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 。
(3) i < 0 时 , T1 从关断到导通 , T2 从导通到关 断 。电流通过 D1 续流 , U 被钳位到 + UdcΠ2 ,这时没 有电压损失 ;
(4) i < 0 时 , T1 从导通到关断 , T2 从关断到导 通 。在死区时间内 ,A 点的电位应为 - UdcΠ2 , 却被 二极管 D2 钳位到 + UdcΠ2 ,这相当于增加了一个宽 度为 td 高度为 Udc 的电压脉冲 。
②死区对逆变器输出谐波的影响 , 对于理想 PWM 电压波形而言 ,其谐波分量大多 (下转第 88 页)
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方面 。 (1) 政府的宏观调控策略 政府要正确引导 ,为电子商务的发展提供良好
Key words : dead - time ; inverter ; compensation
0 前言
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 。死区的存在使 SPWM 逆变器不能完全精 确复现控制信号的波形[1～3] 。死区效应不但会降低 基波幅值 ,而且会产生低次谐波 。
(1) i > 0 时 , T1 从导通到关断 , T2 从关断到导 通 。在死区时间内 ,电流下桥臂的 D2 续流 ,A 被二 极管 D2 钳位到 - UdcΠ2 ,没有电压损失 ;
(2) i > 0 时 , T1 从关断到导通 , T2 从导通到关
收稿日期 :2003 - 07 - 30 作者简介 :张涛 (1976 - ) ,男 ,助理工程师 ,1999 年毕业于哈尔滨工业
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 :TM464 文献标识码 :B 文章编号 :1009 - 2552 (2003) 11 - 0070 - 02
第
27 卷 第 2003 年 11
11 月
期
信 息 技 术
INFORMATION TECHNOLOGY
VOL. 27 Nov.
NO. 2003
11
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)
于是从总体来看 ,死区的影响是产生一系列的 畸变脉冲 ,如图 2 所示 ,其宽度为 td ,高度为 Udc ,极 性与电流方向相反 ,而与 SPWM 脉冲本身的正负无 关 。忽略高次谐波 ,偏差电压可以等效为一个矩形 波的偏差电压 。设其幅值为 ΔU ,则有 :
ΔU
T1 2
=
td Udc
N 2
(1)
对死区时间对逆变器输出电压的影响进行了详
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细分析 ,并分析了死区效应的补偿策略 。
1 死区时间对逆变器输出电压的影响 分析
图 1 为逆变器的一个桥臂示意图 。T1 和 T2 为有 源开关 ,D1 和 D2 为续流二极管 ,设电流流出桥臂为 正 。开关器件的开关状态为 : T1 导通 , T2 关断 ; T2 导通 , T1 关断 ; 同时存在 T1 、T2 都关断 。在死区时 间内 ,输出电压 U 表面上看是悬空了 ,但电流必须 通过二极管 D1 、D2 续流 。在死区时间 td 内 ,总共有 四种续流情况[2] :
推广与应用 。
(4) 专业化实施策略
在我国的流通领域内 ,电子商务的实施应从专
业化开始 ,以行业 →地区及城市的增殖网络 →行业
部门 →行业企业 →商品的专业化结构的需求为出发
点 ,以行业协会等组织为纽带 ,解决资源共享 ,提高
效率 ,为企业提供一条有效的发展途径 。
(5) 重点发展策略
重点发展策略包括 :基础设施建设 、规范的信息
大学 ,现在黑龙江省电力开发公司工作 。
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图 1 逆变器的一个桥臂示意图
断 。在死区时间内 ,A 点的电位应为 + UdcΠ2 ,却被 二极管 D2 钳位到 - UdcΠ2 ,这相当于损失了一个宽 度为 td 高度为 Udc 的电压脉冲 。
建立全国 →地区及城市 →部门 →企业 →消费者的层 次体系 。从地区 、城市或部门 、集团入手构成层次发 展模式 ,逐步完成全国的层次发展 。
(3) 分区域发展策略 根据地区的经济环境和人员素质水平的差异 , 制定不同地区的电子商务发展的策略 ,将我国分为
中心城市 、发达地区 、欠发达地区来进行电子商务的
通压降时 ,式 (2) 改写为[2] :
ΔU =
Td + ton Tc
toff Udc
+Baidu Nhomakorabea
uD uT 2
(3)
式中 : uD —IGB T 正向导通压降 ;
uT —续流二极管正向压降 。
在一般情况下 , 开通时间 ton 略小于关断时间
toff ,因此 ( toff , - ton ) 的值在一定程度上部分抵消了
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.
因而
ΔU =
td Udc N T1
=
td Udc Tc
(2)
式中 : T1 —基波的周期 ;
Tc —载波的周期 。
由式 (2) 可见 ,在一定的直流测电压下 ,偏差电
压的幅值与死区时间成正比 ,与载波的周期成反比 。
上述推理是在不考虑 IGBT 的开通和关断时间下进
行的 。在考虑 IGBT 的开通和关断时间的影响和导
具有补偿的滞后性 。每次比较结果必须在下一个开
关周期才能得到校正 ,同时存在输出 PWM 的高精
度检测问题 ,实现起来较复杂 。
现在还有其他一些补偿策略 ,如 :无死区控制 、
重复控制等 ,但不常用 。
参 考 文 献:
[1 ] 陈伯时 ,陈敏逊. 交流调速系统[M] . 机械工业出版社. 1994. [2 ] David Leggate , Russel J , Kerkman. Pulse - Based Dead - Time Cm2
Analysis of the dead - time effect of the inverter
and its compensation methods
ZHANG Tao1 , ZHANG Qiang2 , LI Liang2chen2
(1. Heilongjiang Province Power Development Co. , Harbin 150001 , China ; 2. Bright Oceans Corporation , Harbin 150090 , China)
的环境 ,包括 : 政策环境 ,协调国家利益、企业利益和消费者利益。 法律法规和标准环境 ,建立电子商务的法律法
规体系 ,保障电子商务的健康发展 。 市场环境即规范电子商务交易市场行为 ,加强
电子商务市场监督管理 ,保证公平竞争和有序发展 。 信息与网络安全环境 ,防范和打击利用信息网
络的各种违法犯罪活动 。 (2) 层次发展策略 我国电子商务的发展在统筹规划的基础上 ,应
死区时间 td 的影响 。在实际工作中 ,调制波的值 V 3
图 2 死区对逆变器输出波形的影响
是一个按正弦规律变化的量 。开关管的管压降 UD 、
UT 和开关时间 ton 、toff 也不是一个常数 ,它们随着温
度和电流的不同而变化 。因此 ,当考虑到开关管的通
态管压降和开关时间的影响时 ,误差电压不只与输
则逆变器的输出基波电压可以表示为 :
U
=
Acos (ω1 t
+ φ)
-
4ΔU π
cos
(ω1
t)
(5)
式中 : A —逆变器理想输出基波幅直 ; ω1 —基波角频率 。 在一般系统中 ,功率因数角为较小 ,所以偏差电
压 Uer 的基波将会削弱逆变器理想输出基波电压 , 同时会使输出电压有相移 。而且由于偏差电压只与 桥臂电压和死区时间以及载波频率有关 ,这使得系 统调速特性非线性 。
基础 、行业增殖网络 、企业信息系统 、物流配送体系 。
相关技术的研究包括 :虚拟专用网络技术 (VPN) 、信
息安全技术 、分布式用户认证技术 、密钥托管技术 、
网络安全技术 、支付技术 。
人力资源建设
通过大专院校的专业培养 、国家的高自考 、国内
外的各种电子商务的培训项目等形式 ,大力培养电
子商务的各类各层次的人才 。
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 ,
出电流的极性有关 ,而且与输出电流的大小和调制
波的大小有关 。其中 UD 和 UT 可近似为一个正常数
加上一个与负载电流成比例的正数 ,当然也可以用
更精确的模型来描述开关管的特性 ,但这使得系统
的复杂性增加 。一般将 UD 和 UT 当作一常数来处理
也具有较高的精度 。
因此 ,将偏差电压 Uer 用傅立叶级数展开得 :
偿电压应为 + ΔU ,这种误补偿将导致输出电流向
错误的方向变化 ,并使误补偿延续下去 ,从而流过零
点处发生畸变 ,特别在低频低压输出时畸变跟更加
严重 。
(2) 电压反馈型
将各相的 PWM 输出检测出来 ,同给定 PWM 波
进行比较 ,得到实际偏差电压 。然后将偏差电压同
给定 PWM 波叠加 ,得到新的给定 。这种方法同样
2 死区补偿策略
常用死区补偿法方法有两种 :电流反馈型和电 压反馈型[2～3] 。
(1) 电流反馈型 这种方法通过检测逆变器的三相输出电流的极 性来确定补偿电压 。受死区时间及电流幅值和频率 的影响 ,电流过零点一般存在一定程度的模糊性 ,因 而电流极性的检测精度会受到一定的影响 。同时必 要的电流滤波环节也加剧了对电流极性实时检测的 难度 ,尤其用软件实现时 ,严重的检测滞后会破坏对 死区时间的正确补偿 。电流过零点附近的某些点的 补偿电压实际应为 - ΔU ,若由于噪声或电流检测 的滞后 ,误判断这些点电流 i > 0 ,根据补偿原理 ,补 — 88 —