一种三相逆变器的管压降自动补偿方法

1.本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种三相逆变器的管压降自动补偿方法。


背景技术：

2.逆变器驱动功率器件负载的管压降会造成逆变器的实际输出电压与预期电压之间存在一定的误差，从而导致逆变器的输出电流谐波增大，尤其是三相逆变器的输出电压较低时，会导致其输出电流波形严重失真。管压降补偿能够明显改善三相逆变器的工作性能，因此，对逆变器进行管压降补偿是十分必要的。然而，由于igbt的非线性特性，当负载电流发生变化时会使得igbt的管压降也随之变化，现有的管压降补偿方案无法取得满意的效果，所以，不同负载工况下的自适应补偿方法是三相逆变器管压降补偿的一大难题，也是电力电子装置性能提升的一大挑战。


技术实现要素：

3.针对上述情况，本发明提供了一种基于给定电流分段线性化的管压降自动补偿方法，能够有效改善因负载电流变化影响逆变器的igbt管压降而引起的电流畸变问题，显著提升三相逆变器的工作性能。
4.为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种三相逆变器的管压降自动补偿方法，所述三相逆变器包括三相桥式电路，三相桥式电路的输入端连接直流电源，输出端连接负载，每相桥式电路均包括上桥臂和下桥臂，上、下桥臂均由一个igbt并联一个续流二极管而组成。
6.该三相逆变器的管压降自动补偿方法，包括以下步骤：
7.s1、直流变换器拓扑可以是通过将三相逆变器u相的上、下桥臂关断，v相的上桥臂关断、下桥臂开通，并保持w相的上、下桥臂正常工作而构造得到；也可以是通过将三相逆变器v相的上、下桥臂关断，w相的上桥臂关断、下桥臂开通，并保持u相的上、下桥臂正常工作而构造得到；还可以是通过将三相逆变器w相的上、下桥臂关断，u相的上桥臂关断、下桥臂开通，并保持v相的上、下桥臂正常工作而构造得到；三相逆变器各相上桥臂和/或下桥臂的关断均是通过脉冲封锁的方式来实现；
8.s2、通过pi调节器和pwm模块实现对直流变换器拓扑输出电流的闭环控制，pi调节器的给定端输入给定电流，给定电流平均分为n段，分段数n＝10～15；进一步优选n＝13，即给定电流均分成13段按照小到大的顺序1/13i
max
、2/13i
max
、3/13i
max
……imax
依次给定到pi调节器；通过pi调节器得到pwm模块给定电压到pwm模块，再通过pwm模块控制直流变换器拓扑，使直流变换器拓扑输出电压跟随pwm模块给定电压；
9.s3、改变pwm模块给定电压的载波频率至m倍，倍率数m＝1～3；进一步优选m＝2，即在2倍载波频率下，再次重复进行s2步骤中的操作。pi调节器给定电流的分段给定和pwm模块给定电压的载波频率的倍率改变，均由微控制器通过程序控制来实现；
10.s4、基于所述直流变换器拓扑，联立pi调节器给定电流在m倍不同载波频率下的输出电压方程，对应求解出续流二极管的管压降和igbt的管压降；并逐一求解n段给定电流对应的输出电压方程，对应求解出续流二极管的管压降和igbt的管压降，进而实现对三相逆变器管压降的自动补偿和对三相逆变器输出电流的闭环控制；
11.求解pi调节器给定电流为i、载波频率fs时的直流输出电压的公式为
[0012]vw1
＝vd[fs,i]+v
t
[fs,i]+r
si[0013]
求解pi调节器给定电流为i、m倍载波频率下的直流输出电压的公式为
[0014]vw2
＝vd[fs,i]+mv
t
[fs,i]+r
si[0015]
求解续流二极管的管压降补偿值的公式为
[0016]vw2-v
w1
＝vd[fs,i
rate
]
[0017]
求解igbt的管压降补偿值的公式为
[0018]
mv
w2-v
w1-r
sirate
＝v
t
[fs,i
rate
]
[0019]
上述各公式中，vd[fs,i]表示载波频率为fs、电流为i时的续流二极管的管压降，v
t
[fs,i]表示载波频率为fs、电流为i时的igbt的管压降，rs为三相逆变器的负载电阻，i
rate
为三相逆变器的额定电流。
[0020]
本发明还包括能够使其正常使用的其它组件，均为本领域的常规手段，另外，本发明中未加限定的装置或组件，均采用本领域的现有技术。
[0021]
本发明的有益效果如下：
[0022]
本发明所提供的三相逆变器的管压降自动补偿方法，在不改变三相逆变器电路硬件和机械结构的情况下，能够有效改善因负载电流变化影响逆变器的igbt管压降而引起的电流畸变问题，显著提升三相逆变器的工作性能；通过微控制器编程控制实现，无需增加硬件成本，攻克了不同负载工况下三相逆变器管压降自动补偿的技术难题，还可以应用于变频器的离线参数辨识，对相关电力电子装置的性能提升具有一定的促进作用；当驱动负载为电机时，能够保证电机处于静止状态，相较于现有的管压降补偿方法更加便于操作控制。
附图说明
[0023]
图1为本发明中三相逆变器的拓扑结构图。
[0024]
图2为实施例1中直流变换器拓扑的结构图。
[0025]
图3为实施例2中直流变换器拓扑的结构图。
[0026]
图4为实施例3中直流变换器拓扑的结构图。
[0027]
图5为本发明提供的管压降自动补偿方法的控制原理图。
[0028]
图6为本发明提供的管压降自动补偿方法的工作流程框图。
具体实施方式
[0029]
下面将结合具体的实施例，对本发明的技术方案进行清晰完整地描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的部分实施例，而非全部实施例。
[0030]
实施例1
[0031]
如图1、2、5、6所示，一种三相逆变器的管压降自动补偿方法，所述三相逆变器包括三相桥式电路，三相桥式电路的输入端连接直流电源，输出端连接负载，每相桥式电路均包
括上桥臂和下桥臂，上、下桥臂均由一个igbt并联一个续流二极管而组成。
[0032]
三相逆变器的管压降自动补偿方法，步骤如下：
[0033]
s1、将三相逆变器u相的上、下桥臂通过脉冲封锁进行关断，w相的上桥臂也脉冲封锁关断、下桥臂开通，并保持v相的上、下桥臂正常工作而构造得到直流变换器拓扑；
[0034]
s2、通过pi调节器和pwm模块实现对直流变换器拓扑输出电流的闭环控制，pi调节器的给定端输入给定电流，给定电流平均分为13段，由微控制器控制按照从小到大的顺序1/13i
max
、2/13i
max
、3/13i
max
……imax
依次给定到pi调节器；再通过pi调节器得到pwm模块给定电压到pwm模块，再通过pwm模块控制直流变换器拓扑，使直流变换器拓扑输出电压跟随pwm模块给定电压；
[0035]
s3、再由微控制器控制改变pwm模块给定电压，在2倍载波频率的条件下，再次重复进行s2步骤中的操作；pi调节器给定电流分段给定和pwm模块给定电压载波频率改变，均由微控制器通过程序控制来实现，所述微控制器采用dsp28335控制器；
[0036]
s4、基于所述直流变换器拓扑，联立pi调节器给定电流在m倍不同载波频率下的输出电压方程，对应求解出续流二极管的管压降和igbt的管压降；并逐一求解n段给定电流对应的输出电压方程，对应求解出续流二极管的管压降和igbt的管压降，进而实现对三相逆变器管压降的自动补偿和对三相逆变器输出电流的闭环控制；
[0037]
求解pi调节器给定电流为i、载波频率fs时的直流输出电压的公式为
[0038]vw1
＝vd[fs,i]+v
t
[fs,i]+r
si[0039]
求解pi调节器给定电流为i、2倍载波频率下的直流输出电压的公式为
[0040]vw2
＝vd[fs,i]+2v
t
[fs,i]+r
si[0041]
求解续流二极管的管压降补偿值的公式为
[0042]vw2-v
w1
＝vd[fs,i
rate
]
[0043]
求解igbt的管压降补偿值的公式为
[0044]
2v
w2-v
w1-r
sirate
＝v
t
[fs,i
rate
]
[0045]
上述各公式中，vd[fs,i]表示载波频率为fs、电流为i时的续流二极管的管压降，v
t
[fs,i]表示载波频率为fs、电流为i时的igbt的管压降，rs为三相逆变器的负载电阻，i
rate
为三相逆变器的额定电流。
[0046]
本发明的工作原理如下：
[0047]
本发明通过将三相逆变器构造成直流变换器拓扑，基于直流变换器拓扑得到的igbt管压降的测试电路拓扑结构，通过pi调节器给定电流分段给定和倍率改变pwm模块给定电压载波频率，并通过电压方程公式对应求解出不同给定电流和载波频率下的igbt管压降，进而实现对三相逆变器管压降的自动辨识和补偿以及对三相逆变器输出电流的闭环控制。
[0048]
实现三相逆变器的管压降动补偿方法的工作流程如下：
[0049]
(1)三相逆变器被构造为一个直流变换器拓扑之后，其控制方法与直流变换器类似，输出电压通过控制w相桥臂的占空比来调节；直流变换器拓扑的给定电流和w相的反馈电流误差输入到pi控制器中进行闭环控制，当给定电流大于反馈电流时，微控制器会减小w相上桥臂的占空比从而减小w相桥臂的输出电压，当给定电流小于反馈电流时则相反。
[0050]
(2)等待0.25～1s(优选0.5s)，为系统进入稳态提供充足的适应时间；
[0051]
(3)记录pi调节器的输出电压，此时，直流变换器拓扑的输出电压和输出电流均为直流，便于建立基尔霍夫电压方程。
[0052]
(4)给定电流被均分13段按从小到大的顺序依次给定到pi控制器。
[0053]
(5)记录13段分段给定电流分别对应的pi调节器的输出电压；
[0054]
(6)将pwm模块给定电压载波频率增大至2倍，并重复上述操作；
[0055]
(7)联立pwm模块给定电压两种载波频率下的电压方程对应求解出igbt管压降，并逐一求解13段pi调节器给定电流下对应的igbt管压降，在三相逆变器正常工作时，根据负载电流的大小变化，即可自动选择准确的补偿电压。
[0056]
实施例2
[0057]
如图3所示，与实施例1的区别在于，s1中直流变换器拓扑是通过将三相逆变器v相的上、下桥臂关断，w相的上桥臂关断、下桥臂开通，并保持u相的上、下桥臂正常工作而构造得到。
[0058]
实施例3
[0059]
如图4所示，与实施例1的区别在于，s1中直流变换器拓扑是通过将三相逆变器w相的上、下桥臂关断，v相的上桥臂关断、下桥臂开通，并保持u相的上、下桥臂正常工作而构造得到。
[0060]
实施例4
[0061]
与实施例1的区别在于，s2中pi调节器给定电流均分10段。
[0062]
实施例5
[0063]
与实施例1的区别在于，s2中pi调节器给定电流均分15段。
[0064]
实施例6
[0065]
与实施例1的区别在于，s3中pwm模块给定电压增大至3倍载波频率。
[0066]
本发明的技术方案并不限于上述具体实施例的限制，在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何技术变形，均落入本发明的保护范围之内。