一种三相svpwm逆变器死区补偿方法

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1、一种三相SVPWM逆变器死区补偿方法空间矢量脉宽调制/电流极性/死区优化设置/死区效应1 引言   空间电压矢量脉宽调制（SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM）通过在调制周期内产生一个开关序列得到等于电压参考矢量的平均电压矢量，可以获得较高的直流电压利用率和较低的输出谐波[1]，因而得到广泛的工业应用。但在桥式逆变电路中，为了避免同一桥臂上下开关器件的直通，必须插入死区时间。死区时间的存在显然使逆变器不能完全精确的复现PWM控制信号的理想波形，也不能精确地实现控制目标[2]。   国内外学者对逆变器死区效应做了许多有益的研

2、究，并提出了一系列改善措施[3-7]，文献[3-7]均采用了平均误差电压补偿法，文献[3]还对开关器件管压降和电路中寄生电容对死区效应的影响进行了研究，文献[4]在同步旋转d-q坐标系下，通过d、q轴参考电流和逆变器输出参考角频率来产生电压前馈补偿信号，文献[5]采用电机的数学模型预测定子电流对参考电压矢量进行调整，文献[6]根据电流基波和5、7次谐波表征的谐波畸变，引入两个满足收敛性可自调整的变量，实时调整以这两个变量为函数的电压补偿信号，文献[7]通过讨论输出电压矢量和三相电流方向的关系，将三相电流分成六个区域，在每个区域只对其中一相补偿。但上述所采取的死

3、区补偿方案都属于被动补偿，即死区效应已经发生后，根据理想输出和实际输出之间的偏差进行开环或闭环补偿。本文在对三相SVPWM逆变器死区效应分析的基础上，采用优化的死区设置方法，主动避开死区效应，以达到补偿目的，并通过MATLAB仿真和实验验证了其有效性，证明该死区优化设置补偿法是正确的。2 三相SVPWM逆变器死区效应分析图1 三相桥式PWM逆变器主电路原理图图2传统死区设置时逆变器A相工作过程   图1为感应电机PWM逆变器的原理图。按照传统死区时间设置方法即上下管均采用“延时开通”来加入死区时间，以A相为例分析其死区效应，其它相工作过程和其类同。该桥臂上下开

4、关管理想无死区驱动波形如图2(a)、(b)所示，传统方法加死区补偿后上下管驱动波形如图2(c)、(d)所示，理想驱动波形时的理想输出电压vao波形如图2（e）所示，加死区后的实际输出电压分为两种情况，电流从逆变器流向电机（ia>0）时的实际输出电压vao1如图2（f）所示，电流从电机流向逆变器（ia<0）时的实际输出电压vao2如图2（g）所示。忽略ia=0时的瞬态影响时，桥臂上下开关管在上升沿和下降沿死区时间Td内共有以下四种续流情况：   （1）ia>0时，V1从开通到关断，V4从关断到开通，电流经D4续流，vao被箝位到低电位，此时理想输出应为低电位，所

5、以输出电压不受死区影响。   （2）ia>0时，V1从关断到开通，V4从开通到关断，电流经D4续流，vao被箝位到低电位，而此时理想输出应为高电位，所以输出损失了一个宽度为Td的电压脉冲。V1～V6—主电路开关器件D1～D6—续流二极管   （3）ia<0时，V1从关断到开通，V4从开通到关断，电流经D1续流，vao被箝位到高电位，此时理想输出应为高电位，所以输出电压不受死区影响。   （4）ia<0时，V1从开通到关断，V4从关断到开通，电流经D1续流，vao被箝位到高电位，而此时理想输出应为低电位，所以输出增加了一个宽度为Td的电压脉冲。   由以上分析可

6、知，由于交流相电流存在续流阶段，而PWM开关周期远小于基波周期，故在一个开关周期内电流ia可以看作为方向不变，输出电压由与ia方向一致的那个开关管的实际开关脉冲决定，即ia>0时，vao1由T1’开关脉冲决定而不受T4’影响，如图2(c)、(f)所示；ia<0时，vao2由T4’开关脉冲决定而不受T1’影响，如图2(d)、(g)所示。3 基于三相SVPWM的死区效应主动补偿   传统的死区时间设置方法是上下管驱动信号均“延时开通”，通过上面分析可知，这种死区设置方法在死区时间内有四种工况，其中两种工况不会产生死区效应无电压变化，且与相电流方向和开关管状态变化相

7、关。结论为：ia>0时，不改变下开关管驱动信号，则无死区影响；ia<0时，不改变下开关管驱动信号，则无死区影响。   基于以上结论，可以依据电流方向采用同一桥臂上下开关管中某个开关管驱动信号同时采用“延时开通”和“提前关断”产生死区，而另一个开关管驱动信号不加死区保持不变的方法[8]以避开死区效应。具体做法为：ia>0时，只改变下开关管驱动信号的下降沿和上升沿（同时加入“提前关断”和“延时开通”两种死区），上开关管驱动信号不变，如图3（b）所示；ia<0时，只改变上开关管的上升沿和下降沿（同时加入“延时开通”和“提前关断”两种死区），下开关管驱动信号不变，如图

8、3（c）所示。图3（a）为a相上下开关