CN109713927B

CN109713927B - 考虑svpwm死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法

Info

Publication number: CN109713927B
Application number: CN201811567236.8A
Authority: CN
Inventors: 林明耀; 伍锡坤; 杨公德; 王朋; 杨海
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: CN109713927A

Abstract

本发明公开了一种考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法，该方法在考虑SVPWM存在死区时间的情况下，通过测量三相逆变桥输出的两相电流和直流母线的电压，并判断当前SVPWM矢量所作用的扇区，再根据当前SVPWM作用周期内的电压矢量的作用时间和死区时间以及周期时间，就可以计算出直流母线侧瞬时输出功率的值。本发明不需要单独的直流母线电流传感器，可以通过逆变桥的输出两相电流重构出直流母线的瞬时电流。本发明考虑了SVPWM死区时间对功率测量的影响，提出了一种新的测量方法，提高了瞬时功率的测量精度。

Description

考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法

技术领域

本发明涉及电气传动技术，特别是涉及考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法。

背景技术

三相逆变桥在电机控制领域是一种常见的拓扑结构。直流母线的瞬时输出功率反映了逆变器当前的有功输出值，测量直流母线侧瞬时功率可以作为***运行的参考变量，具有重要的意义。传统的功率测量方式通过测量直流母线侧的电压和瞬时电流，来计算功率。但是该方式需要额外的安装直流母线侧的电流传感器，同时还需要对测量得到的瞬时电流进行滤波，而滤波带来的相位延迟会造成瞬时功率测量不准确的问题。三相逆变桥的输出相电流与直流母线的瞬时电流在部分开关管动作时刻存在对应关系，故可以通过测量三相逆变桥的相电流来重构直流母线瞬时电流。

在电机控制领域，三相逆变桥普遍采用SVPWM的调制方式进行控制，为了防止上下桥臂之间发生互通的危险，上下桥臂的互补驱动信号一般都留有死区。死区的存在使得负载端会发生续流的情况，续流期间负载侧会对直流母线的滤波电容进行能量回馈，容易造成直流母线侧瞬时输出功率测量不准确的问题。然而，现有技术中的三相逆变桥瞬时功率测量方法都没有充分考虑到SVPWM死区时间。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法，解决了现有技术中存在的需要安装直流母线侧电流传感器、瞬时功率测量不准确、没有充分考虑到SVPWM死区时间的问题。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法，包括以下步骤：

S1：在控制器的数模转换模块完成数模转换后触发的中断程序中，利用电流传感器采集电机的第一相电流i_A、第二相电流i_B和直流母线电压V_BUS，并送入控制器进行信号处理，得到电机的第三相电流i_C；

S2：在中断程序中获取当前合成电压矢量作用的扇区S、相邻的两个基本电压矢量的作用时间T₁和T₂、产生SVPWM的定时器中设定的死区时间T_D以及开关周期T；

S3：计算扇区S在一个开关周期内的第一相电流i_A的等效作用时间T_A、第二相电流i_B的等效作用时间T_B和第三相电流i_C的等效作用时间T_C；

S4：根据i_A、i_B、i_C、T_A、T_B和T_C计算出一个开关周期内的直流母线等效电流i_BUS；

S5：由直流母线电压V_BUS和直流母线等效电流i_BUS计算出直流母线的瞬时输出功率。

进一步，所述步骤S1中，第三相电流i_C根据以下公式得到：

i_A+i_B+i_C＝0 (1)。

进一步，所述步骤S3包括以下步骤：

S3.1：通过式(2)计算扇区S＝1时第一相电流i_A的等效作用时间T_A、第二相电流i_B的等效作用时间T_B和第三相电流i_C的等效作用时间T_C：

S3.2：通过式(3)计算扇区S＝2时第一相电流i_A的等效作用时间T_A、第二相电流i_B的等效作用时间T_B和第三相电流i_C的等效作用时间T_C：

S3.3：通过式(4)计算扇区S＝3时第一相电流i_A的等效作用时间T_A、第二相电流i_B的等效作用时间T_B和第三相电流i_C的等效作用时间T_C：

S3.4：通过式(5)计算扇区S＝4时第一相电流i_A的等效作用时间T_A、第二相电流i_B的等效作用时间T_B和第三相电流i_C的等效作用时间T_C：

S3.5：通过式(6)计算扇区S＝5时第一相电流i_A的等效作用时间T_A、第二相电流i_B的等效作用时间T_B和第三相电流i_C的等效作用时间T_C：

S3.6：通过式(7)计算扇区S＝6时第一相电流i_A的等效作用时间T_A、第二相电流i_B的等效作用时间T_B和第三相电流i_C的等效作用时间T_C：

进一步，所述步骤S4中，通过式(8)计算出一个开关周期内的直流母线等效电流i_BUS：

式(8)中，T为一个开关周期。

进一步，所述步骤S5中，通过式(9)计算出直流母线的瞬时输出功率：

P_BUS＝i_BUS·V_BUS (9)。

有益效果：本发明公开了一种考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法，与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1)本发明不需要单独的直流母线电流传感器，可以通过逆变桥的输出两相电流重构出直流母线的瞬时电流；

2)本发明考虑了SVPWM死区时间对功率测量的影响，提出了一种新的测量方法，提高了瞬时功率的测量精度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中三相逆变桥三相电流的方向定义图；

图2为本发明具体实施方式中SVPWM的扇区定义图；

图3为本发明具体实施方式中SVPWM基本电压矢量作用时间以及死区时间的定义图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。

本具体实施方式公开了一种考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法，SVPWM是Space Vector Pulse-width Modulation的英文缩写，其中文含义为电压空间矢量脉宽调制。本方法包括以下步骤：

S1：根据图1的三相逆变桥电流方向的定义，以及图3中SVPWM基本电压矢量作用时间以及死区时间的定义图，在控制器的数模转换模块完成数模转换后触发的中断程序中，利用电流传感器采集电机的第一相电流i_A、第二相电流i_B和直流母线电压V_BUS，并送入控制器进行信号处理，得到电机的第三相电流i_C。

S2：在中断程序中获取当前合成电压矢量作用的扇区S、相邻的两个基本电压矢量的作用时间T₁和T₂、***设定的死区时间T_D以及开关周期T；其中死区时间T_D、开关周期T在***完成初始化后，其值一般为恒值。

S3：计算扇区S在一个开关周期内的第一相电流i_A的等效作用时间T_A、第二相电流i_B的等效作用时间T_B和第三相电流i_C的等效作用时间T_C。SVPWM的扇区如图2定义。

S4：根据i_A、i_B、i_C、T_A、T_B和T_C计算出一个开关周期内的直流母线等效电流i_BUS。

步骤S1中，第三相电流i_C根据以下公式得到：

i_A+i_B+i_C＝0 (1)。

步骤S3包括以下步骤：

以第一扇区为例，在一个开关周期内，三相桥首先处于上桥臂全关断，下桥臂全开通的阶段，此时直流母线没有电流通过。随后A相上桥臂开关管开通存在死区，在该区间段内，A相续流，负载向直流母线回馈能量，此时直流母线电流反向流入电流i_A，作用时间为T_D。紧接着，A相上桥臂开关管开通，此时直流母线电流正向流出电流i_A，作用时间为T₁/2-T_D。随后，B相桥臂开关管开通存在死区，在该区间段内，B相续流，此时直流母线电流反向流入电流i_B，作用时间为T_D。紧接着，B相上桥臂开关管开通，此时直流母线电流正向流出电流i_B，作用时间为T₂/2-T_D。随后，C相桥臂开关管开通存在死区，在该区间段内，C相续流，此时直流母线电流反向流入电流i_C，作用时间为T_D。紧接着，三相桥首先处于下桥臂全关断，上桥臂全开通，此时直流母线没有电流通过。接下来的过程为上述过程的逆过程。根据上述公式，可以求出在不同扇区中一个开关周期内三相电流i_A、i_B和i_C的等效作用时间T_A、T_B和T_C。

步骤S4中，通过式(8)计算出一个开关周期内的直流母线等效电流i_BUS：

式(8)中，T为一个开关周期。

步骤S5中，通过式(9)计算出直流母线的瞬时输出功率：

P_BUS＝i_BUS·V_BUS (9)。

Claims

1.考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

所述步骤S3包括以下步骤：

所述步骤S4中，通过式(8)计算出一个开关周期内的直流母线等效电流i_BUS：

式(8)中，T为一个开关周期；

2.根据权利要求1所述的考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，第三相电流i_C根据以下公式得到：

i_A+i_B+i_C＝0 (1)。

3.根据权利要求1所述的考虑SVPWM死区时间的三相逆变桥瞬时功率测量方法，其特征在于：所述步骤S5中，通过式(9)计算出直流母线的瞬时输出功率：

P_BUS＝i_BUS·V_BUS (9)。