一种电压型变频器死区补偿方法
阅读说明：本技术 一种电压型变频器死区补偿方法 (Dead-zone compensation method for voltage type frequency converter ) 是由 秘光明 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电压型变频器死区补偿方法,采样U,V两相电流,通过三相电流等于零计算W相电流；将电机额定电流设为基准值I-(N),以5％I-(N)的步长逐渐增大电流I,最大增大为120％I-(N)在各个步长值下,以步长0.5KHZ载波Fc逐步增加,最大增加大变频器最大载波频率,记录各个载波下的输出电压；经过本发明的方法和步骤,可以在不增加硬件成本的情况下,识别任何器件以及任何温度下的死区补偿值,具有很大的实用价值和经济效益；同时经过电压前馈角度和电流反馈角度相结合的方法,通过前馈控制加反馈控制,同时经过坐标表变换将交流量变换为直流量后,不但更能准确的检测电流过零检测的同时,对硬件要求也降低。(The invention discloses a dead zone compensation method of a voltage type frequency converter, which comprises the steps of sampling U and V two-phase currents, and calculating W phase current by the fact that the three-phase current is equal to zero; setting rated current of motor as reference value I N At 5% I N Step size of (2) gradually increases the current I to a maximum of 120% I N Under each step value, the carrier Fc with the step length of 0.5KHZ is gradually increased, the maximum carrier frequency of the large frequency converter is maximally increased, and the output voltage under each carrier is recorded; by the method and the steps, any device and dead zone compensation value at any temperature can be identified under the condition of not increasing hardware cost, and the method has great practical value and economic benefit; meanwhile, by a method of combining a voltage feedforward angle and a current feedback angle, after feedforward control and feedback control are carried out, and the alternating current quantity is converted into the direct current quantity through coordinate table conversion, the zero-crossing detection of the current can be more accurately detected, and the requirement on hardware is reduced.)
技术领域
本发明属于变流电机驱动技术领域，具体涉及一种电压型变频器死区补偿方法。
背景技术
在电压型变频器中，为了防止同一桥臂的上下两个器件发生直通现象，必须注入一定的死区时间。该死区时间是保证器件稳定运行不可或缺的条件，同时，由于它的存在，产生了附加的谐波，引起输出电流和输出电压失真，并且该谐波频率和当前输出频率相关，在低频时，会产生低频转矩谐波，产生较大的转矩脉动，对逆变器的控制产生越来越严重的影响。
目前针对死区补偿技术一般有：
电流检测型，通过检测各相输出电流的极性来确定补偿电压，由于受到死区补偿时间、输出电流的大小和频率的影响，检测输出电流的极性存在很大的困难。滤波带来的相位延迟会导致该种方法会补偿不准确甚至补偿错误。
电压检测型，通过检测各相的PWM占空比，与期望输出的占空比进行比较，得到实际偏差，然后将实际偏差和给定相叠加，得到新的给定。每次偏差都需要在下次PWM周期才能得到校正，同时存在检测精度，增加硬件成本的方法。
死区补偿的难点在于电压偏差和电流极性检测以及零电流钳位现象。本专利从这三点出发，阐述本发明的主要理论和方法，具有较大的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电压型变频器死区补偿方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电压型变频器死区补偿方法，离线辨识死区导致的电压偏差，其中：在进行电机参数辨识的时候，同时对变频器由于死区的影响进行死区补偿值，控制三相电流的大小，使电机其中两相并联后与另外一相串联；其中的步骤如下：采样U,V两相电流，通过三相电流等于零计算W相电流；
Iw＝-(Iu+Iv) (公式1)
将电机额定电流设为基准值IN，以5％IN的步长逐渐增大电流I，最大增大为120％IN；
在各个步长值下，以步长0.5KHZ载波Fc逐步增加，最大增加大变频器最大载波频率，记录各个载波下的输出电压；
最终形成一个二维数组U(Fc,I)，以载波和电流作为变化的死区补偿值；并且记录辨识时候的平均温度；
最终根据当前运行的电流大小，载波大小，温度大小，查找离线表格，最终根据公式2得到准确的死区补偿值大小；
U＝K*u(Fc，I) (公式2)
将电压输出角度作为定向角度，电压输出角度为θv；对电机输出电流Iu和Iv进行采集，再通过公式1对Iw进行计算；
以θv为定向角度，将电流进行坐标变换，以该角度进行定向。其中包括静止三相电流到静止两相电流(Iα，Iβ)坐标变换，静止两相电流到旋转坐标系变换，最终得到基于θv为定向角度定向的Id和Iq；如公式3和公式4：
再基于Id和Iq，根据公式5求出功率因素角θvi；
根据电压角度θv和功率因素角θvi可以计算电流极性的角度范围。
优选的，根据当前的电压角度θv和功率因素角θvi以及上一拍电压角度θv-1，预估下一拍电流角度，通过预估角度得到过零时下拍的电流极性，提前补偿死区补偿值U的方向，使其快速过零，避免电流钳位。
优选的，Id和Iq由于是直流量或者低频分量，可以对其进行低通滤波。
优选的，Id和Iq由于是直流量或者低频分量，可以对其进行低通滤波。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：经过本发明的方法和步骤，可以在不增加硬件成本的情况下，识别任何器件以及任何温度下的死区补偿值，具有很大的实用价值和经济效益；同时经过电压前馈角度和电流反馈角度相结合的方法，通过前馈控制加反馈控制，同时经过坐标表变换将交流量变换为直流量后，不但更能准确的检测电流过零检测的同时，对硬件要求也降低；本发明中通过电流角度预测，预测电流过零，使其快速过零，避免零电流钳位带来的电压不可控带来的问题，具有很大的意义。
附图说明
图1为电压型变频器典型系统结构；
图2为U相桥臂的上下管驱动波形；
图3为U相输出电压示意图；
图4为离线辨识电流步长曲线图；
图5为无死区补偿时的三相电流波形图；
图6为有死区补偿的三相电流波形图；
图7为不进行电流钳位处理的U相电流波形图；
图8为预测控制后进行零电流处快速过零的U相电流波形图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示为现有的电压型变频器系统结构图，如图中所示，电源通过整流后经过母线电容滤波，为六相IGBT提供母线电源，系统通过控制六相IGBT的开关，输出可变的电压和频率给电机，达到变频调速的目的；从图中可以看出，同一桥臂的有上下两个IGBT开关管(以Q1和Q6为例)，为了防止上下桥臂的直通，因此必须插入死区时间。假设Q1已开通，Q6关闭，如果需要Q6开通，则必须先关闭Q1，插入一段死区延迟后，再打开Q6。因此涉及到三个时间，开通延迟Ton，关断延迟Toff和死区时间Td，由于死区时间和开关延迟的存在，会导致输出电压与给定电压不相等，同时由于在死区时间内不可控，会导致电流波形畸变，引入谐波，同时由于电流钳位的存在，导致电压波形畸变，引起转矩波动的问题。
以Q1和Q6组成的桥臂为例，假设流向电机的电流方向为正；
(1)如果Iu＞0；
(1.1)从Q1导通，Q6关断切换为Q1关断和Q6导通，经过关断延迟Toff延迟时间后，电流从Q1管流过的电流变更为从D6的二极管流过，因此在关断延迟Toff内，出现了电压偏差。
(1.2)从Q1关断，Q6导通切换为Q1导通和Q6关断，在死区时间Td内，电流继续流过下桥二极管D6，经过导通时间后Ton，电流开始流过上管Q1，因此在时间内Ton+Td，出现了电压偏差。
(2)如果Iu＜0
(2.1)从Q1导通，Q6关断切换为Q1关断和Q6导通，在死区时间Td内，电流继续流过上桥二极管D1，经过导通时间后Ton，电流开始流过下管Q6，因此在时间内Ton+Td，出现了电压偏差。
(2.2)从Q1关断，Q6导通切换为Q1导通和Q6关断，经过关断延迟Toff延迟时间后，电流从Q6管流过的电流变更为从D1二极管流过，因此在关断延迟Toff内，出现了电压偏差。
其驱动波形如图2所示，(a)为理想的驱动波形，(b)为实际的驱动波形。如果不进行死区补偿，则实际输出电压波形和设定输出电压相差较大，会带来输出电流和电压的畸变，引入谐波，造成输出转矩波动，进而使输出系统不稳定，造成严重的后果。
从图1和图2可知，我们理想的输出电压波形如图3(a)所示，经过上述分析后，可知，通过实际驱动波形后，我们的实际输出电压波形如图3(b)所示，其中Vdc为母线电压，Vs为IGBT导通压降，Vd为二极管压降；从图中可以看出，实际输出电压和理想输出电压不仅和死区时间相关，还和电流极性相关；需要知道Ton，Toff，Td，Vdc，Vd，Vs这些变量才能对死区进行很好的补偿，其中Td是我们主动设置，为已知量，Vdc是我们通过实际采集得到，也为已知量；但是Ton、Vd、Vs和Toff与器件型号，当前输出电流以及当前温度有关系，因此不能获取到准确值；因此，本发明通过离线辨识方法对其进行辨识，来获取多组数据，从而得到准确的时间差和电压差；从而得到准确的电压偏差。
为了节省成本，本发明只采样U,V两相电流，通过三相电流等于零计算W相电流；
Iw＝-(Iu+Iv) (公式1)
将电机额定电流设为基准值IN，以5％IN的步长逐渐增大电流I，最大增大为120％IN；
在各个步长值下，以步长0.5KHZ载波Fc逐步增加，最大增加大变频器最大载波频率，记录各个载波下的输出电压；
最终形成一个二维数组U(Fc,I)，以载波和电流作为变化的死区补偿值；
并且记录辨识时候的平均温度；
最终根据当前运行的电流大小，载波大小，温度大小，查找离线表格，最终根据公式2得到准确的死区补偿值大小。其中温度系数K和器件手册有关系，可以设置一个相关值即可。
U＝K*u(Fc,I) (公式2)
将电压输出角度作为定向角度，由于电压输出角度为输出同步角度，采样电流按照该同步角度定向后，会形成两相直流电流，再通过公式计算，得到电流的旋转实时角度。通过这种补偿方式来对电流极性进行判断，从而对因死区时间引起的电压误差进行有效死区补偿。
电压输出角度我们已知为θv；
对电机输出电流Iu和Iv进行采集，再通过公式1对Iw进行计算；
以θv为定向角度，将电流进行坐标变换，以该角度进行定向；其中包括静止三相电流到静止两相电流(Iα，Iβ)坐标变换，静止两相电流到旋转坐标系变换，最终得到基于θv为定向角度定向的Id和Iq。如公式3和公式4：
再基于Id和Iq，根据公式5求出功率因素角θvi：
根据电压角度θv和功率因素角θvi可以计算电流极性的角度范围。
Id和Iq由于是直流量或者低频分量，可以对其进行低通滤波。
功率因素角θvi不进行滤波，直接使用计算值即可。
根据当前的电压角度θv和功率因素角θvi以及上一拍电压角度θv-1，预估下一拍电流角度，通过预估角度得到过零时下拍的电流极性，提前补偿死区补偿值U的方向，使其快速过零，避免电流钳位。
θ＝θv+θv-θv-1+θvi (公式6)
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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