CN102684536B - 一种高压变频调速装置的功率单元死区补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压变频调速装置的功率单元死区补偿方法，其特征在于：由CPU测量功率单元输出的电流极性，判断输出电压与输出电流是同向或异向，当输出电压与输出电流是同向时，功率单元的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度进行+Td的补偿，当输出电压与输出电流是异向时，功率单元的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度进行-Td的补偿，其此情况下，若补偿后脉冲宽度调制信号的脉冲宽度为负，则取消本次补偿，其中，Td为死区时间。本发明的优点是：提供了一种在智能功率单元内实现的死区时间补偿的方法，该方法的控制方式简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压变频调速装置的功率单元死区补偿方法，尤其涉及一种采用单元串联多重化技术后的高压变频调速装置的功率单元死区补偿方法，属于高压变频调速装置技术领域。
背景技术
近年来，随着电力电子技术的发展，促使了电力电子器件的发展，绝缘栅双极晶体管IGBT是在90年代得到迅速发展，其绝缘性能好、模块化程度高，工作频率可达20kHz，因此在低压变频调速装置上得到了广泛的应用。在高压变频调速中，由于IGBT的工作电压低，虽然目前已能作到3.3～4.5kV，但还不能满足直接使用的电压等级。所以人们设计研究出在高压变频调速装置中采用单元串联多重化技术，使符合使用的、工作电压较低的IGBT模块得到应用。申请人自主独立的研制出6kV高压变频调速装置，经过多绕组移相整流变压器降压后给智能功率单元供电，智能功率单元为三相输入单相输出的交-直-交PWM电压源型逆变器结构，相邻的智能功率单元的输出端串联起来，形成Y形结构，实现变压变频的高压直接输出，供给高压电动机。
这种高压变频调速装置在使用过程中，为了防止逆变桥上下桥臂短路，在控制电路中必须设置死区时间(Dead Time——Td)。在Td时间内，上下桥臂都处于关断状态，设定时应使Td＞Toff(max)，一般推荐Td≥3μs。然而这一死区时间会造成变频器输出电流波形交越失真，甚至引起系统振荡。
图1为高压变频调速装置的功率单元电路图。在理想情况下，每个桥臀的上下晶体管严格轮流导通和关断。但实际情况是，每个晶体管的通、断都需要一定时间，尤其是关断时间比导通时间更长。在关断过程中，如果截止的晶体管立即导通，必然引起桥臂短路。为了防止这种情况发生，通常都让触发信号推迟一个时间Td，在此时间内，桥臂上下晶体管都没有触发信号，该桥臂的工作状态将取决于两个续流二极管和该相电流的方向。
对每个桥臂来说相当于在理想的脉冲宽度调制(PWM)输出电压上叠加了一系列窄脉冲，这些窄脉冲的极性是与该桥臂上电流反相的。由于Td的影响，输出电流波形将产生失真，引起电机转矩脉动，轻载时容易引起电机振荡。因此，在设计中应考虑补偿Td引起的电压波动。
发明内容
本发明的目的是要提供一种在智能功率单元内实现的死区时间补偿方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种高压变频调速装置的功率单元死区补偿方法，该功率单元的内部由CPU控制，其输出的电压极性由CPU决定，其特征在于：步骤为：由CPU测量功率单元输出的电流极性，判断输出电压与输出电流是同向或异向，当输出电压与输出电流是同向时，功率单元的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度进行+Td的补偿，当输出电压与输出电流是异向时，功率单元的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度进行-Td的补偿，其此情况下，若补偿后脉冲宽度调制信号的脉冲宽度为负，则取消本次补偿，其中，Td为死区时间。
本发明的优点是：提供了一种在智能功率单元内实现的死区时间补偿的方法，该方法的控制方式简单，易于实现。
附图说明
图1为高压变频调速装置的功率单元电路图；
图2为单元输出电压电流示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
在本优选实施例中，本发明提供的一种方法针对如图1所示的高压变频调速装置的功率单元，功率单元逆变侧的四个IGBT模块采用特定的PWM调制方式实现直流-交流的逆变，输出单相交流电压。四个IGBT模块分别是V1、V2、V3、V4及其反并联二极管VD1、VD2、VD3、VD4。逆变侧是将直流电变为单相交流电输出，输出电压为uout。V1-V2桥臂的电流为i1，V3-V4桥臂的电流为i2。输出电流iout＝-i1＝i2。
按照负载条件，测量输出电压和输出电流的极性，从而按照前面的分析，当电压与电流同向时，则输出的PWM脉冲宽度采取的补偿是-Td宽度的脉冲；当电压与电流反向时，则输出的PWM脉冲宽度采取的补偿是+Td宽度的脉冲。这个补偿后的脉冲宽度范围是在0至载波周期范围内的。
在功率单元内部进行输出电流的测量，这个输出电流在功率单元逆变侧的两个桥臂上表现是反相的，可以设定输出电流iout＝-i1＝i2。对于每个桥臂，当其电流为正时，应采用PWM脉冲宽度+Td的补偿；当其电流为负时，应采用PWM脉冲宽度-Td的补偿，即补偿是与电流同相的。
当输出电流iout＞0，则i1＜0，i2＞0，那么，V1-V2桥臂补偿是-Td，V3-V4桥臂补偿是+Td；当输出电流iout＜0，则i1＞0，i2＜0，那么，V1-V2桥臂补偿是+Td，V3-V4桥臂补偿是-Td。
如图2所示，在uout的正半周，电压与电流同向，意味着iout＞0，反向则是iout＜0；在uout的负半周，电压与电流同向，意味着iout＜0，反向则是iout＞0。
功率单元内部采用的PWM调制方式是：在uout的正半周，V1和V2是PWM调制，而V3恒通，V4恒关；在uout的负半周，V3和V4是PWM调制，而V1恒通，V2恒关。因此，在uout的正半周，V3和V4是不需要死区补偿的，而在uout的负半周，V1和V2不需要死区补偿。
可见，在进行死区补偿时，
(1)在uout的正半周，电压与电流同向，V1-V2桥臂补偿是-Td。
(2)在uout的正半周，电压与电流反向，V1-V2桥臂补偿是+Td。
(3)在uout的负半周，电压与电流同向，V3-V4桥臂补偿是-Td。
(4)在uout的负半周，电压与电流反向，V3-V4桥臂补偿是+Td。
因此，只要电压与电流同向，则补偿是-Td；反向，则补偿是+Td。
Claims (1)
1.一种高压变频调速装置的功率单元死区补偿方法，该功率单元的内部由CPU控制，其输出的电压极性由CPU决定，其特征在于：步骤为：由CPU测量功率单元输出的电流极性，判断输出电压与输出电流是同向或异向，当输出电压与输出电流是同向时，功率单元的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度进行-Td的补偿，当输出电压与输出电流是异向时，功率单元的脉冲宽度调制信号的脉冲宽度进行+Td的补偿，若补偿后脉冲宽度调制信号的脉冲宽度为负，则取消本次补偿，其中，Td为死区时间；
功率单元内部采用的PWM调制方式是：在输出电压（uout）的正半周，逆变器左桥臂上侧IGBT模块（V1）和逆变器左桥臂下侧IGBT模块（V2）是PWM调制，而逆变器右桥臂上侧IGBT模块（V3）恒通，逆变器右桥臂下侧IGBT模块（V4）恒关；在输出电压（uout）的负半周，逆变器右桥臂上侧IGBT模块（V3）和逆变器右桥臂下侧IGBT模块（V4）是PWM调制，而逆变器左桥臂上侧IGBT模块（V1）恒通，逆变器左桥臂下侧IGBT模块（V2）恒关，因此，在输出电压（uout）的正半周，逆变器右桥臂上侧IGBT模块（V3）和逆变器右桥臂下侧IGBT模块（V4）是不需要死区补偿的，而在输出电压（uout）的负半周，逆变器左桥臂上侧IGBT模块（V1）和逆变器左桥臂下侧IGBT模块（V2）不需要死区补偿。
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