[发明专利]一种基于开关器件温度的级联型高压变频动态开关频率PWM调整方法

权利要求书

1.一种级联型高压变频器的脉宽调制解决方法，其特征在于：利用实时监测的多级串联的全桥绝缘栅双极型晶体管的温度，根据级联型高压变频器的级联模块数和设定的动态开关频率温度报警值，来动态调整载波移相调制方法的开关频率，在满足级联型高压变频器输出容量要求的同时，实现输出电压波形质量的优化控制，多级串联的全桥绝缘栅双级型晶体管的温度，由温度传感器测量，经AD调理电路送至主控制器，每一个级联单元，测量的全桥绝缘栅双级型晶体管温度为安装在不同位置测量的散热器温度，对于n级级联高压变频器共有2n个检测的温度值，对这2n个变量进行预处理，预处理包括：对2n个检测的温度值进行数据筛选，当这2n个检测的温度值都在允许的测量误差范围之内，也就是没有一个测量的温度值与其它温度值有较大的差异时，系统运行正常，无故障发生；当至少有一个检测的温度值与其它温度值存在明显差异时，通过将该级联模块的电流与其它级联模块的电流进行比较，当该级联模块的电流与其它级联模块的电流误差很小时，该级联模块检测的温度值因误差大而被舍弃；当该级联模块的电流与其它级联模块的电流误差很大时，系统运行出现故障，变频器发出故障和报警信号，对于n级级联高压变频器m(m≤2n)个正常测量的温度值，对其进行平均之后，得到n级级联高压变频器的温度检测值。

2.一种基于开关器件温度的级联型高压变频动态开关频率PWM调整方法，其特征在于：通过变开关频率载波调制策略，实现了输出容量和输出电压波形质量的优化平衡，该方法具体实现步骤如下：

(1)根据级联式高压变频器级联模块数，预估系统运行时需要的开关频率，在该开关频率作用下，当检测到的绝缘栅双极晶体管温度值经数字信号处理后进入主控制器的温度值为T'，与报警值且两者之差小于设定阀值s时，此时认为开关频率已经最优，开关频率保持恒定，此时系统稳定运行，主控制器中具体计算如下：

T′＝A(z)T (1)

f(k+1)＝f_K(k)，T_g-T′＜s (2)

其中，A(z)为离散化的数字低通滤波器，f_K(k)为第k-1时刻的动态调整后优化开关频率，f(k+1)为第k+1时刻的开关频率；

当检测到的绝缘栅双极晶体管温度值经数字信号处理后进入主控制器的温度值为T'时超过设定的报警值T_g，说明系统不能够满足输出容量的工况要求，须对开关频率进行调整，降低开关频率；当检测到的绝缘栅双极开关管温度值小于设定的报警值且两者之差大于设定阀值时，说明级联型高压变频器已经满足输出容量的工况要求，但输出波形不够优化，须增大开关频率；对于绝缘栅双极晶体管温度值经数字信号处理后进入主控制器的温度值为T'时超过设定的报警值T_g或者超过设定阀值时，此时均需要开关频率动态调整，在主控器中将其归为一类，具体计算如下：

f(k+1)＝f_K(k+1)，T_g-T′＞s或T_g-T′＜0 (3)

其中，f_K(k+1)为第k时刻的动态调整后优化开关频率；

当绝缘栅双极晶体管温度值经数字信号处理后进入主控制器的温度值为T'时与设定的报警值T_g之间的关系满足式(3)时，由此进入步骤(2)；

(2)对检测到的绝缘栅双极晶体管温度值进行低通滤波之后的温度值T',与报警值进行差模计算，该差模值为△T，经PI控制器后得到串级频率f_N，具体计算如下：

ΔT＝T_g-T (4)

其中，k_p、k_i分别为PI控制中的比例系数和积分系数，f(k)为第k时刻主控制器的开关频率，

根据级联模块数与一个绝缘栅双极型晶体管的最小的开关频率，通过最小开关频率选择单元，查得级联式高压变频器的最小开关频率f₁，将其与串级频率相加f_N，得到级联式高压变频器开关频率f_NK；具体计算如下：

f_NK＝f₁+f_N (6)

级联式高压变频器开关频率f_NK经带通滤波器的滤波后为f_NK'，其经过斜坡函数对频率变化率的处理，得到系统控制中最优的开关频率f_K，用于载波信号发生单元的输入，具体计算如下：

f_NK＇＝B(z)f_NK (7)

f_K＝f(t)f_NK＇ (8)

其中，B(z)为离散化带通滤波器；f(t)为斜坡函数，用于限制开关频率上升和下降速率，保证系统稳定；

(3)最优的开关频率经载波信号发生单元得到载波信号，用于PWM脉冲发生器单元的输入，载波信号与正弦调制信号经PWM脉冲发生器单元输出PWM开关信号，用于驱动多级串联的全桥绝缘栅双极型晶体管。