輸出電流之一電流參考值；以及根據(jù)該電流參考值、該命令電壓、該直流電壓及該直流電流找出該負(fù)載之一相角，用于補(bǔ)償該轉(zhuǎn)換器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該轉(zhuǎn)換器為一變頻器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該轉(zhuǎn)換器包含一交流/直流轉(zhuǎn)換器及一直流/交流轉(zhuǎn)換器，而于補(bǔ)償該轉(zhuǎn)換器時，對該直流/交流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行補(bǔ)償。
4.如權(quán)利要求3所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該交流/直流轉(zhuǎn)換器的一直流輸出側(cè)或該直流/交流轉(zhuǎn)換器的一直流輸入側(cè)為所述的直流側(cè)。
5.如權(quán)利要求3所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該直流/交流轉(zhuǎn)換器的一交流輸出側(cè)為所述的交流側(cè)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該負(fù)載為一電動機(jī)，而該電動機(jī)可為一交流電動機(jī)。
7.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該回授元件包含一電阻及一放大電路，用以檢測該正峰值及該負(fù)峰值。
8.如權(quán)利要求7所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該正峰值為流經(jīng)該電阻之一電流的正峰值，而該負(fù)峰值為流經(jīng)該電阻的該電流的負(fù)峰值。
9.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于設(shè)定該命令電壓由一微處理器設(shè)定，用以命令該負(fù)載運(yùn)作于該命令電壓下。
10.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該電流參考值等效于該負(fù)載的輸出電流的峰值。
11.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于該相角由該直流電壓乘以該直流電流之一第一乘值除以該電流參考值乘該命令電壓之一第二乘值之一除值取一反余弦函數(shù)而得之。
12.如權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法，其特征在于補(bǔ)償該轉(zhuǎn)換器的方法為一窒時補(bǔ)償法。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償方法,該轉(zhuǎn)換器具有一帶有回授元件的直流側(cè)及一帶有負(fù)載的交流側(cè),它包含下列步驟:設(shè)定一命令電壓;檢測該直流側(cè)的一直流電壓及一直流電流;檢測該回授信號以產(chǎn)生一正峰值及一負(fù)峰值,并取得二者之一最大值及一最小值;乘一常數(shù)至該最小值,再與該最大值相加,以產(chǎn)生對應(yīng)該交流側(cè)的輸出電流之一電流參考值;根據(jù)該電流參考值、該命令電壓、該直流電壓及該直流電流找出該負(fù)載之一相角,用于補(bǔ)償該轉(zhuǎn)換器。
文檔編號H02M1/00GK1270440SQ9910490
公開日2000年10月18日 申請日期1999年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者張瑞全, 陳朝景, 郭雅惠 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司