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

因此，在忽略功率開(kāi)關(guān)引起的高頻噪聲的情況下，逆變器的輸出電壓為：

其中，ma調制度，為調制正弦波幅值與三角波載波幅值的比值。

由上式可知，由于逆變器死區時(shí)間的存在，不但使逆變器輸出電壓的基波發(fā)生變化，而且使輸出電壓中含有3次、5次、7次等高次諧波。

開(kāi)關(guān)死區造成逆變器輸出電壓波形發(fā)生畸變，導致輸出電流波形波形畸變，即電流的交越失真。

·死區時(shí)間越長(cháng)，逆變器輸出基波電壓損失越大，電壓波形畸變程度越大;負載基波電流幅值下降越多，電流波形畸變也越嚴重。

·對于確定的死區時(shí)間，負載功率因數變小時(shí)，會(huì )使逆變器輸出基波電壓幅值增加，電壓波形畸變率變小，基波電流幅值減小，電流波形畸變率變大。

·當輸出電壓較低時(shí)，空間電壓矢量幅值很小，三路橋臂相對導通時(shí)間變短，死區時(shí)間的影響變大。

·死區不僅影響輸出電壓幅值，還影響其相位;死區使pwm波形不再對稱(chēng)于中心，因此，空間電壓矢量的幅值產(chǎn)生偏差，相位也發(fā)生變化。 基于位置的動(dòng)態(tài)死區補償方法

各種死區補償方法的一個(gè)共同特點(diǎn)是根據電流波形補償電壓信號。因此需要檢測實(shí)際電流值，判斷各相電流正負，以其過(guò)零點(diǎn)作為補償電壓信號的切換時(shí)刻。電流檢測環(huán)節由電流傳感器、低通濾波器和a/d轉換組成，為減小噪聲程序中還需加數字濾波。檢測到的電流存在器件精度和干擾造成的誤差，且有相位延遲。因此利用實(shí)際檢測到的電流信號很難精確補償死區影響，甚至會(huì )由于過(guò)零點(diǎn)附近的錯誤補償造成更大的電流畸變。

現今pmsm的轉矩控制多是通過(guò)矢量控制實(shí)現的，為準確控制電機電流，其電流環(huán)響應頻率很高，可達到1khz以上，實(shí)際電流能夠精確跟蹤電流指令信號。在高精度的交流伺服系統中，為實(shí)現高精度的位置伺服控制需要高分辨率的位置傳感器，一般達到16或17位，而高速高精度a/d器件相對成本較高，其分辨率一般為10或12位。由于電流矢量和轉子位置相關(guān)，如果用位置信號判斷電流正負，施加電壓死區補償信號，補償的精度可以比實(shí)際使用的電流信號精度高，且不受干擾信號的影響。

由pmsm矢量圖可見(jiàn)，磁場(chǎng)定向控制的電流矢量與轉子磁極成90°(電角度)，并與轉子同步旋轉。轉子磁極的位置可通過(guò)高分辨率的編碼器確定，經(jīng)過(guò)轉子磁場(chǎng)定向控制，電流按時(shí)間變化的電角度和磁極空間變化的空間旋轉角度重合，進(jìn)而可得到電流矢量的空間位置。根據電流矢量的空間位置，可以判斷出各相電流的過(guò)零點(diǎn)。

磁極的位置角度與電流的相位關(guān)系固定，經(jīng)過(guò)分析，我們按如下的位置變化規律進(jìn)行電壓補償：

·當角度0《θ《π時(shí)，ia》0，a相補償正向電壓;反之補償反向電壓。

·當角度2π/3《θ《5π/3時(shí)， ib》0，b相補償正向電壓;反之補償反向電壓。

·當角度-2π/3《θ《π/3時(shí)， ic》0，c相補償正向電壓;反之補償反向電壓。

補償電壓的幅值計算公式為：

其中factor為調整系數，一般取為0.7。

圖4和圖5為沒(méi)有加死區補償和加死區補償的實(shí)驗結果比較。由電流波形可以看出，無(wú)死區補償的電流在過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生畸變，

有平的臺階。而加入以上提出的死區補償方法后，圖5所示實(shí)際電流跟蹤給定電流，得到了效果很好的正弦波形。

逆變器的開(kāi)關(guān)死區效應對交流伺服系統的性能具有較大的影響，因此對開(kāi)關(guān)死區進(jìn)行校正補償是必要的。本文在分析了各種死區補償方法的基礎上，提出了一