电压型逆变器死区产生原因分析及对策
浅谈220kV变电站变压器保护配置中死区故障及解决方法
浅谈 220kV变电站变压器保护配置中死区故障及解决方法摘要：保护死区即保护装置保护不到的范围，对于死区故障的发生我们不能掉以轻心，要加强对速动继电保护的研究，并对其动作行为进行准确的控制，以达到快速切除死区短路故障的目的。
本文对220kV变电站变压器有关的继电保护动作特征与各侧死区故障的故障特征进行了分析，制定了几种保护方案来快速切除220kV变压器各侧死区故障，并对死区故障保护短延时的参数进行了研究。
关键字：220kV变压器；保护死区；故障；解决方法为了提升可靠性，电力系统必须装设继电保护装置。
但由于受制于元件特性和数量，各种保护的范围存在着盲区，当在这些盲区中发生故障，就会造成变死区故障。
死区故障将导致保护不能够在允许的时间内切除故障，将使电力设备长时间处于故障电流之下，严重影响系统的安全性和稳定性。
220kV变压器侧电流互感器与断路器之间出现短路故障，但是若故障发生位置处于变压器差动保护范围内，尽管该侧母线差动保护跳开变压器侧断路器，然而还是存在故障问题，因此需要借助变压器电源侧后备保护将故障切除，该后备保护动作时间比较长，因此容易损坏变压器。
所以需要应用快速切除继电保护方案处理故障问题。
1、220kV变压器各侧死区故障1.1、220kV变压器各侧的死区故障一般来讲，如果变压器有运行的几个电压等级通过断路器、TA、隔离开关组成的间隔设备与外电路设备连接，若变压器某一侧断路器只有变压器这侧有TA，而母线侧没有TA，那么，可能就有几个变压器死区故障位置。
也就是说，如果有两个运行电压等级经断路器间隔设备和外电路设备连接，就最少有两个死区故障位置；如果有三个运行电压等级经断路器间隔设备与外电路设备连接，就最少有三个死区故障位置。
220kV变压器不但在中压侧有死区故障，而且在变压器高压侧和低压侧也有死区故障。
1.2、220kV变压器死区故障的特征1.2.1、220kV和110kV侧死区故障的特征（1）220kV侧死区故障的特征当变压器的220kV高压侧发生“死区”故障时，“死区”故障在高压侧的母线差动保护范围之内，此时，由高压侧的母线差动保护跳开所有断路器，若变压器中低压侧存在电源，则故障电流并不能消失，此时，故障并不能及时切除。
逆变器中死区效应及其补偿策略分析
责任编辑 :李光辉
(上接 第 71 页) 聚 集 在 载 波 频 率 f c 及 其 倍 数 1 Nf c 、 2 Nffc 、3 Nfc 等周围并形成边带 ,低次谐波含量极小 。 死区时间的存在 ,使逆变器输出电压中出现了丰富 的低次谐波 。这些低次谐波主要是奇次谐波 ,只有 当载波比是偶数时 ,才会引入偶次谐波 ,由死区时间 带来的 n 次谐波的幅值可通过但式 (4) 得到 。偏差 电压带来了一系列的谐波电压分量 ,且这些谐波幅 值只与桥臂电压和死区时间以及载波频率有关 。
uer
=
4ΔU π
(cos ( ω1 t)
+
1 3
cos (3ω1 t)
+
1 5
cos (5ω1 t)
+
1 7
cos
(7ω1
t)
+ Λ)
(4)
死区对逆变器的输出的影响可以从以下两方面
来分析 :
①死区对基波的影响 ,由图 2 可知 ,死区所形成
的偏差电压始终与逆变器输出电流 i ( t) 反相 。当负 载的功率因数角为φ时 ,以电流的方向为参考相量 ,
Abstract : The effects of the dead - time on the output voltage waveforms of thePWM inverter are analyzed. The dead - time effect is evaluated by averaging the voltage deviation over a half cycle of the inverter. The compensation methods of the dead - time effect are studied.
三相SVPWM逆变器死区时间的硬件保护
三相SVPWM逆变器死区时间的硬件保护郭天娇;付成伟;高明;刘洋【摘要】A hardware protection circuit based on the research of inverter principle and dead-time mechanism is presented on the basis of existing inverter protection measures. If detects and controls the PWM input drive signal of the inverter by using the RC transient circuits and logic gate circuits. This circuit can ensure the safety of the inverter and the load by preventing the input singal to add to the inverter when the dead-time is too long or too short. Multisim simulation and experimental results demonstrate the effectiveness, and feasibility of the described protection measures.%基于逆变器工作原理和死区产生机理的研究,在现有逆变系统保护措施的基础上,提出了一种硬件保护电路.利用RC暂态电路和逻辑门电路等器件,对逆变器输入端的PWM驱动信号进行检测控制.当输入信号的死区时间过短或过长时,该电路能防止其加载到逆变器上,保证了逆变器和负载的安全.Multisim仿真和实验结果验证了所速保护措施的有效性和可行性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)020【总页数】4页(P189-191,194)【关键词】逆变器;死区时间;硬件保护;SVPWM【作者】郭天娇;付成伟;高明;刘洋【作者单位】吉林大学物理学院,吉林长春 130012;吉林大学物理学院,吉林长春130012;吉林大学物理学院,吉林长春 130012;吉林大学物理学院,吉林长春130012【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TM464逆变电路在电力电子设备中占据非常重要的位置，作为将直流电转化为交流电的装置，在电机调速变频、高频开关电源、有源滤波等方面有着广泛的应用。
死区补偿总结
死区补偿技术清华大学电机系 缪学进1 引言微处理和电力电子技术的迅速发展，极大地促进了PWM技术的发展和应用，各种PWM 交流传动技术在工农业生产、国防和日常生活中得到了广泛的应用。
我们知道，任何固态的电子开关器件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出信号是不可控制的。
三相桥式逆变器系统中，同一桥臂上的两个开关器件工作于互补状态。
由于一般开关器件的开通时间小于关断时间，因此，如果将互补的控制信号加到同一桥臂上两个开关器件的控制极上，那么这两个开关器件将会发生“直通”，其后果非常严重。
所以目前的逆变器系统广泛采用时间延迟的控制技术即将理想的PWM控制信号上升沿或下降沿延迟一段时间，在这段时间内输出信号是不可控的，这就是死区时间[1]。
死区的存在使逆变器不能完全精确复现控制信号的波形，输出电压产生幅值和相位的误差。
由于死区的作用，每一个调制周期内引起的微小畸变经积累后，必然会使逆变器的输出电流波形产生畸变，它不但会降低基波幅值，而且会产生低次谐波，直接影响电动机在低速下的运行性能。
过去为了消除死区的影响，通常采用硬件和软件相结合的解决方案，但硬件补偿方法存在着检测精度差、滞后以及实现困难等问题。
微处理器在电机控制中的应用使死区补偿变得容易，尤其是TI公司的专为电机控制设计的2000系列处理器（如TMS320F240、TMS320LF2407、TMS320F2812等）在芯片内部集成了专门的硬件电路进行死区补偿，减少了电压误差，可以获得满意的效果。
2 死区效应分析三相电压型逆变器的基本构成如图 1 所示，与电流型逆变器相比，电压型逆变器可以提高逆变器的开关频率，有利于快速控制和抑制逆变器噪声，并且输出阻抗小，适合于交流电机调速控制。
为了防止逆变器区桥臂的上下功率开关发生直通，在上下功率开关改变状态时必须插入死区时间，即先将已开通的功率管关断，插入一定的死区延时，再开通另一个处于关断状态的功率管。
什么是“死区时间”？如何减小IGBT的死区时间
什么是“死区时间”？如何减小IGBT的死区时间在现代工业中，采用IGBT器件的电压源逆变器应用越来越多。
为了保证可靠的运行，应当避免桥臂直通。
桥臂直通将产生不必要的额外损耗，甚至引起发热失控，结果可能导致器件和整个逆变器被损坏。
下图画出了IGBT一个桥臂的典型结构。
在正常运行时，两个IGBT 将依次开通和关断。
如果两个器件同时导通，则电流急剧上升，此时的电流将仅由直流环路的杂散电感决定。
图1 电压源逆变器的典型结构当然，没有谁故意使两个IGBT同时开通，但是由于IGBT并不是理想开关器件，其开通时间和关断时间不是严格一致的。
为了避免IGBT桥臂直通，通常建议在控制策略中加入所谓的“互锁延时时间”，或者通常叫做“死区时间”。
这意味着其中一个IGBT要首先关断，然后在死区时间结束时再开通另外一个IGBT，这样，就能够避免由开通时间和关断时间不对称造成的直通现象。
1. 死区时间对逆变器工作的影响死区时间一方面可以避免桥臂直通，另一方面也会带来不利影响。
以图2为例，首先假设输出电流按图示方向流动，而IGBT T1由开通到关断，经过一小段死区时间后IGBT T2由关断到开通。
在有效死区时间内，两个开关管都是关断的，且续流二极管D2流过输出电流。
此时负的直流电压加在输出侧，此时电压极性符合设计的要求。
考虑另一种情况，T1由关断到开通，而T2由开通到关断，此时，由于电流还是沿着同一个方向，这一电流在死区时间依然流过，因此输出电压还是为负值，此时电压极性不是设计希望得到的。
结论可以总结如下：在有效死区时间里，输出电压由输出电流决定，而非控制信号。
图2 电压源逆变器的一个桥臂如果我们假设输出电流的方向与图2所示相反，那么当T1由开通到关断，而T2由关断到开通时，也同样会出现类似上述情况。
因此一般情况下，输出电压与输出电流会随着死区时间的加入而失真。
如果我们选择过大的死区时间，对于感应电机的情况，系统将会变得不稳定。
PWM型逆变器死区问题的解决
电源技术 ＜ ２００８年５月２０■＜阿城继电器股份有限公司电源公司 李文全引言PWM 电压型逆变器广泛地应用于交流变速传动系统和不停电电源中。
逆变器的输出电压波形的质量尤为重要。
理想的电压波形通常为纯正的正弦波，但实际上在输出级存在着是输出波形畸变的固有源，因而输出波形存在较大的畸变。
其中一个重要的畸变根源是同一桥臂上、下两个器件在开关过程中必有一个死区时间，以防止桥臂直接短路。
另外一些根源如开关器件的导通压降、开关时间等。
每个PWM 调制周期内引起的微小畸变经积累后，会引起输出电压波形较大的畸变，降低基波幅值，改变低次谐波含量，曾加电机的谐波损耗。
因此必须对逆变器的死区问题进行补偿。
在死区期间，逆变器输出的电压不受逻辑信号控制，而是有输出电流的极性确定，通过反馈二极管嵌位在直流回路的正侧或负侧。
因此电流极性的检测是死区补偿的关键技术。
本文对死区时间引起的逆变器输出电压畸变进行了详细分析，给出了电流极性检测方法和死区效应的电压补偿方法。
1 PWM逆变器死区效应的分析不失一般性，以逆变器其中的一个桥臂A 相为例（如图1）。
在死区期间，上、下两个功率器件均不导通，只有一个二极管导通续流。
若电流流向负载，则下面的二极管导通；反之，上面的二极管导通。
控制信号与电压波形如图2所示。
对于i>0(流向负载)而言，如图2（a ）、（b ）、(d)所示。
当A -信号在T 1时刻关断，延时死区时间T d 后，A +变为高电平（图2d ）;在T 2时刻A +变为低电平，延时T d 后A -变为高电平（图2b ）,此时电压U AN 时电压U AN 经过开关管的关断时间t off 后变为低电平（图2d ）。
因而U AN 为高值的实际时间是T 2 –T 1 +T off –T on –T d ,标准时间应为T 2 –T 1，因而，死区时间和开关管共同引起的导通时间误差为T err = T off –T on –T d (1)同理，当时 i<0时，由图2（a 、b 、c ）可得时间误差为T err = -(T off –T on –T d ) (2)因此误差时间为T err= sign(i)(T off–T on –T d ) (3)其中sign(i)=PWM型逆变器死区问题的解决摘要：本文对ＰＷＭ电压型逆变器的死区问题提出了一种实时补偿方法，设计了电流瞬时值过零点的检测方法，该方法简单易行，可适用于变压变频调速系统中。
逆变器 过零 死区补偿
逆变器过零死区补偿全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：逆变器是一种电子器件，能够将直流电转换为交流电。
在逆变器中，过零是一个重要概念，而死区补偿则是一种常见的技术手段。
本文将对逆变器、过零和死区补偿进行详细介绍。
一、逆变器逆变器是一种将直流电转换为交流电的电子装置，它可以将直流电源转换为交流电源，以实现在交流负载上的供电。
逆变器的应用十分广泛，常见于太阳能发电系统、风能发电系统、电动汽车等领域。
逆变器的工作原理是通过将直流电源转换成包含多个不同频率的交流电源，这样可以满足不同负载的需求。
逆变器一般由开关元件、控制电路和输出滤波电路组成。
开关元件可以是晶闸管、二极管、场效应管等，控制电路负责控制开关元件的开关时间，输出滤波电路用于过滤输出电压的谐波。
二、过零在交流电波形中，过零指的是电压或电流的数值等于零的瞬间。
过零是一个重要的概念，因为在逆变器中，为了确保电路的正常工作，需要在逆变器输出波形的每个周期的开始和结束点都保证是零电压状态。
这样可以避免电路在开关时产生过大的峰值电流，从而保护电路元件不被过载。
为了实现过零，通常需要在控制逆变器的开关元件时，对电压或电流信号进行检测，当信号经过零点时，及时进行切换，以确保输出波形的平稳过渡。
通过精确的过零控制，可以有效地降低逆变器的谐波失真，提高输出波形的质量。
三、死区补偿在逆变器的控制过程中，死区是一个常见的难题。
死区指的是开关元件在切换时存在一段时间的延迟，这段延迟时间内开关元件同时导通或者同时关断，会导致电路出现短路或断路的情况。
这种现象会导致输出波形的失真，降低逆变器的效率和稳定性。
为了解决死区带来的影响，通常采用死区补偿技术。
死区补偿通过在控制电路中引入一个补偿信号，可以在开关元件切换时适当提前或延迟一定时间，从而避免开关元件同时导通或关断的情况发生。
这样可以有效地消除死区对输出波形的影响，保证逆变器的正常工作。
在现代逆变器设计中，通常会结合过零和死区补偿技术，以提高逆变器的性能和可靠性。
永磁同步电机逆变器死区补偿技术
永磁同步电机逆变器死区补偿技术现今工业伺服驱动中多采用驱动永磁同步电动机(PMSM)的交流伺服系统，其交流驱动单元使用三相全桥电压型逆变器。
PWM调制的变频控制技术实现了对交流电机动态转矩的实时控制，大大提高了伺服系统的控制性能。
然而，对于PWM逆变器，在驱动功率管的开关信号中插入延时时间以防止直流母线直接短路，延时时间的引入将导致死区时间效应，引起逆变器输出波形的畸变和基波电压的降落，影响了伺服系统性能的进一步提高。
为补偿Td引起的电压波动，研究人员提出了各种补偿方法，大致可划分为三类。
最普遍的方法是在电流极性相同的区间内，根据缺少的脉冲列相应加上极性相反的脉冲列，以抵消其影响。
由于三相电流必有一相与另两相极性相反，一种简单的方法是对极性相反的相实行二倍的电压过补偿，使三相电压死区影响相互抵消，线电压波形为正弦形。
详细分析了死区产生的原因和影响，并根据模拟调制和数字调制分别给出了死区的硬件电路补偿方法。
文献[3]根据全桥电路的开关状态，提出了一种带死区补偿的逆变器数学模型，该模型的特点是由简单的滞环结构组成，根据此模型可由一计算公式实现死区补偿。
第二类方法是根据无效器件原理实现死区补偿的。
在任意时刻，逆变器每一桥臂两个功率器件中只有一个是有效的。
当上桥臂器件关断时，不论下桥臂器件是否导通，输出电压都是直流母线的负端电压，此时称下桥臂器件是“无效”的。
死区补偿的办法是，维持有效器件的驱动信号不变，改变无效器件的驱动信号使之满足设置死区的要求。
既然“无效”器件的通、断并不影响输出电压状态，那么也就不需要驱动信号了，只给有效器件发出驱动信号就可以了，这样也就不需要加入死区，也就没有什么死区补偿的问题了。
但该方法在电流过零点处会由于误差导致畸变，因此使用这个方法时要注意电流过零区域的处理。
一些学者进一步提出了改进方法。
在电流过零点加一滞环，在滞环时间内使用正常的开关死区保护，可减小畸变。
由于电流采样中的干扰和电流变化的复杂性，文献[5]在电流过零点附近的区域应给出两路驱动信号并加入死区及死区补偿。
逆变器中死区效应及其补偿策略分析
第27卷 第11期2003年11月 信 息 技 术I NFORM ATI ON TECH NO LOGYVO L.27 NO.11Nov.2003逆变器中死区效应及其补偿策略分析张 涛1,张 强2,李良辰2(1.黑龙江省电力开发公司,哈尔滨150001; 2.亿阳集团有限公司,哈尔滨150090)摘 要:对死区时间对逆变器输出电压的影响进行了分析。
死区效应引起的电压偏差可以等效为一个与电流相为相反的方波。
并对死区效应的补偿策略进行了研究。
关键词:死区时间;逆变器;补偿中图分类号:T M464 文献标识码:B 文章编号:1009-2552(2003)11-0070-02Analysis of the dead-time effect of the inverterand its compensation methodsZHANG T ao1,ZHANG Qiang2,LI Liang2chen2(1.H eilongjiang Province Pow er Development Co.,H arbin150001,China;2.B right Oceans Corporation,H arbin150090,China)Abstract:The effects of the dead-time on the output v oltage waveforms of thePW M inverter are analyzed. The dead-time effect is evaluated by averaging the v oltage deviation over a half cycle of the inverter.The com pensation methods of the dead-time effect are studied.K ey w ords:dead-time;inverter;com pensation0 前言微处理和电力电子技术的迅速发展,极大地促进了PW M技术的发展和应用,各种PW M交流传动技术在工农业生产、国防和日常生活中得到了广泛的应用。
一种基于电流预测的电压型逆变器死区补偿方法
电气传动2015年第45卷第9期一种基于电流预测的电压型逆变器死区补偿方法金雪峰，田凯，张策，张挺，王欢（天津电气科学研究院有限公司，天津300180）摘要：针对电压型逆变器因电流采样延时和寄生电容影响而导致死区补偿不准的问题，提出了一种基于电流预测的死区补偿方法，并建立了电压型PWM 逆变器驱动异步电机的数学模型，将电流瞬时值和开关状态代入该模型去预测未来时刻的电流值，以此判断电流极性。
分析了因死区时间和开关器件的寄生电容引起的电压误差，在每个周期内对输出电压进行了补偿。
最后，改进算法在160kW 感应电机变频调速系统上进行了实验验证，结果证明了该补偿方法能有效改善电机的电流波形。
关键词：逆变器；死区补偿；电流预测中图分类号：TM464文献标识码：AMethod of Dead ⁃time Compensation for Voltage Source Inverters Based on Current PredictiveJIN Xue⁃feng ，TIAN Kai ，ZHANG Ce ，ZHANG Ting ，WANG Huan（Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ）Abstract:A method of dead ⁃time compensation for voltage source inverters based on current predictive wasintroduced ，which take the delay of current sampling and parasitic capacitance effects leading to inaccurate of dead time compensation into account.The mathematical model for voltage⁃source PWM inverter driving asynchronous motor was built ，and the current value in future could be calculated by substituting the instantaneous value of current and switching state into the model.Then the current polarity could be judged.Analyses were made of the voltage errorcausing by dead ⁃time and parasitic capacitance of switching devices ，and compensation for output voltage was presented with each cycle.At last ，in order to test the performances of the improved method ，experiments were carried on variable frequency speed control system for 160kW induction motor.The experiment results prove the validity of the proposed method.Key words:inverter ；dead⁃time compensation ；predictive current作者简介：金雪峰（1978-），男，硕士，工程师，Email ：********************对于电压型逆变器，为防止上下桥臂直通，通常需设置一个死区时间以延迟开关器件的导通。
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]。
SVPWM逆变器死区补偿的研究与实现.kdh
１８６／２００９收稿日期：２００９－０９－１５作者简介：魏凯（１９８２－），男，工程师，研究方向为交流传动控制的研究与应用。
ＳＶＰＷＭ逆变器死区补偿的研究与实现魏凯，尚敬，廖长鑫，何红成（株洲南车时代电气股份有限公司技术中心，湖南株洲４１２００１）摘 要：分析了空间电压矢量脉宽调制（ＳＶＰＷＭ）逆变器死区效应产生的原因及影响，根据死区效应及ＳＶＰＷＭ的特点提出了电压补偿法。
该方法无需增加硬件，实用性较强。
仿真和实验结果验证了该方法的有效性。
关键词：死区效应；ＳＶＰＷＭ；电压补偿法中图分类号：ＴＭ３０１．２ 文献标识码：Ａ 文章编号 ：１６７１－８４１０（２００９）０６－００１８－０６Research and Implement of Dead-Time Compensation for SVPWM InverterＷＥＩ Ｋａｉ， ＳＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ， ＬＩＡＯ Ｃｈａｎｇ－ｘｉｎ， ＨＥ Ｈｏｎｇ－ｃｈｅｎｇ(Technology Center, Zhuzhou CSR Times Electric Co., Ltd., Zhuzhou, Hunan 412001, China)Abstract: The causes and influences of dead-time effect on the output voltage of SVPWM inverter are analyzed, and the voltage compensation method is proposed in accordance with the dead-time effect and SVPWM characteristics. This method has good practicability without adding any more hardware circuit and has good utility. Simulation and experimental results show the validity of this method.Key words: dead-time effect;Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM);voltage compensation method０引言在电压型脉宽调制逆变器中，为避免同一桥臂上下开关元件的直接导通，必须置入死区时间。
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。
电压型逆变器死区效应分析及新型补偿方法
（ 华 中科技 大学 电气与 电子工程学 院 ， 湖北 武汉 ４ ３ Ｏ ０ ７ ４ ）
摘要 ：文中针 对电压型逆变器 由于死 区时间、 开关管非理想特性 引起 的死 区效应进行 了具体分析 ， 计 算 了误差 电压。
基 于 该误 差 电 压 ， 提 出 了一 种基 于 电流 极 性 的 电流 空 间 矢 量 死 区补 偿 方 法 ， 并在 无刷 双馈 变 频 发 电 系统 中应 用 ， 获 得 很 好
管不 能 同时 处于 导通 状态 。所 以常常 插人 一段 死 区时
图 １是 电压 型逆变 器通 用拓 扑 电路 。同一桥 臂 上 下两 个开关 管 互 补通 、 断， 如 ａ相 桥 臂 上 管 ＶＴ 导通 时， 下 管 ＶＴ ： 截止 ； ＶＴ２ 导 通 时 ，ＶＴ 截 止 。当 Ｖ Ｔ １ （ ＶＤ ） 导通 时 ， 节 点 ａ接 于直 流 电源 正端 ， Ｕａ ＝Ｕｄ ／ ２ ； 当 Ｖ （ ＶＤ ２ ） 导通 时 ， 节 点 ａ接 于直 流 电源 负 端 ， ＝一 Ｕａ ／ ２ ； 同理 ， ｂ点 和 Ｃ 点也 是 根 据上 、 下管 导 通情 况
０ 引 言
电力 电子 电路 中开 关 器 件 有 两 种 工 作 状 态 ： 通 态
和 断态 ； 有两种过渡 过程 ： 开 通 和 关 断 过 程 。一 般 而
１ 原理与设计
１ ． １ 死 区效应 分 析
言， 电压 控制 驱 动型 全 控 器 件 的关 断 时 间 大 于开 通 时 间 。为 避免桥 臂 直通 短 路 ， 同一 桥 臂 的上 下 两 个 开 关
效果 ， 实验结果证 明了该方法的有效性和可靠性 。
关键 词 ： 死 区效应； 误 差 电压 ； 空 间 矢量
电压源逆变器死区效应的分析和补偿
电压源逆变器死区效应的分析和补偿姚舜【摘要】针对三相电压源逆变电路同一桥臂2个开关器件之间存在短暂死区时间td的问题,通过说明逆变电路死区效应产生机理及对逆变器输出电压进行傅立叶分析,发现td对逆变器输出的电流在幅值和相位上产生偏差,导致系统供电性能下降.为此,提出死区补偿方法,并根据死区补偿方法的原理,建立近似的死区补偿电路图,描述死区补偿方法工作过程.通过仿真分析,死区补偿方法产生的波形与理想波形一致,无误差畸变,且死区补偿方法的现场实际应用情况良好.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2012(025)003【总页数】4页(P40-43)【关键词】电压源逆变器;死区效应;脉宽调制;死区补偿;傅立叶分析【作者】姚舜【作者单位】广州珠江电厂,广东广州511457【正文语种】中文【中图分类】TM621.3三相电压源逆变电路180°导电方式逆变器中，开关器件的关断时间一般大于开通时间[1]，如绝缘栅双极型二极管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）的关断时间约2.5μs，其开通时间约0.8 μs。
为了防止同一相上、下两个开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取“先断后通”的方法，即先给应关断的器件关断信号，待其关断后留一定的时间裕量后，再给应导通的器件发出开通信号，在两者之间留一个短暂的死区时间td[2－5]。
td的长短视器件的开关速度而定，速度越快，td越短。
1 死区时间的原理及影响下面介绍逆变电路td产生的机理及对输出电压造成的影响。
如图1所示，电路的直流侧通常只设置一个电容器，为分析方便，画作串联的2个电容器并标出虚拟中性接地点N。
以U相桥臂为例，假设负载电流iU以流向负载为正方向。
欲关断的IGBT按照理想波形关断，欲开通的IGBT按照理想波形延迟td的导通，此时，U相开关器件VT1和VT2都不导通，电流经过二极管VD1和VD2续流。
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
12
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
死区补偿
1 引言目前，小功率通用或专用变频器以及交流变频家电产品大多采用典型的交-直-交电压型逆变器(vsi)结构，逆变实现一般采用双极性pwm 调制技术，即在同一逆变桥臂上、下2个开关管施加互补的触发信号。
由于开关管自身的特性:开通和关断都需要一定的时间，且关断时间比开通时间要长。
因此，若按照理想的触发信号控制开关管的开通和关断，就可能导致同一桥臂的2个开关管直通而损坏开关器件。
为了防止这种直通现象的发生，必须在它们开通和关断之间插入一定延时的时间，这个延时时间就称为死区。
死区时间内2个开关管都处于关断状态，负载电流通过反并联二极管续流，负载电压不受开关管控制，由此造成负载电压波形发生畸变，逆变器的平均输出电压降低，并产生与死区时间以及调制比成正比的3，5，7，…次谐波分量，进而影响到电动机的输入电流和运行质量。
当逆变器工作在低输出频率、开关频率较高和负载感性很弱时这种影响相当严重[1,2]。
为此，需要对死区的影响进行补偿，以提高变频器的输出性能和改善电动机的运行工况。
常用的补偿方法有电流反馈型和电压反馈型，也有单边补偿与双边补偿、纯硬件补偿与硬件软件结合补偿等具体手段，但其工作原理相似，都是产生一个与死区引起的误差波形反向的波形，以抵消死区的作用[3,10]。
motorola公司推出的电动机专用控制芯片mr16内部集成了专门的死区补偿硬件电路，只需要简单的外围电流极性检测和简单的软件编程就可以实现可靠的死区补偿[11]。
2 死区补偿原理分析2.1死区对输出电压的影响在理想情况下，功率开关管开通和关断都是瞬时完成，不存在开通和关断时间，因而也就不存在死区时间。
但实际情况是功率开关管并非理想开关，而且关断时间比开通时间要长。
为了使功率开关管工作安全，在其开通之前插入死区td，即让该桥臂的2个开关管在td时间内都处于关断状态。
由于死区时间td的存在，使得功率开关管的导通时间缩短，引起pwm脉冲宽度和电位的丢失，进而影响到逆变器输出的平均电压。
变频器逆变单元死区效应分析及其补偿
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２１ ０ ２年 ５ ２ 月 ５日第 ２ 第 ３期 ９卷
王旭 阳， ： 变频器逆变单元死 区 等 效应分析及其补偿
Ｔｅｅ ｏ Ｐｏ ｒＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｌｃ ｍ ｗｅ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｍａ ５ ０ ２ ｙ ２ ，２ １ ，Ｖｏ ． ２ ．３ １ ９ Ｎｏ
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时会 产生 “ 点箝 位 ” 因此 提 高 电 流检 测 的精度 对 死 零 ， 区补 偿至关 重要 。 本文详 细分 析 了死 区对 输 出 电压 的影 响 ， 在通 并
收 稿 日期 ：０ １１—６ ２ １—２１ 作者简介 ： 王旭 阳 （９ ６） 男 ， 东 烟 台人 ， 士 研 究 生 ， 要 １８ 一 ， 山 硕 主 研 究 方 向 为 电 力 传 动 及控 制技 术 。 刘 文 生 （ ９ １） 男 ， 宁 大 连 人 ， 授 ， 士 生 导 师 ， 要 研 究 １６ 一 ， 辽 教 硕 主
图 ３ ａ 为 理 想 的调 制 电压 信 号 和理 想 的负 载 电 （） 流 ； ３ ｂ 为加人 死 区 的 电压 等效 误 差 波 ； ３ ｃ 为 图 （） 图 （） 实 际 的输 出电压 。实 际输 出电压应 为理 想 电压波 形与 死 区产 生 的电压误 差 波 的叠 加 。在 电 流 过零 点 时 ， 电 压误 差 波极性 也会 随 之 改 变 ， 样 逆 变 器 在 电 流过 零 这 点 时 的输 出电压 会 发 生 突 变 。图 ３ ｄ 为实 际 的输 出 （） 电流波 形 。若 负 载为 感 性 负载 ， 电流 在 过 零 点 时存 在 “ 点箝 位” 象 ＿。 零 现 ６ ］
ｔ ｄ ｔ ｅ ｖ ｌ ｉ ｆｔ ｉ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｈ ． Ｗ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏ ｏ ． ｅ ｈ ａ ｉ ｔ ｏ ｈ ｓ ｄ ｙ ｔｏ ｎ ｔｅ５ ５ｋ ａ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ｔ ｒ