電機(jī)低頻抖動的改善方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在變頻器以低頻率驅(qū)動電機(jī)時，對電機(jī)的抖動現(xiàn)象進(jìn)行改善的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]變頻器等逆變電源的主電路是由開關(guān)元件所組成的橋式電路。橋式電路中一般采用脈沖寬度調(diào)制(以下，簡稱為PWM)的方法進(jìn)行控制，即上、下橋臂的器件輪流開通，以實(shí)現(xiàn)對輸出電壓、電流的控制。由于器件存在延時，且開通延時和關(guān)斷延時不同，因此為了避免上、下橋臂的器件同時導(dǎo)通而使得器件損壞，在各種采用脈寬調(diào)制方法的變頻電源中，均設(shè)有死區(qū)時間，即將驅(qū)動信號的上升沿向后延遲一定時間。在此時間內(nèi)，橋臂上下開關(guān)元件都沒有觸發(fā)信號，該橋臂的工作狀態(tài)將取決于續(xù)流二極管和該相電流的方向。
[0003]死區(qū)時間在保證功率開關(guān)元件安全、可靠地運(yùn)行的同時.也給逆變器帶來了十分不利的影響。主要表現(xiàn)在兩方面:由于死區(qū)時間的存在會使輸出電壓產(chǎn)生偏差，特別是在低速和U / f控制時影響更明顯；設(shè)置死區(qū)時間會產(chǎn)生附加諧波，進(jìn)而增加電機(jī)附加損耗，使轉(zhuǎn)矩發(fā)生很大的脈動，從而引起逆變器輸出電流波形的交越失真。在變頻器驅(qū)動如研磨機(jī)械等低頻運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置的情況下，由于PWM波形與電機(jī)之間相互干擾等，本來就會使電機(jī)不穩(wěn)定，而加入死區(qū)時間之后，因受到死區(qū)時間的影響而導(dǎo)致三相輸出電流波形U、V、W在過零點(diǎn)附近(不包括過零點(diǎn))的電流值均近于零，此時，輸出電流的波形會產(chǎn)生畸變，使得變頻器的主電路不能精確地再現(xiàn)理想的PWM波形，所以電機(jī)抖動的現(xiàn)象會變得更加明顯。
[0004]在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中，伴隨著不斷提高開關(guān)頻率，死區(qū)時間寬度相對于脈沖周期的比例也增加，死區(qū)效應(yīng)對變頻器輸出電壓和輸出電流的影響也越來越嚴(yán)重。因此，對逆變器的死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償是非常必要的。
[0005]死區(qū)時間的因素不能消除，只能用其他方法加以補(bǔ)償。對死區(qū)時間進(jìn)行的補(bǔ)償結(jié)果直接影響到調(diào)速系統(tǒng)的性能。目前，已經(jīng)提出了多種死區(qū)補(bǔ)償方案，主要有兩個方向:一種是硬件補(bǔ)償法，另一種是軟件補(bǔ)償法。
[0006]硬件補(bǔ)償法通過對輸出實(shí)際電壓和電壓參考值進(jìn)行比較，來獲得所需要的補(bǔ)償電壓信號。這種補(bǔ)償方法通常結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且不能保證良好的補(bǔ)償效果。如果對電流過零點(diǎn)的檢測存在偏差則不僅不能正確補(bǔ)償死區(qū)時間的影響，還會在此點(diǎn)加大輸出電壓的偏差，因此，將這種方法應(yīng)用于變頻器以低頻率驅(qū)動電機(jī)的電路的可行性很低。
[0007]軟件補(bǔ)償法是在利用變頻器驅(qū)動電機(jī)的控制程序中加入死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?，一種軟件補(bǔ)償方法為檢測死區(qū)時間內(nèi)的電流，依據(jù)輸出電流的極性來確定死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆较?。在該方法中，特別是在電流過零點(diǎn)時，電流檢測基本上是通過霍爾元件采樣，采樣過程中不可避免地?fù)竭M(jìn)了干擾信號，從而影響補(bǔ)償效果，甚至是惡化效果。因此，即使將這種方法應(yīng)用于在利用變頻器以低頻率驅(qū)動電機(jī)的情況下的電路中，對電機(jī)的抖動現(xiàn)象的改善效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供了一種在變頻器以低頻率驅(qū)動電機(jī)時，對電機(jī)的抖動現(xiàn)象進(jìn)行改善的方法及裝置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個技術(shù)方案，本發(fā)明提供一種改善電機(jī)低頻抖動的方法，該方法用于在變頻器以低頻率驅(qū)動電機(jī)的情況下，對電機(jī)的抖動現(xiàn)象進(jìn)行改善，其包括:對所述變頻器的輸出電流進(jìn)行檢測的檢測步驟，判斷檢測出的所述變頻器的輸出電流是否在需要補(bǔ)償死區(qū)時間的補(bǔ)償范圍內(nèi)的判斷步驟，當(dāng)判斷為檢測出的所述變頻器的輸出電流在需要補(bǔ)償死區(qū)時間的補(bǔ)償范圍內(nèi)時，對所述變頻器的PWM控制信號的調(diào)制比進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)步驟。
[0010]優(yōu)選地，在所述檢測步驟之前，所述改善電機(jī)低頻抖動的方法還包括:從事先規(guī)定的多個所述補(bǔ)償范圍中，選擇一個用來進(jìn)行死區(qū)時間補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償范圍的第一選擇步驟，從事先規(guī)定的多個調(diào)制比的調(diào)節(jié)量中，選擇一個用來對所述變頻器的PWM控制信號的調(diào)制比進(jìn)行調(diào)節(jié)的所述調(diào)制比的調(diào)節(jié)量的第二選擇步驟。
[0011]更優(yōu)選地，所述補(bǔ)償范圍為位于所述變頻器的輸出電流過零點(diǎn)附近的電流范圍。
[0012]更優(yōu)選地，所述補(bǔ)償范圍為位于所述變頻器的輸出電流過零點(diǎn)附近的時間帶，該時間帶與所述電流范圍對應(yīng)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個技術(shù)方案，本發(fā)明提供一種改善電機(jī)低頻抖動的裝置，該裝置用于在變頻器以低頻率驅(qū)動電機(jī)的情況下，對電機(jī)的抖動現(xiàn)象進(jìn)行改善，其包括:對所述變頻器的輸出電流進(jìn)行檢測的檢測模塊，判斷檢測出的所述變頻器的輸出電流是否在需要補(bǔ)償死區(qū)時間的補(bǔ)償范圍內(nèi)的判斷模塊，當(dāng)判斷為檢測出的所述變頻器的輸出電流在需要補(bǔ)償死區(qū)時間的補(bǔ)償范圍內(nèi)時，對所述變頻器的PWM控制信號的調(diào)制比進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)模塊。
[0014]優(yōu)選地，所述改善電機(jī)低頻抖動的裝置還包括:從事先規(guī)定的多個所述補(bǔ)償范圍中，選擇一個用來進(jìn)行死區(qū)時間補(bǔ)償?shù)乃鲅a(bǔ)償范圍的第一選擇模塊，從事先規(guī)定的多個調(diào)制比的調(diào)節(jié)量中，選擇一個用來對所述變頻器的PWM控制信號的調(diào)制比進(jìn)行調(diào)節(jié)的所述調(diào)制比的調(diào)節(jié)量的第二選擇模塊。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，在變頻器以低頻率驅(qū)動電機(jī)時，能夠補(bǔ)償輸出電壓因死區(qū)時間過長而丟失的電壓采集信號，從而消除裝置中的電機(jī)的抖動，使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。
【附圖說明】
[0016]圖1是表不現(xiàn)有的變頻器的主電路的概略電路圖。
[0017]圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所使用的電流檢測電路的電路圖。
[0018]圖3A是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式中規(guī)定的用于補(bǔ)償死區(qū)時間的輸出電流的閾值以及與輸出電流的閾值對應(yīng)的時間帶的圖。
[0019]圖3B是表示圖3A中的輸出電流和與該輸出電流對應(yīng)的PWM波形的圖。
[0020]圖4是表示對開關(guān)元件的導(dǎo)通時間進(jìn)行補(bǔ)償之后的PWM波形圖。
[0021]圖5是表示本發(fā)明的改善電機(jī)低頻抖動的方法的概略流程圖
[0022]圖6是表示在利用本發(fā)明的改善電機(jī)低頻抖動的方法補(bǔ)償了死區(qū)時間之后，變頻器的輸出電流的波形圖。
[0023]圖7是表示本發(fā)明的改善電機(jī)低頻抖動的裝置的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0025]本發(fā)明的改善電機(jī)低頻抖動的方法應(yīng)用于通常的帶有電壓源以及整流器的變頻器中。圖1是表示應(yīng)用了本發(fā)明的變頻器的主電路的電路圖，圖中省略了電壓源、整流器等部分的電路，只示出了將直流轉(zhuǎn)換為交流的部分，該電路的輸入端為直流電壓輸入端。
[0026]如圖1所示，上述直流電壓輸入端包括兩條供電線，S卩，正供電線以及負(fù)供電線，正供電線與直流電壓源的輸出端P相連接，負(fù)供電線與直流電壓源的輸出端N相連接。在兩條供電線之間并聯(lián)有三條橋臂，在每條橋臂中串聯(lián)的上臂、下臂開關(guān)元件之間的連接中點(diǎn)分別與負(fù)載(例如電機(jī))的各相線U、V、W相連接，每個開關(guān)元件的柵極與控制電路連接，通過來自控制電路的PWM信號來控制各個開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷。
[0027]本發(fā)明的改善電機(jī)低頻抖動的方法，是通過改變開關(guān)元件在PWM周期內(nèi)的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間來實(shí)現(xiàn)的，即，通過對PWM控制信號的調(diào)制比進(jìn)行調(diào)整來改變脈沖寬度，從而改變開關(guān)元件的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間。由于輸出電流波形的畸變主要發(fā)生在電流過零點(diǎn)附近，即，死區(qū)時間主要對在電流過零點(diǎn)附近的輸出電流波形產(chǎn)生影響，所以僅在電流過零點(diǎn)兩側(cè)的特定的范圍內(nèi)，對開關(guān)元件的導(dǎo)通/關(guān)斷時間進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明的改善變頻器低頻抖動的方法與變頻器的頻率、系統(tǒng)的運(yùn)行無關(guān)，而僅與電流的極性有關(guān)。
[0028]以下，對改善變頻器低頻抖動的方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0029]首先，分別對變頻器的三相輸出電流進(jìn)行檢測，在此，以對三相輸出電流中的U相的電流Iu為例，來進(jìn)行說明。檢測變頻器的輸出電流的方式有很多種，在本實(shí)施方式中，采用電流檢測電路來判斷電流的極性。
[0030]圖2是表示本實(shí)施方式所使用的電流檢測電路的電路圖，該電流檢測電路是帶有偏置量(offset)的運(yùn)算放大電路，其中，電阻R2與電阻RlO相等，電阻R4、R5與Rll相等。在該電流檢測電路的輸入端IU+能夠獲得與U相的電流Iu對應(yīng)的電壓Vu，該電壓Vu為-1.5V?1.5V的電壓。電壓Vu的信號經(jīng)由電阻R4輸入到放大器的正極，放大器的負(fù)極經(jīng)由電阻R5與地連接。在該電流檢測電路中設(shè)有一個基準(zhǔn)電壓端REF，該基準(zhǔn)電壓端的電壓為3V。通過該帶有偏置量(offset)的運(yùn)算放大電路使電壓Vu的電壓值從-1.5V?1.5V變?yōu)镺V?3V，當(dāng)運(yùn)算放大電路的輸出電壓IU_AD在O?1.5V時，判斷為U相的輸出電流Iu的極性為負(fù)，即Iu < O,當(dāng)運(yùn)算放大電路的輸出電壓Iu_ad在1.5?3V時，判斷為U相的輸出電流極性為正，即Iu > O。
[0031]接著，根據(jù)所檢測的U相輸出電流Iu來確定補(bǔ)償死區(qū)時間的范圍。如圖3A所示，將正負(fù)雙向的電流值+iband、-1band作為判斷輸出電流處于過零點(diǎn)附近的閾值，在輸出電流Iu變化至第一電流閾值+iband以下并且在第二電流閾值-1band以上的范圍內(nèi)時，判斷為需要對此時的輸出電流Iu的死區(qū)時間進(jìn)行補(bǔ)償，由此，來改變圖3B中的在上述補(bǔ)償范圍內(nèi)的脈沖寬度，即，對在該補(bǔ)償范圍內(nèi)的開關(guān)元件的導(dǎo)通時間進(jìn)行調(diào)整。
[0032]就輸出電流的補(bǔ)償閾值iband而言，可以在軟件中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，可以事先規(guī)定該補(bǔ)償閾值iband的初始值以及對該補(bǔ)償閾值iband的大小進(jìn)行選擇的范圍，根據(jù)實(shí)際的情況，將該補(bǔ)償閾值iband確定為在所規(guī)定的范圍內(nèi)的某個值。
[0033]具體來說，如圖4所示，在檢測出的輸出電流Iu的極性為正即輸出電流Iu大于O的情況下，對在輸出電流Iu小于電流閾值+iband的補(bǔ)償范圍內(nèi)的開關(guān)元件的導(dǎo)通時間都增加脈沖補(bǔ)償時間△ t，在檢測出的輸出電流Iu的極性為負(fù)即輸出電流Iu小于O的情況下，在對在輸出電流Iu大于電流閾值-1band的補(bǔ)償范圍內(nèi)的開關(guān)元件的導(dǎo)通時間都增加脈沖補(bǔ)償時間At。假設(shè)在沒有補(bǔ)償脈沖補(bǔ)償時間At的情況下，輸出電流Iu的波形如圖4中的a曲線所示，在補(bǔ)償了脈沖補(bǔ)償時間At的情況下，輸出電流Iu變大，其波形變?yōu)閎曲線，由此可知，通過對死區(qū)時間進(jìn)行補(bǔ)償，能夠使PWM脈沖占空比會增大，輸出電流的有效值增大，從而使脈沖在脈寬和相位上近似于理想狀態(tài)波形。
[0034]在本實(shí)施方式中，對開關(guān)元件導(dǎo)通時間進(jìn)行的補(bǔ)償，即所增加的脈沖補(bǔ)償時間At，是通過對PWM控制信號的調(diào)制比進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的。也就是，在輸出電流Iu處于-1band?+iband的補(bǔ)償范圍內(nèi)，當(dāng)檢測出的輸出電流Iu的極性為正時，將在沒有進(jìn)行