一种基于空间矢量PWM的死区效应补偿策略研究

《一种基于空间矢量PWM的死区效应补偿策略研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、一种基于空间矢量PWM的死区效应补偿策略研究1引言FI前，随着电力电子技术的发展，功率器件如igbt、mosfet等广泛应用于pwm变流电路中。对丁•任何固态的功率开关器件来讲，都具有一定的固有开通和关断时间,对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输入的信号是不可控的，称为开关死区时间，它引起开关死区效应，简称为死区效应［個。在电压型pwm逆变电路屮，为避免同一桥臂上的开关器件直通，必须插入死区时间，这势必导致输出电压的误差。该误差是谐波的重要來源，它不但增加了系统的损耗，共至还可能造成系统失稳。对于电机驱动系统而言，死区效应会使得低速时的屯压及电流发生严重畸变，引起转矩脉动和谐波。本

2、文分析了死区时间的产生以及对输出电压的影响。在此基础上，引入电流预测补偿方法，对其理论进行分析并进行了仿真与实验。2死区效应分析•幻以逆变器的其中一个桥臂为例，进行分析死区时间的影响。假设负载为感应电机,如图1所示。图1逆变器一相桥臂的死区效应分析在功率器件开通关断时，逆变器输出电压山于死区的影响在电流极性不同时会表现出不同的形式。当开通功率开关管(igbt)vt2时，vti必须关断，如果开通速度比关断速度快，将会在桥臂上产生直通电流而导致损坏器件，因此需要插入死区时间。由于是感性负载，输出电流h通过续流二极管进行续流，二极管的导通取决于电流h的方向。当斤＞0时・，有两种工作状态，正常工

3、作状态时，桥臂的上管W开通，vt2关断，电流通过旳流向电机；而在死区时间内，“、Vt2都关断，此时电流通过下管的续流二极管Vd2完成续流，保持电流流向电机。当h<0时，同样也冇两种工作状态：正常工作状态时，下管Vt2开通，上管g关断，电流通过V©形成通路；在死区时间工作状态吋，Vt^Vt2都关断，此吋电流通过上管的续流二极管Vdi完成续流，保持电流形成通路。尽管逆变器死区时间很小，单个脉冲不足以影响整个系统的性能，但连续考虑一个周期的效应，死区的积累作用使得电动机的定子电压受到很大的影响。受死区的影响，输出电压产生的畸变分析如图2所示。□□nnnnnni—正电流4n'负1lrLI"irT

4、JuL1Jjir图2死区对逆变器输出电压的影响图2中：a）理想的驱动波形；b、c）带有死区的上下管驱动信号；d）电流方向；e）逆变器的实际输出电压；f）为误差电压波形。3电流预测补偿法“⑸电流预测补偿方法是将预测控制用丁对电压型逆变器的控制，基本思路是在第k个采样时刻根据所检测到的负载电流及补偿器输出电流、电动机的数学模型以及下一个开关周期k+1吋刻的期望电流，计算出符合电流变化的输出电压矢量，然后在pwm屮运用空间矢量法合成这一输出电压矢量，从而迫使下一次采样时刻的实际电流以最优特性跟踪下一个时刻参考电流，达到跟踪输出电流的訂的。在对三相异步屯机进行分析和控制时，将其等效为一个带有反电

5、动势的r・l负载电路，如图3a）所示。为便于分析，这里进行坐标变换，将对称三相静止坐标系变换到d・q坐标系，如图3b）所示。a）三相静止状态模型b）两相坐标下模型图3异步电机等效电路图和坐标变换模型预测算法是基于d・q坐标进行分析的。预测电流控制在d・q坐标下，每相的控制方式屮h——电机的总漏感；vk+1——第k+1时刻的期望电压；ek——第k时刻的感应电动势估计值；L+1——控制周期第k+1时刻的参考电流值;t——采样周期。为了计算方便，式(2)可以改写为:勺=%-¥仏-心)T⑶其中：ek——“准确”的感应电动势电压估计值；vka——第k时刻的实际电压。假设算法从该时刻开始，那么ek的

6、最初估计值为:其中：ek——运用的第k吋刻的期望电压(由于死区的存在，其值与相应的实际电压Vka可能有误差)对反电动势的佔计；v；——第k时刻的期望电压。假设由上面几式将控制算法运用到下一个采用周期可得:所以%】=J(7)其屮耳和—根据估计值郎进行估计所得的值(而視本身乂是根据一个可能有的误差的实际电压进行计算的)。从上式中可以看出，如果反电动势是已知的，那么将会比期望值稍大。增大部分就是前一周期内期望电压应用所带来的误差。由式(5)可得：%+g=A"+i+咗+1、厂—・■J畑(8)如果假定每相的电流与前一周期的相同，那么则有：△叫+1=帆(9)市式(8)和(9)可得：—Yfc+I(10

7、)从式(10河以看出，前一区间的死区影响对丁•当前区间得到完全的补偿，实际应用电压就是期望电压。同理对于下一个区间有：咗+2=¥('；7-L+J+勺+1一人3+1'7'心(11)•—J*+2=叫+2_人叫+1(12)可以看出，式(12)与式⑺是相同的，因此如果相电流方向不变，则增大部分与前一区间是相同的。也就是说如果每相的电流方向不变，那么以后每个控制区间的电压补偿是相同的。对于山死区所引起的电压误差进行量化处理(忽略电流钳位现象的