電機逆變器死區補償獨領(lǐng)風(fēng)騷高性能伺服不在話(huà)下

逆變器死區補償方法綜述

為補償td引起的電壓波動(dòng)，研究人員提出了各種補償方法，大致可劃分為三類(lèi)。

最普遍的方法是在電流極性相同的區間內，根據缺少的脈沖列相應加上極性相反的脈沖列，以抵消其影響。由于三相電流必有一相與另兩相極性相反，一種簡(jiǎn)單的方法是對極性相反的相實(shí)行二倍的電壓過(guò)補償，使三相電壓死區影響相互抵消，線(xiàn)電壓波形為正弦形。文獻詳細分析了死區產(chǎn)生的原因和影響，并根據模擬調制和數字調制分別給出了死區的硬件電路補償方法。根據全橋電路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，提出了一種帶死區補償的逆變器數學(xué)模型，該模型的特點(diǎn)是由簡(jiǎn)單的滯環(huán)結構組成，根據此模型可由一計算公式實(shí)現死區補償。

第二類(lèi)方法是根據無(wú)效器件原理實(shí)現死區補償的。在任意時(shí)刻，逆變器每一橋臂兩個(gè)功率器件中只有一個(gè)是有效的。當上橋臂器件關(guān)斷時(shí)，不論下橋臂器件是否導通，輸出電壓都是直流母線(xiàn)的負端電壓，此時(shí)稱(chēng)下橋臂器件是“無(wú)效”的。死區補償的辦法是，維持有效器件的驅動(dòng)信號不變，改變無(wú)效器件的驅動(dòng)信號使之滿(mǎn)足設置死區的要求。既然“無(wú)效”器件的通、斷并不影響輸出電壓狀態(tài)，那么也就不需要驅動(dòng)信號了，只給有效器件發(fā)出驅動(dòng)信號就可以了，這樣也就不需要加入死區，也就沒(méi)有什么死區補償的問(wèn)題了。但該方法在電流過(guò)零點(diǎn)處會(huì )由于誤差導致畸變，因此使用這個(gè)方法時(shí)要注意電流過(guò)零區域的處理。一些學(xué)者進(jìn)一步提出了改進(jìn)方法。在電流過(guò)零點(diǎn)加一滯環(huán)，在滯環(huán)時(shí)間內使用正常的開(kāi)關(guān)死區保護，可減小畸變。由于電流采樣中的干擾和電流變化的復雜性，在電流過(guò)零點(diǎn)附近的區域應給出兩路驅動(dòng)信號并加入死區及死區補償。利用pwm關(guān)斷時(shí)刻實(shí)現換流時(shí)的開(kāi)關(guān)死區保護，可消除開(kāi)關(guān)死區的影響。

第三類(lèi)方法是電流預測控制。建立較為準確的電機系統模型，分析電流波形的畸變量，通過(guò)電流的預測控制來(lái)實(shí)現電流波形的校正。預測電流控制的死區問(wèn)題，通過(guò)估計反電勢補償電壓波形畸變和電流零點(diǎn)鉗位現象。建立異步電機模型的矩陣方程，根據對svpwm算法里定子相電流的預測，補償其空間電壓矢量。利用d-q旋轉坐標系下的pmsm模型設計觀(guān)測器，觀(guān)測q軸損失的電壓，通過(guò)公式折算成需補償的死區時(shí)間tc，實(shí)現死區的在線(xiàn)補償。時(shí)間延遲控制來(lái)估計死區導致的干擾電壓，并將其反饋到電壓參考給定上以補償死區影響。電流預測方法計算繁瑣，且補償效果與電機模型的精度和時(shí)變的參數值直接相關(guān)，不易得到滿(mǎn)意的效果。 逆變器死區的影響

由pwm死區時(shí)間產(chǎn)生的基本原理可知，引起的逆變器輸出電壓的偏差脈沖在繞組電流周期t1內的電壓偏差可用一方波來(lái)等效，為了分析方便，假定電壓偏差脈沖在時(shí)間上是等間距的，則等效方波的高度為：

隨著(zhù)電流極性的變化，誤差電壓脈沖的方向也隨著(zhù)發(fā)生變化，而且隨著(zhù)載波頻率的提高，誤差電壓脈沖出現的次數也隨之提高，雖然死區時(shí)間很短，只有幾個(gè)微秒，但是誤差電壓在一個(gè)周期之內累積起來(lái)，也會(huì )對輸出電壓的基波幅值產(chǎn)生較大的影響。誤差電壓與理想電壓、實(shí)際輸出電壓的定性關(guān)系如圖2所示。

對圖2中的偏差方波進(jìn)行傅立葉分析得到：