[发明专利]电机控制系统中逆变器死区的补偿电压算法及插补方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机控制系统中逆变器死区的补偿电压算法及插补方法。

背景技术

在电机低速运行时，尤其是在轻载时，由于逆变器死区效应导致相电流和相电压畸变并产生零电流箝位现象，增加了变频器输出的电流谐波含量；此电流谐波含量增大了电机的磁链畸变及转矩脉动。目前电机控制系统中在空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制之前，逆变器如何得到准确的三相电压U_A、U_B、U_C，以避免逆变器死区效应，主要有如下方法：单纯利用PID调节控制，直接将i_d、i_q进行pi调节得到u_d、u_q，然后经过逆park变换和逆clark变换得到U_A、U_B、U_C；但此种方法不能完全补偿由于逆变器死区效应而造成的误差电压，其原因包含如下几点：首先，由于电机控制系统软件或硬件的限制，电流采样有一定的带宽，调节速度受到限制，其次，电流调节是个延时或一阶环节，电流PI调节的频域表达式通常为k_p为PID调节器的比例系数，k_i为PI调节器的积分系数，T_s为采样时间，z为复变量，将抽样信号的拉式变换移植来表示离散时间信号的z变换，以及电流调节速度的影响，使得逆变器死区效应不可能完全得到补偿。

如图1所示为逆变器死区效应产生的原理图，电机实际运行中，逆变器输出电流受死区延时时间，功率器件通断时间，功率器件与二极管的导通压降及直流电源脉动等影响。其中，T_on为功率管开通时间，T_off为功率管关断时间，T_d为死区延时时间，U_T为功率管导通压降,U_D为二极管导通压降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电机控制系统中逆变器死区的补偿电压算法及插补方法，本算法可得到逆变器死区的补偿电压，利用本插补方法有效避免逆变器的死区效应，能提高电机所能达到的最高转速及电机低速时的动态响应，减少电机控制系统的谐波含量。

为解决上述技术问题，本发明电机控制系统中逆变器死区的补偿电压算法包括如下步骤：

步骤一、在考虑逆变器死区延时时间T_d、逆变器功率管开通时间T_on、关断时间T_off、功率管导通压降和二极管导通压降的影响条件下，以逆变器U相为例，在一个PWM周期内，根据理想与实际伏秒面积相等来计算逆变器死区效应误差时间T_err为：

T_err＝(T_d+T_on-T_off+T_ave)*sgn(i_U)(1)

其中

式(1)和式(2)中，T_S为一个PWM周期内的采样时间、U_d为二极管导通压降、U_T为功率管导通压降、i_U为逆变器U相电流、T_ave为一个PWM周期中功率管和二极管导通压降所引起的等效误差时间；

步骤二、计算T_ave等效误差时间在一个PWM周期内引起的U相输出端电压误差U_{ao_err}，

由式(3)和式(2)可知，U相输出端电压误差U_{ao_err}受采样时间T_s及直流母线电压U_dc的影响；

步骤三、根据步骤一和步骤二中逆变器U相输出端电压误差的计算，推得逆变器三相的相电压误差为：

式(4)、式(5)、式(6)中，U_{an_err}为U相输出端误差电压、U_{bn_err}为V相输出端误差电压、U_{cn_err}为W相输出端误差电压、i_U为逆变器U相电流、i_V为逆变器V相电流、i_W为逆变器W相电流、U_dc为直流母线电压；

步骤四、根据式(4)、式(5)和式(6)的逆变器各相输出端误差电压，则可得到逆变器死区的补偿电压分别为：