專利名稱：變頻器中的輸出電流失真補償裝置的制作方法
技術領域：
本公開涉及一種變頻器中的輸出電流失真補償裝置，更特別地涉及這樣一種變頻器中的輸出電流失真補償裝置所述裝置被配置為通過生成附加補償電壓來防止變頻器中的輸出電流失真，以便處理由死區時間(dead time)補償電壓的誤差引起的輸出電流的失真現象。
背景技術：
用于電動機驅動的變頻器可以用于各種用途。用于驅動電動機的變頻器的示例可以包括工業制造設施、建筑用空調器和升降機。常規的三相變頻器接收三相(R，S，T)的電力以向電動機輸出三相輸出U相、V相和W相，其中，諸如IGBT(絕緣柵型雙極晶體管)的兩個開關元件(基于電流極性分成a+相開關元件和相開關元件)形成在各相處以便控制電動機的速度和電流，并且通過響應于輸入的PWM (脈寬調制)控制信號而接通或斷開相關的開關元件來輸出期望的電流或電壓。此時，如果處于同一相的a+相開關元件和a_相開關元件被接通，則大于超過開關元件的額定電流的閾值電流的電流流動以斷開開關元件，并且為了保護開關元件免受損壞，向控制開關元件的PWM控制信號插入死區時間以便保護開關元件。然而，常規方法的缺點在于，實際的死區時間電壓是通過功率開關元件的0N/0FF 特性來改變的，并且死區時間補償電壓響應于由檢流器檢測到的噪聲而產生誤差，其中，所述誤差反過來對施加到電動機上的電壓產生失真，引起了電流顯著波動的振蕩(hunting) 現象的發生。
發明內容
本公開旨在解決上述缺點和/或問題，并且本公開的目的在于提供一種變頻器中的輸出電流失真補償裝置，所述裝置被配置為如果由于由死區時間補償電壓的誤差而失真的變頻器輸出電流在變頻器中產生振動，則通過響應于失真的變頻器輸出電流生成附加死區時間補償電壓來輸出穩定的變頻器PWM控制信號。本公開待解決的技術問題不限制于上述說明，并且本領域技術人員將通過下面的說明來清晰地理解迄今為止沒有提到的任何其它技術問題。本發明的目的在于整體或部分地解決上述問題和/或缺點中的一個或多個并且至少提供下文描述的優點。為了至少整體或部分地實現上述目的，并且根據本發明的目的， 如所實施并擴大性描述的，并且在本發明的一個總體方案中，提供了一種變頻器中的輸出電流失真補償裝置，所述變頻器包括變頻器控制器，所述變頻器控制器生成用于控制PWM 電壓發生器的PWM信號，其中，所述變頻器控制器包括第一死區時間補償電壓發生器，其基于所述變頻器中的各相的輸出電流極性來生成補償電壓；以及第二死區時間補償電壓發生器，其基于所述變頻器中的各相的輸出電流波形來生成補償電壓，并且其中，由所述第一死區時間補償電壓發生器輸出的第一死區時間補償電壓和由所述第二死區時間補償電壓發生器輸出的第二死區時間補償電壓相加以生成最終的死區時間補償電壓。優選地，所述第二死區時間補償電壓發生器包括累積電流計算單元，其計算相對于所述變頻器中的各相的輸出電流的一個周期的積分值；以及第二死區時間補償電壓發生器，其基于由所述累積電流計算單元計算出的所述一個周期的積分值來生成第二死區時間補償電壓。優選地，所述第二死區時間補償電壓dVa2，dVb2，dVc2中的每一個是通過將附加補償增益-K乘以相對于所述變頻器中的各相的輸出電流的所述一個周期的積分值(正或負)生成的。優選地，如果各相的輸出電流波形傾向于正向，則所述第二死區時間補償電壓 dVa2, dVb2，dVc2中的每一個是通過將附加補償增益-K乘以具有正值的所述一個周期的積分值生成的。優選地，如果各相的輸出電流波形傾向于負向，則所述第二死區時間補償電壓 dVa2, dVb2，dVc2中的每一個是通過將附加補償增益-K乘以具有負值的所述一個周期的積分值生成的。根據本公開的變頻器中的輸出電流失真補償裝置具有的有益效果在于由功率開關元件的0N/0FF特性和由檢流器檢測到的噪聲所產生的死區時間補償誤差被減小以減小施加到電動機上的電壓的失衡，從而防止電流顯著波動的振蕩現象的發生。
本公開的教導能夠通過考慮結合附圖的下列詳細描述而被容易地理解，其中圖1為圖示了變頻器中的輸出電流失真補償裝置的方框圖；圖2為圖示了根據本公開的示例性實施例的變頻器中的輸出電流失真補償裝置的方框圖；以及圖3為圖示了根據本公開的通過一個周期的累積電流值的第二死區時間補償電壓的方法的波形圖。
具體實施例方式此處示出的細節僅是為了舉例說明且用于本公開的實施例的解釋性說明的目的， 并且是為了提供期望對本公開的原理和總體方案進行最有用且容易理解的描述而提出的。在這一點上，沒有嘗試更詳細地示出大于本公開的基本理解所需的本公開的結構細節，并且結合附圖的描述，對于本領域技術人員而言可以如何實際上實施本公開的多種形式是顯而易見的。本公開不限于其應用于下列描述中闡述的以及附圖中圖示的構造的細節和部件的布置。本公開能夠是其它實施例并且能夠以各種方式實施或實現。而且，此處所使用的措辭和術語是為了描述的目的而不應當視為限制。此處的“包括著”、“包括有”，或者“具有著”、“含有”、“帶有”及其變體意味著包含其后所羅列的項及其等同布局以及其它項。在下面的描述中，闡述了多個具體的細節以便提供對實施例的全面理解。然而，相關技術領域技術人員應當意識到的是，此處所描述的技術可以在不使用一個或多個細節的情況下實施，或者利用其它方法、部件、材料等來實施。在其它情況下，公知的結構、材料或
4操作未被示出或詳細地描述以避免使得某些方案不清楚。在附圖中，可以為了清晰而放大示出層和區域的尺寸和相對尺寸。全文中相同的標記指代相同的元件，并且將省略彼此重復的說明。現在，將在下文中與附圖一起對根據本公開的變頻器中的輸出電流失真補償裝置的示例性實施例進行詳細的說明。圖1為圖示了變頻器中的輸出電流失真補償裝置的方框圖。參考圖1，變頻器中的輸出電流失真補償裝置包括整流器2，其從三相電源1接收電力并且將三相交流電(AC)轉換為直流電(DC) ；DC平滑濾波器3，其對經整流的電壓進行平滑濾波；PWM(脈寬調制)電壓發生器4，其利用功率開關元件根據PWM信號發生器140的 PWM生成信號來生成PWM電壓；電動機5，其利用PWM生成電壓來產生轉動力；相電壓指令單元110，其利用頻率和電壓指令來作出各相的PWM輸出電壓指令Va*，Vb*, Vc、檢流器6，其檢測電動機的電流Ia，lb, Ic;電流極性鑒別器120，其利用檢測到的電流來鑒別各電流的極性；以及死區時間補償電壓發生器130，其利用電流極性來生成死區時間補償電壓dVa， dVb, dVco也就是說，生成PWM控制信號的變頻器控制器100通過增加基于變頻器的輸出電流的極性的死區時間補償電壓來輸出PWM控制信號，以減小死區時間的影響。利用頻率指令和預定的V/F比，相電壓指令單元110相對于當前的頻率指令作出各相電壓的指令Va*，Vb*，Vc*。電流極性鑒別器120通過由檢流器6獲得的電流Ia，lb, Ic來鑒別各電流的極性， 并且如果電流的極性為+則輸出+1，而如果電流的極性為-則輸出-1。死區時間補償電壓發生器130利用電流極性鑒別器120的輸出來生成死區時間補償電壓dVa，dVb，dVc。死區時間補償電壓的計算為使得死區時間補償電壓發生器130對應于電流極性為+的死區時間來生成電壓+dV，并且對應于電流極性為-的死區時間來生成電壓_dV。現在，將對根據本公開的示例性實施例的變頻器中的輸出電流失真補償裝置進行詳細的描述。圖2為圖示了根據本公開的示例性實施例的變頻器中的輸出電流失真補償裝置的方框圖。參考圖2，根據本公開的示例性實施例的變頻器中的輸出電流失真補償裝置包括 整流器2，其從三相電源1接收電力并且將三相交流電(AC)轉換為直流電(DC) ；DC平滑濾波器3，其對經整流的電壓進行平滑濾波；PWM(脈寬調制)電壓發生器4，其利用功率開關元件根據PWM信號發生器140的PWM生成信號來生成PWM電壓；電動機5，其利用PWM生成電壓來產生轉動力；以及變頻器控制器100，其生成PWM信號。變頻器控制器100包括相電壓指令單元110，其利用頻率和電壓指令來作出各相的電壓指令Va*，Vb*，Vc* ；電流極性鑒別器120，其利用檢測電動機5的電流Ia, lb, Ic的檢流器6所檢測到的電流來鑒別各電流的極性；第一死區時間補償電壓發生器130，其利用鑒別出的電流極性來生成第一死區時間補償電壓dVal，dVbl，dVcl ；以及附加死區時間補償電壓發生器150。再次參考圖2，變頻器通過整流器2將由三相電源施加的三相AC輸入電力供給到DC平滑濾波器3，并且根據由變頻器控制器100的PWM信號發生器140輸出的PWM控制信號，PWM電壓發生器4利用功率開關元件(例如，IGBT)來生成PWM電壓并且將PWM電壓供給到電動機5。利用作為檢流器6的輸出的由檢流器6檢測到的電流，第一死區時間補償電壓發生器130通過經由鑒別各電流的極性的電流極性鑒別器120接收電流的極性來生成第一死區時間補償電壓dVal，dVbl，dVcl，其中，電流極性鑒別器120通過由檢流器6獲得的電流Ia，lb, Ic來鑒別各電流的極性，并且如果電流的極性為+則輸出+1，而如果電流的極性為-則輸出-1。也就是說，第一死區時間補償電壓發生器130利用電流極性鑒別器120的輸出來輸出第一死區時間補償電壓dVal，dVbl，dVcl。死區時間補償電壓的計算為使得第一死區時間補償電壓發生器130對應于電流極性為+的死區時間來生成電壓+dV，并且對應于電流極性為-的死區時間來生成電壓-dV。此時，由第一死區時間補償電壓發生器130輸出的第一死區時間補償電壓可以基于功率開關元件(例如，IGBT)的0N/0FF特性而不同，并且具有與由檢流器檢測到的噪聲相符的誤差。因此，根據本公開的示例性實施例的變頻器中的輸出電流失真補償裝置包括附加死區時間補償電壓發生器150，附加死區時間補償電壓發生器150響應于由檢流器6檢測到的失真電流的類型來生成附加死區時間補償電壓以便保持正弦波，其中，電動機中流動的電流既不傾向于+也不傾向于_。附加死區時間補償電壓發生器150包括累積電流計算單元151，其累積一個周期內的各相的電流；以及第二死區時間補償電壓發生器152，其利用累積的電流值來生成附加死區時間補償電壓dVa2，dVb2，dVc2。第二死區時間補償電壓發生器152通過將增益乘以來自累積一個周期內的各相的電流的累積電流計算單元151的一個周期內的累積電流值來生成第二死區時間補償電壓 dVa2，dVb2, dVc2。圖3為圖示了根據本公開的由一個周期的累積電流值獲得第二死區時間補償電壓的方法的波形圖。參考圖3，圖3(a)示出了輸出電流Ia的波形，圖3 (b)圖示了累積電流計算值，并且圖3(c)示出了附加死區時間補償值。如果電流與在檢測到的輸出電流Ia的波形Gl中相同是正弦波(即，不傾向于正側或負側的平衡狀態)，則在一個周期內的電流的積分值(累積電流計算值)變成0，與波形G2相同，并且附加死區時間補償值(第二死區時間補償電壓dVd)變成0，參考波形G3。同時，在電流與在檢測到的輸出電流Ia的波形G4中相同而傾向于正側的情況下， 在一個周期內的電流的積分值(累積電流計算值G5)變成正值，由此必須將負值的校正電壓提供給下一個周期內的輸出電壓以便減小正向的偏移量，并且校正電壓的大小必須與在一個周期內的電流的積分值成比例。也就是說，附加死區時間補償值(G6 第二死區時間計算電壓dVa2)變成_K*Ia integral，其中K為補償增益，并且Ia integral為在一個周期內的Ia相的電流的積分值。同時，在電流與在檢測到的輸出電流Ia的波形G7中相同而傾向于負側的情況下，在一個周期內的電流的積分值(累積電流計算值G8)變成負值，由此必須將正值的校正電壓提供給下一個周期內的輸出電壓以便減小負向的偏移量，并且校正電壓的大小必須與在一個周期內的電流的積分值成比例。也就是說，附加死區時間補償值(G9 第二死區時間計算電壓dVa2)變成_K*Ia integral。盡管在本公開的示例性實施例中已經對一個相的檢測到的電流Ia進行了描述，但是同樣適用于相對于檢測到的各相的電流rt，Ic的第二死區時間補償電壓dVb2，dVc2。再次參考圖2，通過將由各相的第一死區時間補償電壓發生器130輸出的第一死區時間補償電壓dVal，dVbl，dVcl與由各相的第二死區時間補償電壓發生器152輸出的第二死區時間補償電壓dVa2，dVb2，dVc2相加來生成最終的死區時間補償電壓dVa，dVb，dVc。因此，PWM信號發生器140根據各相的最終輸出電壓指令V:，Vb**, Vc**來生成PWM 信號，其中，最終的死區時間補償電壓dVa，dVb，dVc和由相電壓指令單元110生成的各相的電壓指令Va*，Vb*, Vc*為相加電壓指令。通過上文顯而易見的是，根據本公開的變頻器中的輸出電流失真補償裝置具有工業實用性并且其優點在于由功率開關元件的0N/0FF特性和由檢流器檢測到的噪聲所產生的死區時間補償誤差被減小以減小施加到電動機上的電壓的失衡，從而防止電流顯著波動的振蕩現象的發生。然而，上述根據本公開的變頻器中的輸出電流失真補償裝置可以以多種不同的方式實施而不應當解釋為對此處所闡述的示例性實施例的限制。因此，本公開的實施例旨在可以覆蓋本公開的改進和變型，只要這些改進和變型落入隨附的權利要求及其等同布局的范圍內即可。雖然可能已經對于多個實施例公開了特定的特征或方案，但是這些特征或方案可以按照可能期望的而與其它實施例的一個以上的其它特征和/或方案選擇性地相結
I=I O
權利要求
1.一種變頻器中的輸出電流失真補償裝置，所述變頻器包括變頻器控制器，所述變頻器控制器生成用于控制PWM電壓發生器的PWM信號，其中，所述變頻器控制器包括第一死區時間補償電壓發生器，其基于所述變頻器中的各相的輸出電流極性來生成補償電壓；以及第二死區時間補償電壓發生器，其基于所述變頻器中的各相的輸出電流波形來生成補償電壓，并且其中，由所述第一死區時間補償電壓發生器輸出的第一死區時間補償電壓和由所述第二死區時間補償電壓發生器輸出的第二死區時間補償電壓相加以生成最終的死區時間補償電壓。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述第二死區時間補償電壓發生器包括累積電流計算單元，其計算相對于所述變頻器中的各相的輸出電流的一個周期的積分值；以及第二死區時間補償電壓發生器，其基于由所述累積電流計算單元計算出的所述一個周期的積分值來生成第二死區時間補償電壓。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中，所述第二死區時間補償電壓(dVa2，dVb2，dVc2) 中的每一個是通過將附加補償增益(-K)乘以相對于所述變頻器中的各相的輸出電流的所述一個周期的積分值(正或負)生成的。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，如果各相的輸出電流波形傾向于正向，則所述第二死區時間補償電壓(dVa2，dVb2，dV(^)中的每一個是通過將附加補償增益(-K)乘以具有正值的所述一個周期的積分值生成的。
5.根據權利要求3所述的裝置，其中，如果各相的輸出電流波形傾向于負向，則所述第二死區時間補償電壓(dVa2，dVb2，dV(^)中的每一個是通過將附加補償增益(-K)乘以具有負值的所述一個周期的積分值生成的。
全文摘要
本發明公開了一種變頻器中的輸出電流失真補償裝置，所述變頻器包括變頻器控制器，所述變頻器控制器生成用于控制PWM電壓發生器的PWM信號，其中，所述變頻器控制器包括第一死區時間補償電壓發生器，其基于所述變頻器中的各相的輸出電流極性來生成補償電壓；以及第二死區時間補償電壓發生器，其基于所述變頻器中的各相的輸出電流波形來生成補償電壓，并且其中，由所述第一死區時間補償電壓發生器輸出的第一死區時間補償電壓和由所述第二死區時間補償電壓發生器輸出的第二死區時間補償電壓相加以生成最終的死區時間補償電壓，從而防止電流顯著波動的振蕩現象的發生。
文檔編號H02P27/08GK102237848SQ20111011389
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月29日 優先權日2010年5月6日
發明者金光淵 申請人:Ls產電株式會社