[实用新型]感应电机控制系统的方波畸变补偿装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及感应电机控制系统技术领域，详细讲是一种对边沿斜率畸变引起的难以量化的误差电压进行补偿，改善了滤波后相位滞后现象，电流极性判断精准，系统方波畸变补偿效果佳，交流感应电机控制系统的整体性能好的感应电机控制系统的方波畸变补偿装置。

背景技术

我们知道，在科技高速发展的今天，交流感应电机(ACIM)的控制理论日趋成熟，但由于在建立控制算法的过程中对逆变器和信号调理环节的特性进行了理想化，因而往往不能直接在实际系统中得到预期的效果。造成这种障碍的基础性问题是逆变器的方波输出畸变，方波输出畸变问题是电压源型逆变器(VSI)的共性问题，其不但削弱了电机控制系统性能，也限制了先进控制算法的优越性。如图1所示，为了防止上、下桥同时开通，需要在理想PWM信号中加入死区时间；为了保证VSI中并联的多个开关器件可以被安全、可靠地驱动，往往需要加入信号放大器件、信号隔离器件等。图中电平转换、隔离、高低端驱动、推挽等电路环节构成了PWM方波信号的传递环节。这些类似的方波信号调理环节都不可避免地使VSI输出的方波产生畸变，PWM方波畸变的形式主要有四种：幅值畸变、相位畸变、占空比畸变、边沿斜率畸变。造成PWM方波畸变的主要因素有：

(1)在PWM信号中加入死区时间；

(2)传递环节开启/关断延迟；

(3)传递环节开启/关断特性不一致；

(4)电压源型逆变器的开启/关断延迟；

(5)电压源型逆变器的开启/关断特性不一致；

(6)电压源型逆变器的正向导通压降和二极管压降；

(7)功率开关器件的寄生电容。

上述这些因素与PWM方波畸变的因果关系如图2。

如图3所示，由于在理想PWM信号中加入死区时间，波形由理想的互补方波PWM^#1变为PWM^#2；PWM^#2信号经过方波信号调理环节后输入给VSI，输出波形为PWM^#3,，这个信号直接驱动VSI的开关器件。

U^Ideal在图中作为参考波形，由PWM^#1产生，它的作用效果等同于算法中的目标相电压U^*。U^Actual是VSI输出端的实际波形。与PWM^#3波形相比，由于开关器件的开启/关断延迟，U^Actual产生了占空比的变化。同时，U^Actual的幅值也受到正向导通压降U_SAT和二极管压降U_D的影响。ΔU表示理想输出电压U^Ideal与实际输出电压U^Actual之间的差值。利用图3就可以对幅值畸变、相位畸变、占空比畸变的影响进行量化。

相位畸变对系统几乎没有影响，幅值畸变和占空比畸变则使实际输出的相电压与理想相电压之间出现难以忽略的误差，该电压误差使控制系统关键指标下降，降低整体性能。由幅值畸变和占空比畸变造成的电压误差比较容易进行量化，利用PWM的平均值原理就可以计算出每个周期造成的误差电压大小。

对图3的方波畸变过程进行详细分析后，可以推导出U相的误差电压表达式(V相和W相形式相同)：

ΔU_U＝U_pri·sgn(i_U)+U_sub(a)

其中，