PWM逆变器死区效应的补偿

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PWM电压型变频器死区效应理论分析和补偿策略及仿真

PWM电压型变频器死区效应理论分析和补偿策略及仿真一、本文概述Overview of this article随着电力电子技术的快速发展，PWM（脉冲宽度调制）电压型变频器在工业控制领域的应用越来越广泛。

然而，在实际应用中，PWM电压型变频器常常面临死区效应的问题，这不仅影响了变频器的控制精度，还可能引发系统的不稳定。

因此，对PWM电压型变频器的死区效应进行深入的理论分析，并探索有效的补偿策略，对于提高变频器的性能具有重要的理论价值和实际应用意义。

With the rapid development of power electronics technology, the application of PWM (pulse width modulation) voltage source inverters in the field of industrial control is becoming increasingly widespread. However, in practical applications, PWM voltage type inverters often face the problem of dead zone effect, which not only affects the control accuracy of the inverter, but also may cause system instability. Therefore, conducting in-depth theoretical analysis on the dead zoneeffect of PWM voltage type inverters and exploring effective compensation strategies have important theoretical value and practical application significance for improving the performance of inverters.本文首先介绍了PWM电压型变频器的基本原理和死区效应的产生原因，分析了死区效应对变频器性能的影响。

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。

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。

空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿方法_吴茂刚

第40卷第3期2006年3月浙　江　大　学　学　报(工学版)Journal o f Z hejiang U niv ersity (Engineering Science )Vol.40No.3M ar.2006收稿日期:20050301.浙江大学学报(工学版)网址:w w w.journals.z /eng作者简介:吴茂刚(1976-),男,山东莱芜人,博士生,从事电力传动及其控制技术的研究.E -mail :w mg _2004@空间矢量PWM 逆变器死区效应分析与补偿方法吴茂刚,赵荣祥,汤新舟(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027)摘　要:针对电压源型空间矢量脉宽调制逆变器的死区效应,提出了一种根据电流矢量判断电流极性的死区补偿方法.分析了因死区时间、功率器件导通关断时间引起的误差电压矢量,在不同的电压矢量扇区内根据电流极性的不同,通过矢量合成的方法得出了误差电压矢量的幅值,给出了该矢量和三相电流极性的对应关系,并在静止参考轴系内完成了补偿算法.结果表明,死区效应引起了逆变器输出电压波形畸变,引起了电机电流波形畸变和转矩脉动.该补偿方法能有效改善电机导流波形,提高了逆变器的输出性能.关键词:误差电压矢量;死区补偿;电流矢量角;永磁同步电动机中图分类号:TM 301.2 文献标识码:A 文章编号:1008973X (2006)03046905Analysis and compensation method of dead time effectfor space vector PWM inverterWU M ao -gang ,ZHAO Rong -xiang ,T ANG Xin -zhou(Col lege of E lectrical Engineering ,Z hejiang University ,Hangzhou 310027,China )A bstract :Aimed at dead tim e effect of v oltag e -fed space vecto r pulse w idth mo dulatio n (SV PWM )invert -er ,a novel com pensatio n method detecting current polaritie s from the current vector w as presented.Erro r voltage vector g enerated by the dead time ,pow er devices turn -o n and turn -off time w as analyzed ,and the am plitude o f error voltage vector w as calculated in diffe rent vo ltage vecto r secto rs unde r different 3-phase current po larities.The relationship o f erro r voltage vecto r and 3-phase current polarities w as given ,and the compensation alg orithm w as im plemented in the stationa ry reference frame.The results indicate that the dead time effect distor ts inverter output voltage and current w aveform and increases torque ripples of the motor.The compensation metho d can effectively improve mo to r cur rent waveform ,the inverter ’s out -put perform ance can be greatly enhanced.Key words :erro r vo ltage vector ;dead time co mpensation ;current vector angle ;permanent magnet synchro -nous mo to r (PMSM ) 电压空间矢量脉宽调制(space vecto r pulse width modulation ,SVPWM )技术在交流传动领域获得了日益广泛的应用,它从电机的角度出发,着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场,即正弦磁通,逆变器通过三相桥臂开关管的不同开关模式产生实际磁通去逼近基准磁通圆,从而达到较高的控制性能.而在实际应用中,开关管由于存储效应而存在关断延时,为保证同一桥臂的开关管不发生直通,必须在开通和关断信号之间设置一个死区时间,同时,开关器件本身存在开通和关断延时,因此理想的调制信号和开关管输出的实际信号之间存在偏差.这个偏差引起死区效应,使输出电压波形产生畸变,降低了基波幅值,增加了低次谐波含量和电机的谐波损耗,在低频以及高载波频率时,会使电机电磁转矩发生较大脉动,严重地影响了系统的运行性能[1-5].本文运用空间矢量的分析方法,引入了误差电压矢量的概念,按照三相电流极性不同,在每个扇区内分析误差矢量的方向和大小,得出误差矢量在空间的分布.结合控制系统的特性,采用了预测电流的方法对死区进行补偿.实验中将该方法应用于基于转子磁场定向的永磁同步电动机(permanent mag -net sy nchronous m otor ,PM SM )矢量控制系统.1　S VPWM 死区效应分析图1为三相SVPWM 电压源型逆变器带电机负载的结构图,以单相逆变器桥臂为例分析死区和开通关断时间对输出电压的影响,且定义电流极性以流向负载为正.图1　三相SVPWM 逆变器-电动机F ig.1　T hree -pha se SV PW M inver te r -mo to r图2为逆变器A 相桥臂触发信号和输出电压的波形图,图2(a )、(b )为理想的上、下桥臂开关管触发信号,图2(c )、(d )为经死区延迟和器件开通关断延时之后的开关管实际输出信号,图2(e )为该相桥臂的输出电压波形.阴影部分是两个器件都关断的安全余量区间,即两个开关管都关断的实际死区时间,为了避免与设置的死区时间混淆,在此定义为误差时间,此区间的输出电压值由负载电流的方向决定:1)当电流i a 为正,下桥臂二极管D -a 导通,输出电压u ao =-0.5U dc ;2)当电流i a 为负,上桥臂二极管D +a 导通,输出电压u ao =0.5U dc .图2(e )两条虚线之间的宽度为理想的输出正脉冲电压时间,按照电流i a 极性不同分析实际输出脉冲电压与理想给定脉冲电压的宽度差值:1)当电流i a 为正,实际正脉冲宽度比理想给定脉冲宽度窄,减少的时间为T er =T d +T on -T off .(1)式中:T d 为死区时间;T on 、T off 为器件的开通和关断时间;T er 为输出电压实际脉宽与理想脉宽的误差时间.图2　A 相逆变器的触发信号和输出电压Fig.2　P ha se pulse signals and o utput vo ltag e of inve rter2)当电流i a 为负,实际正脉冲宽度比理想给定正脉冲宽度宽,增加的时间为T er ,因此可以用一个电流极性的符号函数sgn (i a )T er 来表示原来脉冲误差时间的变化.其中:sg n (i a )=1;i a >0,-1;i a ≤0.对于其他两相逆变器输出电压脉宽,同样具有上述关系.图3　SVPWM 第三扇区输出电压波形Fig.3　Third sector output voltage waveforms of SV PWM将误差时间内产生的电压定义为误差电压,下面以SVPWM 电压矢量合成的第三扇区为例,分析误差电压矢量的产生,图3为在第三扇区内逆变器的输出电压波形,中心线将载波周期分为左右对称的两部分,虚线是理想的电压上升和下降沿,在阴影部分的误差时间内,逆变器输出0.5U dc 还是-0.5U dc 是由电流极性决定的,以i a 、i b 、i c 极性“负正负”为例分析电压矢量的变化情况:此时u ao 、u co 的阴影部分为正电压,u bo 的阴影部分为正电压,V 4矢量的变化由u ao 、u bo 的脉宽变化确定,在中心线左半面V 4矢量作用时间增加了T er ,在中心线右半面V 4矢量作用时间也是增加了T er ,在一个调制周期内,V 4矢量作用时间增加2T er ;V 6矢量的变化由u bo 、u co 的脉宽变化确定,在中心线左半面V 6矢量作用时间减少了T er ,在中心线右半面V 6矢量作用时间也是减少了T er ,在一个调制周期内,V 6矢量作用时470浙　江　大　学　学　报(工学版) 第40卷　间减少2T er .用电压空间矢量表示为图4,图中ΔV 4和ΔV 6矢量的作用时间为2T er ,则两者的合成矢量就是误差电压矢量ΔV 2,其作用的时间为2T er ,对应的电压值为4U dc T er /(3T ),空间位置滞后V 4矢量60°.以同样的方法分析其他5种电流极性,然后再分析其5个扇区,最后得出结论:误差电压矢量幅值恒定为4U dc T er /(3T ),随电流极性不同在空间共有6个方向,如图5所示.表1给出了在不同三相电流极性下,对应于图5的误差电压矢量.图4　误差矢量的合成Fig.4　Synthesiza tion of er ro r vector图5　误差电压矢量Fig.5　Err or voltage v ecto rs 表1　不同电流极性下的误差电压矢量T ab.1　Erro r v oltage vecto rs under different current polari -ties i a 极性i b 极性i c 极性ΔV ++-ΔV 6+-+ΔV 5+--ΔV 4-++ΔV 3-+-ΔV 2--+ΔV 12　PMS M 死区效应仿真基于以上对误差电压矢量的分析,用Matlab 软件对PM SM 转子磁场定向矢量控制系统建立仿真模型,进行了PMSM 速度环开环的死区效应仿真.PM SM 参数:定子相绕组电阻R s =5.0Ψ,定子d 轴绕组电感L d =0.03H ,q 轴绕组电感L q =0.05H ,转动惯量J =0.001kg m 2,极对数P =2.仿真中给定u d 值为-3V ,给定u q 值为50V ,所加的负载转矩T l =3N m.在一个电周期内三相电流的极性改变6次,误差电压矢量也有6次突变,相应的受控电气物理量也会有6次畸变过程.图6为一相电流波形,电流在畸变点处有保持原值甚至低于原值的趋向,出现过零点电流钳位和峰值削平现象,图7和图8为u q 和u d 波形,死区效应使u q 幅值减小并波动,使电机的有效输出转矩减小并波动,同样死区效应会使u d 偏离原值并振荡.图9为电机转速波形,三相电流波形的畸变导致了转速以6倍基速波动.误差电压矢量的幅值与母线电压、误差时间成正比,与载波周期成反比,方向由电流极性确定,当电机在低速轻载运行时,由于此时加到电机上的电压很小,因此很容易被误差电压抵消掉,使电机的最低转速受到限制,并且引发电机电磁转矩的低频脉动.3　SV PWM 死区补偿方法对于电流反馈型死区补偿方法,首先要准确检测到三相电流的极性,因此电流过零点的检测十分重要,比较常用的方法是直接检测电流过零点,而在转子磁场定向的矢量控制系统中,还可以用电流矢量角来判断三相电流的极性.对于直接检测过零点471第3期吴茂刚,等:空间矢量PWM 逆变器死区效应分析与补偿方法的方法,因电流在零点附近存在模糊性,准确的零点检测很困难,对于用电流矢量角的方法,由于电流是检测得到的,因此容易受检测精度的影响,且检测存在滞后,也会存在一定程度的偏差.电流极性的判断,本文采用预测电流的方法,该方法根据电流矢量角度判断三相电流极性,电流矢量角度不是通过检测实际电流得到的,而是根据控制系统的特性,由运算出来的电压矢量角度计算得来或直接得出的.由于PM SM 的功率因数角很小,稳态时随负载变化不大,因此可以用电压矢量角度减功率因数角得到电流矢量的角度,而对于i d =0的转子磁场定向控制系统,电流矢量就是i q .电压矢量角度可以通过u d 、u q 值和转子位置角θ计算出来,而i q 的角度则是θ加90°.电流矢量的角度和电流极性的对应关系如图10所示,图中根据三相电流极性的不同,将复平面分为6个扇区,通过计算电流矢量所在的扇区可判断出三相电流的极性.按i a 、i b 、i c 的顺序排列电流极性,电流矢量角度与电流极性的对应关系如表2所示.根据电流极性,按表1可以得到误差电压矢量ΔV ,死区补偿就是要产生与此误差矢量大小相等而方向相反的补偿矢量以抵消其作用,将补偿电压矢图10　电流极性与电流矢量角对应关系Fig.10　Relation betw een cur rent polarities and currentvecto r angle表2　电流矢量角度和补偿电压对应关系表T ab.2　Relation betw een cur rent vec to r angles and compen -satio n voltages 扇区i q电流极性u c omαu c om β4°-π6<θ≤π6+--K 06°π6<θ≤π2++-12K 32K 2°π<θ≤5π-+-1K 32K 3°5π6<θ≤7π6-++-K 01°7π6<θ≤3π2--+12K 32K 5°3π2<θ≤11π6+-+12K -32K 量以V com表示,则V com=-ΔV .(2)在αβ轴系内将V com 分解成2个分量u com α和u comβ,电流极性与这2个分量的对应关系如表2所示,表中K =4U dc T er /(3T )为误差电压矢量幅值,补偿后的分量为u α=u *α+u com α,(3)u β=u *β+u com β.(4)式中:u *α、u *β为原来给定电压矢量的α、β轴分量.4　实验结果将补偿方法应用到PMSM 变频调速系统中,系统的控制方法采用矢量控制中i d =0的转子磁场定向控制,主控制器采用美国TI 公司数字信号处理器TMS320F240,逆变器采用智能功率模块PM75RSE120(三菱).PM SM 参数为:额定功率P =7.5kW ,极对数P =3,额定电压380V ,额定电流17A.SVPMW 逆变器死区时间设置为5μs ,调制频率为8kH z.在低速(40r /min)轻载的情况下进行了实验对比和验证,图11(a )为未进行死区补偿的相电流波形,图11(b )为死区补偿后的相电流波形.图中,横(a )补偿前的相电流波形(b )补偿后的相电流波形图11　补偿前、后的相电流波形Fig.11　Wavefo rm o f phase cur rent befo re a nd after com -pensa tion472浙　江　大　学　学　报(工学版) 第40卷　坐标时间轴为250ms /格,纵坐标电压轴为500mV /格,对应于霍耳传感器检测到的电流值为1.67A /格.图11(a )中电流因为死区效应具有明显的畸变,与仿真图6波形相似,图11(b )中电流波形相对图11(a )明显正弦化,基本没有波形畸变的现象,正弦化的电流波形为优良的电机转矩控制提供了保证,改善了电机的调速性能.5　结　语对SV PWM 逆变器的死区效应进行了分析和仿真,推导出误差时间引起的误差电压矢量幅值与母线电压、误差时间和载波周期有关,而方向由三相电流极性决定,采用预测电流的方法产生一个与误差矢量大小相等、方向相反的补偿矢量来抵消其作用,采用的算法简单,只需编写软件就可实现,而无需额外硬件.该方案适合于应用SV PWM 逆变器的高性能交流传动系统,仿真和实验结果都验证了理论分析的正确性以及方法的可行性.参考文献(References ):[1]JON G L L.A new appro ach o f dead -time co mpensatio nfor PW M voltage inver ters [J ].IEEE Transactions on C ircuits and Systems ,2002,49(4):476483.[2]A T T A IA NESE C ,TO M A SSO G.P redictive compensa -tio n o f dead -time effects in V SI feeding induction moto rs [J ].IEEE Transactions on Industry Applications ,2001,37(3):856863.[3]M UN OZ A R ,LIPO T A.On -line dead -time compensationtechnique for open -loop PWM -V SI drives [J ].IEEE T rans -actions on Pow er Electro nics ,1999,14(4):683689.[4]U RA SA K I N ,SEN JYU T.A dead -time compensationstra teg y fo r permanent magnet sy nchr onous mo to r driv e suppressing cur rent distor tion [C ]∥The 29th Annual Conference of the IEEE on Industrial Electronics Society ,V irginia ,U SA :I EEE ,2003,2:12551260.[5]贺益康,智大为,王文举.交流励磁发电机输出电力谐波抑制技术研究[J ].浙江大学学报:工学版,2002,36(4):432436.HE Yi -kang ,ZHI Da -wei ,W A NG Wen -ju.Study on the technique fo r suppressing power -harmonics generated by an A.C.exited generator [J ].Journal of Zhejiang University :Engineering Science ,2002,36(4):432436.下期论文摘要预登对Nasrifar -Moshfeghian 方程的评价及扩展其到气液相平衡中韩晓红,陈光明,王　勤(浙江大学制冷与低温研究所,浙江杭州310027)摘　要:从热力学出发对Nasrifar -M oshfeg hian (N -M )两参数立方形状态方程进行评价,并将其应用到混合物的汽液相平衡计算中.N -M 状态方程结合M H V1混合规则对21种双元混合物的汽液相平衡数据进行了关联,与P R -M HV 1、SRK -M H V1模型相比,前者的关联精度比后两种模型所关联的精度低.为了更进一步提高关联精度,对于M HV 1混合规则进行了两方面的改进:1)引入了新的非对称参数f ;2)参数b 经验地采用非线性结合规则.N -M 方程结合改进后的M H V1混合规则对17种混合物的汽液相平衡数据进行了关联,关联结果与采用原M H V1混合规则所得的结果相比,精度有了一定的提高,而且绝大部分体系的精度与采用P R -M HV 1,S RK -M HV 1模型的精度略优于这两个模型的精度.但是对于极性体系,如丙酮/水,甲醇/水,精度仍然较差,原因为:N -M 状态方程本身的缺点,即总是考虑 b / T 的符号;在低温下计算时,对于具有较大压缩因子的物质不适应;参数b 的结合规则.总之,N -M 方程的提出为纯物质的饱和液体及混合物的汽液相平衡计算提供了有价值的参考.关键词:汽液相平衡;状态方程;混合规则473第3期吴茂刚,等:空间矢量PWM 逆变器死区效应分析与补偿方法。

PMSM交流伺服系统死区效应补偿策略与实现

Dead- time Compensation Strategy and Realization for PMSM Servo System
ZH ON G Y i- chang1 , ZH O NG L un- lo ng 2 , CH EN Cong1 ( 1 . A p p lied T echnical Col lege , H unan I nstitute of Engineer ing , X iangtan 411101 , H unan, China; 2 . T ianj in K ey L ab f or A dv anced S ignal P rocessing , Civil A v iation Univer sity of China, T ianj in 300300 , China) Abstract: T he ex istence of dead- time effect of PM SM causes the current disto rted and the servo system unstable under the situation of low speed. In order to attain the continuous current wave and improve the w avefrom, analyzed the influence of dead- time effect and proposed a new method by combining on- line compensation with zero- current clamping technology further more based o n the traditional technique of the aver age dead time voltag e compensation. T he experimental results demonstrate the pro posed strateg y is effective and feasible. Key words: permanent magnet sy nchro no us moto r ( PM SM ) ; servo sy stem; dead- time effect; zero - cur rent clamp; o n- line compensatio n

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。

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。

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。

变频系统死区效应分析及补偿

第六章变频系统死区效应分析及补偿6.1 死区效应原理在理想情况下，每个桥臂的上下两个开关器件严格轮流导通和关断。

但实际情况是，每个器件的通、断都需要一定的时间，尤其是关断时间比导通时间更长。

在关断过程中，如果截止的器件立即导通，必然引起桥臂短路。

为了防止这种情况发生，必须在驱动信号中引入一段死区时间T d。

在此时间内，桥臂上下开关器件都没有触发信号，该桥臂的工作状态将取决于两个续流二极管和该相电流的方向。

死区时间的引入使得逆变器主电路不能精确再现由PWM发生器所产生的理想PWM波形，影响了PWM方案的应用效果，这些影响统称为死区效应。

死区效应是影响逆变器电压和电流输出的重要非线性因素，会使得低速轻载时的电压及电流发生严重畸变，引起转矩脉动和谐波。

死区时间的设置方式有两种：（1）单边不对称设置欲关断的功率管与理想波形同时关断，欲开通的功率管延迟T d后开通。

（2）双边对称设置欲关断的功率管比理想波形提前T d/2关断，欲开通的功率管比理想波形延迟T d/2开通。

利用逆变器中一个桥臂来说明死区效应的产生，规定电流从逆变器流向电机为参考方向的正方向，电流从电机流向逆变器时电流为负。

当电机电流为正时，在死区时间内，上下桥臂两个功率管均不导通，由于电机为一感性负载，因此电流不会突变，那么电机电流就通过和下桥臂反并联的续流二极管续流，如果忽略续流二极管的管压降，则输出电压被钳位在-U d/2（U d位直流电源电压）；反之，当电机电流为负时，电机电流则通过和上桥臂反并联的续流二极管续流，如果忽略续流二极管的管压降，输出电压被钳位在+ U d/2。

这样，实际输出电压U与理想输出电压U*之间就存在着误差电压△U=U-U*。

这个误差电压脉冲的极性与输出电流的极性相反，当电流大于零时△U= -U d，当电流小于零时△U= U d，其宽度等于死区时间。

而且随着载波频率的提高，误差电压脉冲出现的次数也随之提高，虽然死区时间很短，单个误差电压脉冲不足以影响系统的性能，但持续考虑半个周期的情况便可得知，其累计效应足以使定子电压波形畸变。

一种三相SVPWM逆变器死区补偿方法

一种三相SVPWM逆变器死区补偿方法空间矢量脉宽调制/电流极性/死区优化设置/死区效应1引言空间电压矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）通过在调制周期内产生一个开关序列得到等于电压参考矢量的平均电压矢量，可以获得较高的直流电压利用率和较低的输出谐波[1]，因而得到广泛的工业应用。

但在桥式逆变电路中，为了避免同一桥臂上下开关器件的直通，必须插入死区时间。

死区时间的存在显然使逆变器不能完全精确的复现PWM控制信号的理想波形，也不能精确地实现控制目标[2]。

国内外学者对逆变器死区效应做了许多有益的研究，并提出了一系列改善措施[3-7]，文献[3-7]均采用了平均误差电压补偿法，文献[3]还对开关器件管压降和电路中寄生电容对死区效应的影响进行了研究，文献[4]在同步旋转d-q坐标系下，通过d、q轴参考电流和逆变器输出参考角频率来产生电压前馈补偿信号，文献[5]采用电机的数学模型预测定子电流对参考电压矢量进行调整，文献[6]根据电流基波和5、7次谐波表征的谐波畸变，引入两个满足收敛性可自调整的变量，实时调整以这两个变量为函数的电压补偿信号，文献[7]通过讨论输出电压矢量和三相电流方向的关系，将三相电流分成六个区域，在每个区域只对其中一相补偿。

但上述所采取的死区补偿方案都属于被动补偿，即死区效应已经发生后，根据理想输出和实际输出之间的偏差进行开环或闭环补偿。

本文在对三相SVPWM逆变器死区效应分析的基础上，采用优化的死区设置方法，主动避开死区效应，以达到补偿目的，并通过MATLAB 仿真和实验验证了其有效性，证明该死区优化设置补偿法是正确的。

2三相SVPWM逆变器死区效应分析图1三相桥式PWM逆变器主电路原理图图2 传统死区设置时逆变器A相工作过程图1为感应电机PWM逆变器的原理图。

按照传统死区时间设置方法即上下管均采用“延时开通”来加入死区时间，以A相为例分析其死区效应，其它相工作过程和其类同。

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]。

基于空间矢量PWM的死区效应分析与补偿

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＭＳＭ；ＳＶＰＷＭ；ｄｅａｄ－ｔｉｍｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｚｅｒｏ — ｃｕｒｅｎｔｌａｍｐｉｎｇ
０引言
在ＰＷＭ调制方法中，空间矢量调制法（ＳＶＰ — ＷＭ）由于可以获得较低的谐波和比较高的直流电压利用率，在交流永磁同步电动机驱动系统中得到广泛应用。功率器件的开通和关断存在延时，因此必须加入死区防止逆变器的桥臂发生 “ 直通” 。死区的存在造成了逆变器输出电压波形畸变，谐波含量增高，同时还会引起转矩波动，造成电机运行不平稳。为了消除死区效应造成的影响，已有大量文
计斩
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触特电棚２０１３年第４ｌ卷第５期 … … … 二 … ．二： … 的死区效应分析与补偿
（ＮｏｒｔｈｅｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｄｅａｄ — ｔｉｍｅｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｍａｋｅｓｔｈｅｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｏｆｉｎｖｅｔｅｒｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｉｔｓｒｅｆ－

单相桥式PWM逆变器死区补偿的一种方法

相关资料也介绍了死区补偿的方法．但未能采用
图文形象、直观的介绍死区补偿的过程，而采用纯数学推理和文字说明较抽象，不易理解。本文详细介绍了一种死区补偿的方法。
２
一Ｅｅ２Ｅａ２／／一
模态号
１Ｅ２一／ｌＥａ２
‰
导通器件Ｖ和Ｖ当ｉ０１４（ｉ）＞ＶＤ当ｉ０Ｄ和Ｖ４（ｉ）＜Ｖ２Ｄ当０Ｄ和Ｖ３（ｉ）＞Ｖ和Ｖ当ｉ０２３（）＜Ｖ和Ｖ３当ｉ）ｌＤ（０＞
关键词：死区补偿；脉冲宽度调制；逆变器
桥式ＰＷＭ逆变器中，为了防止同桥臂开关器
以在逆变电路中存在着五种开关状态，具体情况
件直通．需要在其互补驱动信号中设置死区，但同时会导致输出电压基波幅值降低并产生低次谐
１ＪＵＵＵＵＩＪＬＬＬＬ “ ＿０＿－＿＿ＶＪＪＪ
１ｎｎｎ几］ｒ『ｒ０５ＶＴ『＿］］ｒ］厂１ＪＬＬＬＬＵＵＵＵ “ ０Ｖ＿三ＪＪＪ－
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流形成回路，Ａ端电位为一ｄ，Ｂ电位为＋Ｅ２端ＥＩ；当ｉ０￣，Ｖ１Ｄ续流形成回路，Ａ电位ｆ／２＜ＨＤ、Ｖ４端为＋ｇ，Ｂ电位为一２Ｅ２端。

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。

这个缺点对变频调速系统的影响最为显著。

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。

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。

SVPWM逆变控制的死区补偿策略

一个 PWM 周期内死区时间引起的各相电压损失为
( ) ⎧
⎪VDT_a ⎪
=
−
TDT TS
VDC
sgn
ia
( ) ⎪⎪
⎨VDT_b ⎪
=
−
TDT TS
VDC
sgn
ib
( ) ⎪
⎪⎪⎩VDT_c
=
− TDT TS
VDC
sgn
ic
在上式中 ia、ib、ic 为各相的输出电流。
（4）
sgn
(i
)
=
⎧⎪1
(i > 0)
图 3 补偿前的相电流波形
作者简介胡渊（1983-），男，西南交通大学在读硕士研究生，研究方向为电气传动及其控制。蒋锐（1985-），男，西南交通大学在读硕士研究生，研究方向为电能质量分析与控制。韩淳（1984-），男，工学学士，助理工程师，研究方向为电气化铁道综合自动化。
图 4 补偿后相电流波形
4π
( ) j
+e 3 TDT_c sgn ic
（7）
2
2011 年第 3 期
上式中 Vn 和 Vn*分别是输出电压三相理想中点电压和考虑死区影响的实际中点电压。
3 补偿方案
为了免去补偿时对电流方向的判别，死区时间在本文按以下公式取值：
⎧⎪⎪⎨TTDDTT__ab
= =
k k
ia ib
⎪ ⎪⎩TDT_c
内蒙古蒙东能源集团扎哈淖尔分公司于 2009 年 12 月 25 日与德国 TenovaTAKRAF 公司签订采购 1 台 SRs2000 型
斗轮挖掘机用于扩能工程，计划在 2013 年 10 月试运行。 TenovaTAKRAF 在几年前曾成功为我国的元宝山矿提供过轮斗机和输送带等设备。这台轮斗挖掘机功率为 1250kW，设计生产能力为 6600t/h，臂长为 44m，最大采掘高度 30m，将是东亚最大的轮斗挖掘机。这将是 TenovaTAKRAF 公司全球交付的第 56 台轮斗挖掘机，首台 SRs2000 大约在 30 年前生产，目前仍在使用。

变频器逆变单元死区效应分析及其补偿

匝镶电潦敬】｜：
２１０２年５２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
ＴｅｅｏＰｏｒＴｅｈｏｏｙｌｃｍｗｅｃｎｌｇＭａ５０２ｙ２，２１，Ｖｏ．２．３１９Ｎｏ
Ｐ
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：０１１—６２１—２１作者简介：王旭阳（９６）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（９１）男，宁大连人，授，士生导师，要研究１６一，辽教硕主
图３ａ为理想的调制电压信号和理想的负载电（）流；３ｂ为加人死区的电压等效误差波；３ｃ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３ｄ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］
ｔｄｔｅｖｌｉｆｔｉｍｅｈｄｏｈ．Ｗｓｎｈｏｏｓｍｏｏ．ｅｈａｉｔｏｈｓｄｙｔｏｎｔｅ５５ｋａｙｃｒｎｕｔｒ

正弦和空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿_吴茂刚

第26卷第12期中国电机工程学报V ol.26 No.12 Jun. 2006 2006年6月Proceedings of the CSEE ©2006 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号：0258-8013 (2006) 12-0101-05 中图分类号：TM301 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40正弦和空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿吴茂刚，赵荣祥，汤新舟(浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市310027)Dead-time Effects Analysis and Compensation of SPWM and SVPWM InverterWU Mao-gang，ZHAO Rong-xiang，TANG Xin-zhou(College of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，Zhejiang province，China )ABSTRACT：Error voltage vectors caused by dead-time effects of PWM inverter were given, the vector synthesis method was adapted to educe amplitude and phase formulas of synthesized voltage vector produced by 3-phase stator windings under dead-time effects, the characteristic of synthesized voltage vector was analyzed with simulations. In order to make practical conduct time equal to ideal given time of switching devices, a dead-time compensation method based on time was proposed, simple arithmetic was obtained with the characteristic of space vector PWM (SVPWM). A dead-time compensation method based on voltage was proposed also to eliminate error voltage vector, compensation formulas were calculated in 3-phase and 2-phase static reference frame respectively corresponding to SPWM and SVPWM. Experimental results show that the proposed method can make motor phase current waveform sinusoidal, and improved the output performance of the inverter.KEY WORDS：power electronics; dead-time effects；error voltage vector；time compensation；voltage compensation摘要：给出了PWM逆变器死区效应引起的误差电压矢量，采用矢量合成的方法，推导了死区效应作用下电机绕组产生的合成电压矢量的幅值和相位计算公式，结合仿真分析了合成电压矢量的特征。