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SPWM逆变器典型死区补偿策略

王磊  王明渝  邓湘鄂  
【摘要】:在调速系统中,要达到良好的变频调速性能,逆变器的输出电压波形的质量尤为重要。但是在SPWM逆变器中,为确保同一桥臂上下两管子不致发生直通故障,需要加入死区时间,从而导致死区效应,如输出基波电压降低,附加谐波增加等,降低了SPWM调速系统的动、静态性能。而死区效应产生的低次谐波使输出波形产生畸变,低次谐波又很难滤除。同时任何的开关器件都有一定的开关固有特性,也会给逆变器的输出带来畸变,影响逆变器的输出。本文从分析逆变器的死区入手,并考虑了开关器件的固有特性,简单分析了死区及开关器件的固有特性对逆变器输出及整个系统的影响,然后选择了具有代表性的电流反馈补偿方法和基于无效器件的补偿方法,对其补偿原理进行分析:电流反馈型死区补偿原理既是通过检测三相电流的极性来确定死区的补偿电压。即需要检测相电流的极性,并将其变成方波电压,加到每相的调制波上,这个方波电压使逆变器产生一个与电流相位相同、与误差波形相似的补偿电压,从而达到补偿效果;基于无效器件的补偿方法即为首先检测逆变器输出的电流方向,再根据电流方法确定有效器件且保证有效器件的开通时间,该方法是在原驱动信号的基础上加以补偿,给无效器件仍然送驱动信号,达到补偿效果。并进行了具体的Matlab仿真研究,仿真结果表明所提出方法的有效性和可行性,同时通过比较两种补偿方法的仿真结果:对仿真得到的速度,输出电流,转矩分别进行对比,并对其进行Fourier分析,得出两种补偿方法的优劣。研究对于提高和改善变频调速系统的性能及对死区问题的研究有很好的借鉴意义。主要结论:当考虑死区的同时考虑到开关管的通态压降和开关时间的影响时,产生误差电压不只与输出电流的极性有关,而且还与输出电流的大小和调制波的大小有关。死区效应及开关管的固有特性给输出电压、电流造成严重的波形畸变和基波电压损失,而且所产生的低次谐波会造成电动机转矩脉动并严重影响整个系统的稳定性。死区补偿的方法很多,文中对两种补偿方法进行具体仿真研究,电流反馈补偿和基于电流反馈和无效器件相结合的补偿方式,两种补偿方法都需要对负载电流进行检测,但是第二种补偿方法是基于DSP的死区补偿方式,文中在Matlab/Simulink中对其仿真效果进行了仿真研究。可以看到其补偿效果要比方法1好。

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