[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

说明书

本发明涉及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。其调整步骤为：首先对采样到的多级串联的全桥绝缘栅双极型晶体管的温度进行低通滤波，之后将其与设定的动态开关频率调整阀值进行差值运算，得到温度偏差量；其次，将温度偏差量经PI调节得到串级频率，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，确定级联式高压变频器的最小开关频率，将其与串级频率相加，得到级联式高压变频器开关频率；再次，级联式高压变频器开关频率经带通滤波器的滤波后，再对频率变化率的处理，得到系统控制中最优的开关频率；最后，利用得到的最优开关频率产生载波信号，通过将其与调制波进行比较，产生所需要的开关信号。

技术领域：

本发明涉及一种基于级联型高压变频器的动态开关频率调整的载波脉宽调制方法，以实现级联型高压变频器输出容量和输出波形之间的优化平衡。

背景技术：

在高压多种技术方案中，级联型高压变频器具有拓扑扩展简单、控制简便和输出谐波小等特点。变频器通过模块的级联最终实现高压输出，每一个级联模块由一个全桥电路组成，每一个全桥电路的包含六脉波二极管整流电路和绝缘栅双极型晶体管全桥电路组成。

在级联型高压变频器中，绝缘栅双极型晶体管开关的驱动信号采用载波移相的脉宽调制技术(PWM)，从而实现输出期望电压波形及其谐波抑制的目标。

绝缘栅双极型晶体管的驱动信号的开关频率对变频器的输出容量和输出波形都有明显影响，开关频率越高，变频器中的绝缘栅双极型晶体管的开关损耗就会越大，在同等散热条件下绝缘栅双极型晶体管的温升也就越高，这会导致变频器输出容量下降。但是，较高的开关频率下，变频器输出电压误差会减小、波形质量会得到提高。变频器输出电压误差减小，原因为开关频率高时，在一个基本周期内合成参考电压的点数增多，在一个开关周期内合成的伏秒误差减小，使得实际输出电压与期望电压之间的误差减小；而输出电压波形质量改善，这是由于输出电压中高频谐波次数会随着开关频率的提高而增大，进一步使得高频谐波远离变频器输出电压基波频率，从而导致变频器的输出电流波形质量变好，进而使得变频器的驱动对象的转矩脉动、噪音都会一定程度的改善。相反，绝缘栅双极型晶体管驱动信号的开关频率越低，变频器在同等散热条件下变频器输出容量会上升，但输出波形质量会变差，从而使得变频器驱动对象的转矩脉动、噪音变差。

因此，如何选择级联型高压变频器绝缘栅双极型晶体管驱动信号的开关频率取决于级联的模块数量、应用的输出容量要求以及具体输出电压波形质量的要求等多个因素，这是级联型高压变频器设计中的一个重要参数。

目前级联型高压变频器的驱动绝缘栅双极型晶体管的PWM信号的开关频率通常在0.2kHz到2kHz之间，但通常这些变频器的开关频率是固定的，不会随着变频器的工况改变而改变。

发明内容

本发明提供了一种基于实时监测多级串联的全桥绝缘栅双极型晶体管的温度，对开关频率进行动态调整，来实现在满足系统输出容量的同时，实现输出电压波质量的优化控制。根据实时监测多级串联的全桥绝缘栅双极型晶体管的温度，多级串联的全桥绝缘栅双极型晶体管的温度是其损耗的表征值，只要多级串联的全桥绝缘栅双极型晶体管的温度不超过其报警值，则表明变频器的输出容量能够满足工况要求，在多级串联的全桥绝缘栅双极型晶体管的温度明显低于其报警值时，通过对开关频率的动态选择，从而在保证变频器输出容量的同时实现运行条件下的输出电压波形质量的优化控制。

本发明可以达到的有益效果：

(1)利用开关频率动态调整方法，在满足级联型高压变频器输出容量要求的同时，实现了输出电压波形质量优化控制，有效提高了级联型高压变频器输出性能，最终实现了级联型高压变频器的输出容量和输出电压波形质量两者的优化控制；

(2)本发明不仅局限应用于级联型高压变频器，同样适用于其它类型的变频器开关频率选择，扩展应用性强。

附图说明

图1级联型高压变频器拓扑结构