基于重复控制的SPWM逆变电源死区效应补偿技术

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基于SVPWM的逆变器死区补偿方法

浙江大学电气工程学院，杭州３１００２７
ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ
ＸＭＣ４５００ｃｈｉｐｏｆＩｎｉｎｆｅｏｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅａｄ－ｔｉｍｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
ｖｏｌｔａｇｅｗｈｉｃｈｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｃｈｅｃｋｉｎｇａｇａｉｎｓｔｔｈｅｔａｂｌｅｉｎｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｗｉｔｈ
ｍｅｔｈｏｄｉｎ３．７ｋＷｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅａｄｔｉｍｅｅｆｆｅｃｔｓ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ）ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｌｆ－ｔｕｎｉｎｇ

单相SPWM逆变器的死区效应分析和补偿策略_李剑

图 1 单相全桥 SPW M 逆变器主电路原理图
在传统的死区效应分析中, 并不考虑开关管的通态管压降和开关时间的影响。在死区时间内, 同一桥臂的 2 个开关管均处于关断状态, 输出电流只能通过二极管续流, 桥臂的输出电压只与输出电流的极性有关, 而与驱动信号的控制逻辑无关。为简便起见, 先以桥臂 A 为例过行分析。在死区时间 t D 内, 当电流流出桥臂( i > 0) 时, 由二极管
路, 桥臂间的输出电压 V i 作为 L C 滤波器的输入,
V 0 为 L C 滤波器的输出。由于 L C 滤波器和阻感负
载的影响, V 0 和 V i 的有效值并不是线性关系。
1) 空载时,
V V
0 1
=
1-
1 X2 L C
2) 带 R L 负载时,
V V
0 1
=
R 0+ j XL0 R0 ( 1- X2L C) + jX( L 0+ L - X2L 0L C)
知第 k 次谐波的幅值为 V k= 4khP( k = 1, 3, 5, …) 。因为 LC 滤波器是按照滤除开关频率谐波而
设计的, 由误差电压引入的 3, 5, 7 等低次谐波无
法得到有效衰减, 从而给输出电压造成了严重的波形畸变。逆变器死区对输出电压基波的影响见
图 3 逆变器死区对输出电压基波分量的影响
=
VAN-
V
* A
N
=
-
[ t D-
( toffTC
ton ) ( V dc +
Vd -
V sat ) +
V
d+ 2
V
s
at
+

工程师分享：SPWM逆变器死区影响的几种补偿方法

工程师分享：SPWM逆变器死区影响的几种补偿方
法
引言
死区可以避免因桥臂开关管同时导通的故障，但死区同时也引起反馈二极管的续流，使输出电压基波幅值减小，并产生出与死区时间△t及载波比N成比例的3、5、7…次谐波，这是设置死区带来的缺点。

这个缺点对变频调速系统的影响最为显着。

特别是在电机低速运行时，调制波角频率ωs减小，使载波比N相对增大，因此，死区△t中二极管续流引起的基波幅值减小，和3、5、7…次谐波的增大更加严重。

在这种情况下，为了保证系统的正常运行，就必须对死区中二极管续流的这种不良影响进行补偿。

常用的最基本补偿方法有两种：一种是电流反馈型补偿，另一种是电压反馈型补偿。

它们的共同补偿原理就是设法产生一个与二极管续流引起的误差电压波形相似、相位相差180°的补偿电压ucom，来抵消或减弱误差波的影响。

所谓误差波，就是由反馈二极管续流而引起的误差电压。

三相半桥式SPWM逆变器电路图见图1。

电流反馈型补偿
死区设置方式有两种，即双边对称设置和单边不对称设置。

现以双边对称设置方式为例来进行说明，其结果对单边不对称设置方式也同样适用。

带死区的SPWM逆变器在感性负载时，基波幅值的减小与3、5、7…次谐波幅值的增大都与Δtωc=ΔtNωs成正比(ωc为SPWM中三角波电压的角频率)，随着死区时间△t及载波比N的增加，输出电压基波幅值将减小，3、。

基于SVPWM控制的并网逆变器死区补偿方法

ＳＰＶＷＭ调制方式期望输出的圆形空间磁场这个目
标，出了简单易行的死区补偿方法。提
捕获中断、ＷＭ、Ｄ模块等。而且特意为ＳＰＰＡＶＷＭ提供了一个控制寄存器，用于通过ＤＰ内部资源实Ｓ现硬件法ＳＰＶＷＭ。硬件法实现步骤如下。（）启动ＳＰ１ＶＷＭ功能，择空问矢量的旋转选
片，中有很丰富的用于电机控制的片上资源，其包括
的正弦波形，也提高了直流母线的利用率。但是根据开关器件的工作原理，开通和关断都需要一定的时间。同一桥臂上，若一管还未完全关断，另一管就导通了，会引起直流母线短路，成开关器件的损坏。造所以需要加入死区时问，证上下管不会同时导通。保这就使得管子实际的开通关断时间与期望时间有偏差，响输出电流电压。分析死区对ＳＰ影ＶＷＭ调制方式的输出电压的影响，据ＳＰ根ＶＷＭ调制原理，准对
研究与分析
・
机械研究与应用・
基于ＳＰＶＷＭ控制的并网逆变器死区补偿方法
刘东，李迅波，龙波
６０５１０４）（电子科技大学机械电子工程学院，川成都四
摘
要：绍了ＳＰ介ＶＷＭ调制的原理及实现方法，分析了死区对ＳＰ并ＶＷＭ逆变器输出电流电压的波形的影响，此在基础上提出了一种简单易行的死区补偿方法，并在以ＤＰ４７为芯片的平台上验证了该方法的可行性。Ｓ２０

SPWM逆变电源数字重复控制的改进方案

统有较快的响应速度．实验结果表明该控制方案能获得良好的动、稳态性能．
关键词：逆变电源；重复控制；数字控制中图分类号：ＴＭ４６４文献标志码：Ａ文章编号：１００６— ４７２９（２０１３）０３— ０２１７— ０４
ｓｙｓｔｅｍ’ Ｓｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄ．Ｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｈａｔｔｈｅｔｐｒｏｐｏｓｅｄｓｃｈｅｍｅｃａｎａｃｈｉｅｖｅｇｏｏｄｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔｅａｄｙ — ｓｔａｔｅｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅ．
（１．ＳｃｈｏｏｌｆｏＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９０，Ｃｈｉｎａ；
第２９卷第３期２０１３年６月
上
海
电力学院
学
报
Ｖｏ１．２９．ＮＯ．３Ｊｕｎ．２０１３
ＪｏｕｎａｒｌｏｆＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ
ｐｅｉｏｒｄｉｃｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｎｄｔｈｕｓｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔｅａｄｙ— ｓｔａｔｅｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅ．Ｃｏｎｒａｔｒｉｌｙ，ｔｈｅｄｅａｄｂｅａｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃａｎｆｅｅｌｍｕｔａｔｉｏｎｏｆｉｎｐｕｔｅｒｒｏｒａｎｄｐｒｏｄｕｃｅａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅ

基于svpwm调制策略的死区补偿方法

基于svpwm调制策略的死区补偿方法
基于SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）调制策略的死区补偿方法用于解决电机控制中的死区问题。

在电机控制中，由于硬件或软件原因，控制系统存在一个死区范围，即输入电压在该范围内，电机不会产生输出。

为了解决这个问题，可以采用死区补偿方法。

基于SVPWM 调制策略的死区补偿方法的基本思想是通过调整电压矢量的相位和幅值，使得电机在死区范围内仍能产生输出。

具体的步骤如下：
1. 确定死区范围：首先需要确定电机控制系统的死区范围。

可以通过实验或者根据硬件特性进行测量和确定。

2. 死区检测：在每个采样周期中，检测输入电压是否处于死区范围内。

如果输入电压位于死区范围内，则需要进行死区补偿处理。

3. 死区补偿：根据电压矢量的相位和幅值进行死区补偿。

一种常用的方法是将输入电压沿着电机空间矢量方向平移一个补偿值，使其脱离死区范围。

具体的补偿方法取决于具体的系统要求和硬件特性。

4. 重新调制：根据补偿后的电压矢量，对电机进行重新调制，生成新的PWM信号。

这样可以确保电机在死区范围内也能产生输出。

通过基于SVPWM调制策略的死区补偿方法，可以有效解决电机控制中的死区问题，提高系统的响应速度和控制性能。

基于重复控制的SPWM逆变电源死区效应补偿技术

能通过二极管续流，桥臂的输出电压只与输出电流的极性有关，而与驱动信号的控制逻辑无关。为简便起见，先以桥臂 A 为例进行分析。在死区时间 t D 内，当电流流出桥臂（ i＞ 0）时，由二极管 VD 2 续流，将输出电压 V AN 钳位在负母线电压－Vdc /2 ；反之，当电流流入桥臂（ i＜ 0）时，由二极管 VD 1 续流，将输出电压 V AN 钳位在正母线电压 V dc /2。如图２所示，实际输出电压 V AN 与理想输出电压 V * AN 相比较出现了一个误差电压 V e，即 Ve =V AN−V * AN。显然误差电压 V e 具有的特征： ①在每个开关周期内均存在一个误差电压脉冲。②每个脉冲的幅值均为 V dc 。③每个脉冲的宽度均为 tD。④每个脉冲的极性与输出电流 i 的极性相反。
Fig.4
Waveforms of dead-time effect on inverter with consideration of practical switching pattern
A Compensation Strategy for Dead-time Effect of SPWM Inverters Based on Repetitive Control
Duan Shanxu Sun Zhaohui Zhang Kai Kang Yong Wuhan Chen Jian China ）（ Huazhong University of Science & Technology Abstract 430074
A few microseconds dead-time must be inserted into the switching signals of SPWM

PWM逆变器死区效应的补偿

PWM逆变器死区效应的补偿1引言在PWM三相逆变器中，由于开关管存在一定的开通和关断时间，为防止同一桥臂上两个开关器件的直通现象，控制信号中必须设定几个微秒的死区时间。

尽管死区时间非常短暂，引起的输出电压误差较小，但由于开关频率较高，死区引起误差的叠加值将会引起电机负载电流的波形畸变，使电磁力矩产生较大的脉动现象，从而使动静态性能下降，降低了开关器件的实际应用效果。

本文从分析死区效应的产生机理入手，寻求死区效应的补偿方法。

2死区效应的产生利用逆变器中的一个桥臂(。

由图2可见，输出理想波与实际波之间将会引起误差波。

若忽略开关器件的存储时间及脉冲上升与下降时间，误差波可认为是矩形波。

图1逆变器的一个桥臂图2死区误差及矫正波形图3死区效应的补偿3 1调整参考波形的补偿方法假定开关频率远大于基波频率，输出电流为正弦波，每一死区引起的电压误差近似相等，则死区时间对基波电压的影响可用电流正负半周的平均电压误差来表示。

每个死区的误差波面积为：Δe=tdUd(1)式中：td——死区时间（μs）Ud——直流电源电压（V）则在每一个基波周期内的误差平均值为：ΔU=sign(i)Ud(2)式中：M——每一个周期内开关的次数T——基波周期（μs）可见，电压损失与电流幅度无关，与电流方向有关。

平均误差电压对逆变器影响的波形。

其中ur为理想基波。

若负载为感性，则电流滞后ur的角度为φ′。

平均误差电压ΔU为矩形波，与电流i成反向关系，分解后基波为Δu1。

则实际基波电压u1为理想基波ur与误差基波Δu1的叠加。

基于PID控制的逆变器死区效应补偿新方法

ＣＵ￣ｒｅｎｔ
目前，ＰＷＭ逆变器已被广泛应用于交流调速、有源滤波和动态电压支撑等领域Ｊ。在ＰＷＭ逆
载电流中的谐波含量在线调整死区补偿电压的幅值，但是其设置的控制目标中忽略了死区效应所造
中图分类号：ＴＭ４６４文献标识码：Ａ文章编号：１００２— １６６３（２０１３）０６— ０５５８— ０４
Ｃｏｍｐｅｎｓａｉｔｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｅａｄ－ｉｍｅｔｅｆｅｃｔｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｓｂａｓｅｄｏｎＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ
ＨＵＡＮＧＬｉｎｇ．ＰＩＷｅｉｃａｉ
（ＢｅｒｉｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｎｃｅｔｈｅｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｓｈａｒｄｔｏａｃｑｕｉｒｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｎｏｎ — ｉｄｅａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳＰＷＭｉｎｖｅｒｔｅｒｉｎｄｅａｄ — ｔｉｍｅｅｆｅｃｔｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｅｗｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ，ａｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ，ｗｉｔｈｔｈｅｋｎｏｗｎｌｏａｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｅｆｅｃｔｉｖｅｖａｌｕｅｏｆｃｏｍｍａｎｄｃｕｒｒｅｎｔａｓｃｏｎｔｒｏｌｔａｒｇｅｔａｃｃｏｒｄ —

死区对逆变性能的影响及其补偿方法

死区对逆变性能的影响及其补偿方法代伟;龙英文;宋芳;章伟【摘要】Basing on analyzing the dead-time effect on single-phase SPWM inverter's output waveform charac-teristics,a new control scheme was proposed to improve dead zone effect.Through adopting DC bus voltage feed-forward compensation measures to adjust wave shape at real time, the third harmonic component in the output voltage was reduced effectively and the dead-time effect on the inverter performance was improved to a greater extent through combined with current feedback pulse adjustment and repetitive control.The relevant experiments on a laboratory-made inverter show that, the said methods can effectively improve the voltage waveform distortion and reduce the output voltage harmonic content.%在分析死区时间对单相SPWM逆变输出波形特性影响的基础上,提出一种新的方案来改善死区效应.通过采用直流母线电压前馈补偿的措施来实时调整载波形状,可以有效降低输出电压的三次谐波,同时结合电流反馈脉冲调整和重复控制来更大程度地改善死区对逆变性能的影响.在实验室自制的逆变器中进行了相关实验,结果表明:所提方法可以有效改善电压的波形畸变,降低输出电压的谐波含量.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】5页(P294-297,311)【关键词】死区时间;补偿;重复控制;直流母线电压;前馈补偿【作者】代伟;龙英文;宋芳;章伟【作者单位】上海工程技术大学机械工程学院;上海工程技术大学机器人智能控制及功能化设计实验室;上海工程技术大学机器人智能控制及功能化设计实验室;上海工程技术大学机器人智能控制及功能化设计实验室;上海工程技术大学机器人智能控制及功能化设计实验室【正文语种】中文【中图分类】TM464逆变系统是新能源发电过程中最重要的部分，它的作用是将直流电转换为一般设备需要的交流电[1]。

SPWM逆变器典型死区补偿策略

, ,
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
,
重要
∋
但是在
,
(
) ! 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调速系统的动静态性能
。
、
如输出基波电压降低
,
附加谐波增加等降低了 ( ) !
,
,
∋
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
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 ! + + 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
,
,
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

单相SPWM逆变器死区效应及其重复控制技术的研究

内蒙古科技大学硕士学位论文单相SPWM逆变器死区效应及其重复控制技术的研究姓名：巩瑞春申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：郭荣祥20040608摘要本文通过介绍单相ＳＰＷＭ逆变器原理，直接在～个载波周期内建立数学模型，分析了理想情况下三角波调制以后逆变器输出波形的的谐波分布情况，并以此为依据，结合滤波器的体积和重量等因素，设计了滤波器。

为了保护逆变器，同一桥臂两开关不能同时导通，因此在用于控制的ＳＰＷＭ信号中设置一定的死区时间，这种设置带来了死区效应，比如基波电压降低，含有奇次谐波。

这种周期性畸变与死区时间，负载功率因数等都有一定关系。

本文通过检测数据，仿真等手段详细讨论了各种情况下波形畸变和这些因素的关系。

针对输出波形的这种周期性畸变，本文采用了基于内模原理的重复控制器对波形进行校正。

在控制器各环节参数的设计上，采用公式法，绘制波德图和耐魁斯特图相结合的方法，折衷考虑稳态误差和收敛速度。

仿真结果证明，这种控制策略能有效改善由死区效应引起的输出波形的周期性畸变。

关键词：正弦脉宽调制逆变器谐波滤波器死区效应重复控制器Ｓｔｕｄｙｏｎｄｅａｄ—ｔｉｍｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒＳＰＷＭＩｎｖｅｒｔｅｒＳｉｎｇｌｅｐｈａｓｅＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅＳＰＷＭｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｄｉｒｅｃｔｌｙｓｅｔｕｐａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｏｎｅｐｅｒｉｏｄｏｆｃａｒｒｉｅｒ，ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｗａｖｅｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇｉｎｓｔａｎｃｅｂｙｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｏｆｔｒｉａｎｇｌｅｗａｖｅｉｎｉｄｅａｌｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｉｓｔｈｅｏｒｙ，ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｆｉｌｔｅｒｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｖｏｌｕｍｅ，ｗｅｉｇｈｔａｎｄｏｔｈｅｒｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｉｕｖｅｒｔｅｒ．Ｔｏｐｒｅｖｅｎｔａｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｔｈｅｓａｍｅｂｒｉｄｇｅａｒｎｌ．ｄｅａｄｔｉｍｅｍｕｓｔｂｅｓｅｔｕｐｉｎｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｉｎｖｅｒｔｅｒ，Ｔｈｉｓｗｉｌｌｃａｕｓｅｔｈｅｄｅａｄｔｉｍｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅ．ｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｗａｖｅ，ｐｒｏｄｕｃｉｎｇｔｈｅｏｄｄｎｕｍｂｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｗａｖｅｓ．Ｔｈｉｓｓｅａｓｏｎａｌａｂｅｒｒａｎｃｅｈａｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｔｏｔｈｅｄｅａｄ－ｔｉｍｅ，ｔｈｅｌｏａｄ’ｓｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ．Ｂｙｃｏｕｎｔｉｎｇ，ｅｘａｍｉｎｇｄａｔａ，ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｄｃｌｏｓｅｌｙｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｏｕｔｐｕｔｗａｖｅ’ｓａｂｅｒｒａｎｃｅ．ａｂｅｒｒａｎｃｅｏｆｏｕｔｐｕｔｗａｖｅｓ，ｔｈｅｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｉｓｉｍｅｍａｌｍｏｄｅｌｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｒｅｗｔｈｅｂｏｄｅｃｈａｒｔｓａｎｄｔｈｅｎｙｑｕｉｓｔｃｈａｒｔｓｗｉｔｈｆｏｒｍｕｌａｒｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｔｅａｄｙ－ｅｒｒｏｒａｎｄｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｒａｔｅｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｓｉｍｕｌａｔｏｎｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｃｈｅｍｅｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅｆｏｒｓｅａｓｏｎａｌａｂｅｒｒａｎｃｅｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｄｅａｄ－ｔｉｍｅｏｆｏｕｔｐｕｔｗａｖｅｓ．Ｗｏｒｄｓ：ＳＰＷＭｉｎｖｅｒｔｅｒＫｅｙＲｅｐｅｔｉｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。

三相SPWM逆变器死区特性与补偿策略

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｒｅｅ — ｐｈａｓｅＳＰＷＭｈａｌｆ－ｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔ，ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｎｄｅｒｔｈｅ
ＤＩＮＧｘｉａｏ．１ｉｎ
（ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）
ｃｕｒｒｅｎｔａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｌｉｎｅｖｏｌｔａｇｅ，ｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｔｒｉｏｎ（ＴＨＤ）ａｎｄ
ＤｅａｄＴｉｍｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＳｔｒａｔｅｇｙｆ０ｒＴｈｒｅｅ．ｐｈａｓｅＳＰＷＭＩｎｖｅｒｔｅｒ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅ，ｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔ，ｌｉｎｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｌｉｎｅ

PWM逆变器死区影响的几种补偿方法

PWM 逆变器死区影响的几种补偿方法摘要：分析逆变器死区对输出电压的影响以及几种常用的补偿方法。

关键词：死区补偿逆变器脉宽调制1 1 引言引言引言死区可以避免因桥臂开关管同时导通的故障，但死区同时也引起反馈二极管的续流，使输出电压基波幅值减小，并产生出与死区时间△t 及载波比N 成比例的3、5、7…次谐波，这是设置死区带来的缺点。

这个缺点对变频调速系统的影响最为显著。

特别是在电机低速运行时，调制波角频率ωs 减小，使载波比N 相对增大，因此，死区△t 中二极管续流引起的基波幅值减小，和3、5、7…次谐波的增大更加严重。

在这种情况下，为了保证系统的正常运行，就必须对死区中二极管续流的这种不良影响进行补偿。

常用的最基本补偿方法有两种：一种是电流反馈型补偿，另一种是电压反馈型补偿。

它们的共同补偿原理就是设法产生一个与二极管续流引起的误差电压波形相似、相位相差180°的补偿电压ucom，来抵消或减弱误差波的影响。

所谓误差波，就是由反馈二极管续流而引起的误差电压。

三相半桥式SPWM 逆变器电路图见图1。

2 2 电流反馈型补偿电流反馈型补偿电流反馈型补偿死区设置方式有两种，即双边对称设置和单边不对称设置。

现以双边对称设置方式为例来进行说明，其结果对单边不对称设置方式也同样适用。

带死区的SPWM 逆变器在感性负载时，基波幅值的减小与3、5、7…次谐波幅值的增大都与Δtωc=ΔtNωs 成正比（ωc 为SPWM 中三角波电压的角频率），随着死区时间△t 及载波比N 的增加，输出电压基波幅值将减小，3、5、7…次谐波幅值将比例增大。

当ωs 减小N 相对增大时，这种影响进一步加剧。

为了保证逆变器的正常运行，就必须消除这种不良影响。

加入补偿电路就能很好地达到这个目的。

采用电流反馈型的补偿电路如图2所示。

通过检测逆变器的三相输出电流，并把它变成三相方波电压分别加到各自的调制波us 上，例如将检测到的A 相电流iA，变成方波电压ui 加到A 相调制波us 上，方波电压ui 使逆变器产生一个与电流iA 相位相同，与误差波uD1.4波形相似，但与uD1.4相位相反的补偿电压ucom,如图3所示。

SPWM逆变器死区效应分析

电动机希望获得一个圆磁场, 也即希望逆变器输出三相对称正弦波电压加到三相电动机的定子绕组上, 在三相电机绕组中该三相电压合成一个空间电压矢量, 这样在一个输出正弦波周期中就产生了多个非零空间电压矢量 U i。在变频系统中, 由于死区效应, 每个空间电压矢量上都叠加上了一个偏差电压矢量 ∃U i, 幅值为 2 ∃U UN , 方向和空间电流矢量 I i 方向相反。相对于三相电流方向的六种组合, 产生了六种空间偏差电压矢量, 如图 3 所示, 由于磁链矢量是空间电压矢量对时间的积分, 这样就使原来电机中准圆形的旋转磁场产生了偏离, 对电动机的运行性能产生不良影响。
较全面而又详细的讨论。首先阐述了死区时间对于逆变器输出电压产生的波动, 进而从 SPWM 法中磁链矢量角度讨论死区时间对电动机负载产生的危害; 通过数学模型和仿真分析了死区时间引起的附加谐波以及对电动机引起的附加损耗; 最后提出了几种死区补偿的分析方法, 为寻求更加有效的死区补偿技术、优化 SPWM 模式提供一些参考。
的正向脉冲宽度增加了 T d , 对于理想输出电压而言, 相当于叠加上了一个幅值为 U d、宽度为 T d 的正脉冲, 如图 2 所示。由此可以看出, 在一个基波周期内 U 相电压叠加上了 N (N 为载波频率比) 个这样的正负脉冲, 这样随着 N 的增加, 逆变器输出电压的失真度也就相应增加。
( 1)
式中 R ( iU ) =
0 - 1
对于逆变器 — 电动机系统, 作为负载的感应
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SPWM 逆变器典型死区补偿策略

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SPWM 逆变器典型死区补偿策略
图（a）是用带死区的驱动信号，图（b）是用基
wm
1.1 1 0.9
于电流反馈的死区补偿方法补偿后的驱动信号，图（c ）是用基于电流反馈和无效器件相结合的死区补偿方法补偿后的驱动信号。图 10-图 12 是未补偿和采用这两种补偿方法补偿后的定子电流谐波 FFT 分析图。
区时间，以确定死区补偿值。并且没有对功率器件的导通压降进行补偿，因此存在补偿误差。文献[2]和[3]提出基于永磁同步电动机交流伺服系统采用干扰观测器的方法对逆变器的死区效应进行在线死区补偿，该方法由于干扰观测器的设置，补偿电压存在相位滞后，同时干扰观测器的增益选择需要一定的经验；文献[4]等人采用预测电流控制来降低逆变器死区所导致的零点电流钳位问题，系统为局部稳定系统。为改善逆变器的输出波形，本文对典型的死区补偿方法的原理进行了具体分析，并对其进行了仿真分析。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，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。
重庆市电机工程学会 2010 年学术会议论文
SPWM 逆变器典型死区补偿策略
王磊 1 ，王明渝 2 ，邓湘鄂 3 （重庆大学，重庆 400040）
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。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，并进行了具体的 M atlab 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，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。关键词：脉宽调制(PWM )；逆变器；死区效应；补偿；仿真

航空三相静止变流器死区效应分析与补偿

航空三相静止变流器死区效应分析与补偿闫群民【摘要】In order to solve the problem of the distortion of the output waveform of aviation three-phase static current transformer ( CT ), the reasons of voltage distortion and the harmonic component caused by dead-zone effect are analyzed in detail. The SPWM control technology is adopted to make the output waveform approaching sine wave, and the control method of combing the setting dead-time and voltage compensation is propesed. The analysis is simulated by SABER, and by using digital chip TMS320F2812, corresponding compensatory strategy is realized.The results of simulation and experiment prove the effectiveness of this control method.%为了解决航空三相静止变流器输出波形失真问题,详细分析了死区效应造成电压畸变的原因和由此带来的谐波成分.采用正弦脉宽调制(SPWM)控制技术,使变流器输出的波形更接近于正弦波,提出了设置死区与电压补偿相结合的控制方法,并通过SABER进行了仿真分析.同时,利用TMS320F2812数字芯片实现了相应的补偿策略.仿真和试验结果证明了该控制方法的有效性.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】4页(P12-14,18)【关键词】三相静止变流器;正弦脉宽调制;死区效应;补偿;仿真【作者】闫群民【作者单位】陕西理工学院电气工程系,陕西汉中723003【正文语种】中文【中图分类】TM4640 引言航空三相静止变流器的作用是应用功率半导体器件，将飞机主电源的27 V直流电压变换为36 V、400 Hz的恒压、恒频交流电，以此作为光电陀螺仪的激励电源。

SPWM中电流反馈对死区影响的补偿

SPWM 中电流反馈对死区影响的补偿
对于SPWM 来说，死区影响并非一种负面的状态，其能够有效的避免桥臂开关管在同时导通时发生的故障。

但这并非意味着死区时间对于SPWM 是完全有利的，死区时间有时会引起反馈二极管的续流，此时便会造成一些不必要的错误，本文就将为大家介绍SPWM 逆变器死区时的电流反馈型补偿。

当死区引起反馈二极管的续流时，使输出电压基波幅值减小，并产生出与死区时间△t 及载波比N 成比例的3、5、7…次谐波，这是设置死区带来的缺点。

这个缺点对变频调速系统的影响最为显着。

特别是在电机低速运行时，调制波角频率ωs减小，使载波比N 相对增大，因此，死区△t 中二极管续流引起的基波幅值减小，和3、5、7…次谐波的增大更加严重。

在这种情况下，为了保证系统的正常运行，就必须对死区中二极管续流的这种不良影响进行补偿。

常用的最基本补偿方法有两种：一种是电流反馈型补偿，另一种是电压反馈型补偿。

它们的共同补偿原理就是设法产生一个与二极管续流引起的误差电压波形相似、相位相差180°的补偿电压ucom，来抵消或减弱误差波的影响。

所谓误差波，就是由反馈二极管续流而引起的误差电压。

三相半桥式SPWM 逆变器电路图见图1。

下面就来说一说电流反馈型补偿的方法。

图1
电流反馈型补偿
死区设置方式有两种，即双边对称设置和单边不对称设置。

现以双边对称设置方式为例来进行说明，其结果对单边不对称设置方式也同样适用。

带死区的SPWM 逆变器在感性负载时，基波幅值的减小与3、5、7…次谐。

SVPWM逆变器死区效应补偿方法的研究

SVPWM逆变器死区效应补偿方法的研究DEAD-TIME COMPENSATION FOR VECTOR-CONTROL INDUCTION MOTOR PWMINVERTER王高林，贵献国，于泳，徐殿国（哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江省哈尔滨市 150001） (Email: Wanggl@, Xianggui@, Yuyong@, Xudiang@ )摘要：针对伺服系统矢量控制系统，提出了一种可以补偿死区误差电压并消除零电流钳位效应的死区补偿方法。

在分析了影响死区效应的因素以及等效死区时间的表达式的基础上，采用平均死区时间补偿法，在两相静止轴系中对等效死区时间产生的误差电压进行了补偿。

为了提高电流极性检测的准确性，利用旋转轴系中的励磁电流和转矩电流分量经过坐标反变换，判断电流在两相静止轴系所处的扇区来决定需要施加的补偿电压。

另外为了更好地消除由于死区时间而产生的零电流钳位效应，将一种消除零电流钳位效应的方法结合到上述补偿方法中。

最后通过TMS320F2812 DSP芯片来实现补偿算法，并在11kW 伺服电机矢量控制系统中验证了补偿算法的有效性。

ABSTRACT: A dead-time compensation strategy is presented to compensate dead-time error-voltage and eliminate zero-current clamping effect for servo motor vector control system. The factor influencing dead-time effect is analyzed, and expression of equivalent dead time is deduced. Average dead-time compensation technique is adopted to compensate error-voltage at two-phase stationary frame. To improve accuracy of detection of current direction, components of magnetizing current and torque current are transformed into two-phase stationary frame. Therefore compensating voltage vector can be decided according to the sector the current vector is locating. In addition, a kind of zero-current clamping effect eliminating scheme is adopted combining with the above compensation method to improve the compensation performance. The proposed compensation method is performed with TMS320F2812 DSP chip. Experimental results demonstrate the efficiency of the dead-time compensation method in 11kW servo motor vector control system.关键词：伺服系统，空间矢量PWM，死区效应，零电流钳位，补偿KEY WORDS:servo system; space vector PWM; dead-time effect; zero-current clamping; compensation1 引言由于伺服系统在各种工业场合应用非常普遍，永磁伺服电机相关控制技术研究也获得了广泛重视，其中空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）一直是一个热门的研究课题[1,2]。