逆变器死区特性的仿真研究
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5）动态响应快、控制性能好、电气性能指标好；
6）保护快。
随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提高，逆变技术在许多领域应用也越来越广泛，如:交流电动机变频调速、电动机制动再生能量回馈、不间断电源系统、感应加热、弧焊电源、通信开关电源、变频电源、医用电源、风力发电、直流输电、电子镇流器、环保电源、磁悬浮列车、有源滤波、无功补偿、化学电源、现代汽车、家用电器、通用型直流电源变换器、航空逆变器、电力控制、机器人等等[3]。
Keyword:voltage inverter;PulseWidthModulation;deadtime;current-feedback for dead-time compensation.
第
1.1
人们在生活中离不开电源，所谓电源，就是利用电能变换技术将市电或电池等一次电能转换成适合各种用电对象的二次电能的系统或装置。而电能的变换主要体现在变压、调压、整流、滤波、稳定、变换等。这些基本的电能变换是通过一系列的技术方法来实现的，并且这些技术方法分别适用于不同的环境条件和要求。
逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1948年，美国西屋(Westinghouse)电气公司用汞弧整流器制成了3000Hz的感应加热用逆变器。1956年，第一只晶闸管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是SCR电压型逆变器。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。1962年，A.Kernick提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定谐波法，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。
从1964年就已有人提出了把通信系统调制技术应用到逆变技术中去，即正弦脉宽调制技术(SinusoidaPulse WidthModulation，简称SPWM)，但由于当时开关器件的速度慢而未得到推广，直到1975年才正式把SPWM技术应用到逆变技术中，从此逆变器的性能大大提高，并得到了广泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的PWM技术相继出现，例如注入三次谐波的PWM、空间向量调制(SVPWM)、随机PWM、电流滞环PWM等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。一般认为，逆变技术的发展可以分成如下三个阶段：
1956~1980年为传统发展阶段，这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现。
1981~2000年为高频化新技术阶段，这个阶段的特点是，开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM为主，体积重量小，逆变效率高，正弦波逆变技术的发展日趋完善。
This paper studies the dead-time,its effect on the inverter output voltage and the whole system.The effect of dead-time results in reduction of the fundamental component of inverter voltage,phase shifting,addition of unwangted lover order harmonices and increases torque ripples.In order to eliminate the bad effects ,thepaper uses current-feedback compensation method.Detectingthreephase current and convertinginto a voltage signal,whichsuperimposesonthe original modulation signal voltage,the systemgeneratesa new PWM waveform to compensatethedead-time.Current-feedbackdead-time compensationmethodstudiesonthe base ofmatlab andsimulationprovesthe availability and the feasibility of thesystem.The studies of this paper have the value for improving the performance of the AC machine driver and the further study of the dead-time effect.
20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管erMOSFET、绝缘门极晶体管IGT或IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管MCT，以及MOS晶体管MGT等。这就使电力电子技术由传统发展时代进入到高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新技术层出不穷，特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。
2000年至今为高效低污染阶段，这个阶段的特点是以逆变器的综合性能为主，低速与高速开关器件并用。多重叠加法与PWM法并用，不在偏向追求高速开关器件与高开频率，高效环保的逆变技术开始出现。
1
采用逆变技术是为了获得不同的稳定或变化形式的电能[2]。例如：
1）由蓄电池中的直流电源获得交流电，如不间断电源(UPS)、应急灯电源、通用逆变电源等。
7）按输出电压和电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。
8）按控制方式，可分为调频式逆变和调脉宽式逆变。
学科分类号：___08___
湖南人文科技学院
本科生毕业论文
题目：逆变器死区特性的仿真研究
学生姓名：学号
系部：通信与控制工程系
专业年级：
指导教师：李新君
职称：讲师
湖南人文科技学院教务处制
湖南人文科技学院本科毕业设计诚信声明
本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
1.2
1.
所谓逆变器，是指整流（又称顺变）器的逆向变换装置，其作用是通过半导体功率开关器件（如SCR，GTO，GTR，IGBT和功率MOSFET模块等）的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能。由于是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，其转换频率高，而转换输出的波形比较差，是含有相当多谐波成分的方波。逆变器，特别是正弦波逆变器，主要用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功能量反馈回直流电源。
2）由蓄电池中的直流电源获得多路稳定的直流电，如程控电话交换机二次电源等各种通用DC/DC变换器。
3）获得可变频率的交流电源，如交流电动机调速变频器等。
4）实现电能量回馈，如电动机制动再生能量回馈有源逆变系统等。
5）使电源设备小型化、高效节能、获得更好的稳定性和调节性能，如各种类型的直流电源变换器。
关键字：电压逆变器；脉宽调制(PWM)；死区；电流反馈补偿
STUDY ON DEAD TIME PROPERTY OF INVERTER
Abstract:Inverter technology with the development of modern control theory,dead timehasan serious influence to thePWMInverter.,especiallythe problem still exsits in theSPWM voltage source inverter.In order to prevent the inverter under the same bridge armofthe two thyristor conduct,the thyristormust be added to the upper and lower thyristor turn-on delay time (dead zone).Dead time effectissuesarouse the attention of the masses of scholars. Compensatingthe influences of dead time becomes a piece of important subject to improve the waveforms of inverter.
2）按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
3）按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。
4）按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。
5）按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变、IGBT逆变，等等。
6）按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。
作者签名：
二○年月日
逆变器死区特性的仿真研究
摘要：随着逆变技术的不断发展，逆变器死区对逆变技术的影响越来越大，尤其是SPWM电压型逆变器中的死区效应问题仍然很突出，为了防止逆变器同一桥臂上下两个晶闸管同时导通，必须对上下两个晶闸管加入延迟导通时间（死区）。因此死区效应问题引起了广大学者的关注，补偿死区成了改善逆变器输出波形的一个重要课题。
6）利用感应涡流产生热量，如中频炉和高频感应加热。
现代电力电子技术的发展为逆变技术的采用提供了必要的条件，逆变技术的优越性主要体现在如下几个方面：
1）灵活地调节输出电压或电流的幅度和频率；
2）将蓄电池中的直流电转换成交流电或其他形式的直流电；
3）明显地减小用电设备的体积和重量，节省材料；
4）高效节能；
本论文从分析逆变器的死区入手，详细分析了它对逆变器输出电压和整个系统的影响，死区效应使得输出基波电压下降，相位发生变化，低次谐波增加，转矩脉动增大。针对上述影响，本论文采用了电流型反馈补偿方法。通过检测三相电流并转换成电压信号和原来的调制信号电压叠加，产生新的PWM波形对死区进行补偿，从而减小死区对输出电压电流以及异步电动机的转矩脉动的影响。并基于电流反馈补偿方法进行了具体的MATLAB仿真研究，仿真结果表明电流反馈型死区补偿方法的有效性和可行性。本文的研究对于提高和改善变频调速系统的性能以及对死区问题的研究有很好的借鉴意义。
逆变是对电能进行变换和控制的一种基本形式，现代逆变技术是一门综合了现代电力电子开关器件的应用、现代功率变换、模拟和数字电子技术、PWM技术、频率及相位调制技术、开关电源技术和控制技术等的综合实用设计技术，己被广泛应用于工业和民用领域中的各种功率变换系统和装置中。逆变技术的应用领域主要是：电力变换、电动机调速、不间断电源、逆变弧焊电源、感应加热、直流电源变换装置等方面。逆变器的应用将越来越广泛[1]。
1.
逆变器种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类形式如下：
l）按逆变器输出交流的频率，可以分为工频逆变、中频逆变和高频逆变。工频逆变一般指50~60Hz的逆变器；中频逆变的频率一般为400Hz到十几KHz；高频逆变器的频率则一般为十几KHz到MHz。在现代高频开关电源领域，500KHz以上才算是高频，但是在逆变领域，有时功率比较大，20KHz的超音频算做高频。
6）保护快。
随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提高，逆变技术在许多领域应用也越来越广泛，如:交流电动机变频调速、电动机制动再生能量回馈、不间断电源系统、感应加热、弧焊电源、通信开关电源、变频电源、医用电源、风力发电、直流输电、电子镇流器、环保电源、磁悬浮列车、有源滤波、无功补偿、化学电源、现代汽车、家用电器、通用型直流电源变换器、航空逆变器、电力控制、机器人等等[3]。
Keyword:voltage inverter;PulseWidthModulation;deadtime;current-feedback for dead-time compensation.
第
1.1
人们在生活中离不开电源，所谓电源，就是利用电能变换技术将市电或电池等一次电能转换成适合各种用电对象的二次电能的系统或装置。而电能的变换主要体现在变压、调压、整流、滤波、稳定、变换等。这些基本的电能变换是通过一系列的技术方法来实现的，并且这些技术方法分别适用于不同的环境条件和要求。
逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1948年，美国西屋(Westinghouse)电气公司用汞弧整流器制成了3000Hz的感应加热用逆变器。1956年，第一只晶闸管问世，这标志着电力电子学的诞生，并开始进入传统发展时代。在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展。首先出现的是SCR电压型逆变器。1960年以后，人们注意到改善逆变器波形的重要性，并开始进行研究。1962年，A.Kernick提出了“谐波中和消除法”，即后来常用的“多重叠加法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，F.G.Turnbull提出了“消除特定谐波法，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优，转矩脉动最小等。
从1964年就已有人提出了把通信系统调制技术应用到逆变技术中去，即正弦脉宽调制技术(SinusoidaPulse WidthModulation，简称SPWM)，但由于当时开关器件的速度慢而未得到推广，直到1975年才正式把SPWM技术应用到逆变技术中，从此逆变器的性能大大提高，并得到了广泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的PWM技术相继出现，例如注入三次谐波的PWM、空间向量调制(SVPWM)、随机PWM、电流滞环PWM等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。一般认为，逆变技术的发展可以分成如下三个阶段：
1956~1980年为传统发展阶段，这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现。
1981~2000年为高频化新技术阶段，这个阶段的特点是，开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM为主，体积重量小，逆变效率高，正弦波逆变技术的发展日趋完善。
This paper studies the dead-time,its effect on the inverter output voltage and the whole system.The effect of dead-time results in reduction of the fundamental component of inverter voltage,phase shifting,addition of unwangted lover order harmonices and increases torque ripples.In order to eliminate the bad effects ,thepaper uses current-feedback compensation method.Detectingthreephase current and convertinginto a voltage signal,whichsuperimposesonthe original modulation signal voltage,the systemgeneratesa new PWM waveform to compensatethedead-time.Current-feedbackdead-time compensationmethodstudiesonthe base ofmatlab andsimulationprovesthe availability and the feasibility of thesystem.The studies of this paper have the value for improving the performance of the AC machine driver and the further study of the dead-time effect.
20世纪70年代后期，可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR及其模块相继实用化。80年代以来，电力电子技术与微电子技术相结合，产生了各种高频化的全控器件，并得到了迅速发展，如功率场效应管erMOSFET、绝缘门极晶体管IGT或IGBT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、场控晶闸管MCT，以及MOS晶体管MGT等。这就使电力电子技术由传统发展时代进入到高频化时代。在这个时代，具有小型化和高性能特点的新技术层出不穷，特别是脉宽调制波形改善技术得到了飞速的发展。
2000年至今为高效低污染阶段，这个阶段的特点是以逆变器的综合性能为主，低速与高速开关器件并用。多重叠加法与PWM法并用，不在偏向追求高速开关器件与高开频率，高效环保的逆变技术开始出现。
1
采用逆变技术是为了获得不同的稳定或变化形式的电能[2]。例如：
1）由蓄电池中的直流电源获得交流电，如不间断电源(UPS)、应急灯电源、通用逆变电源等。
7）按输出电压和电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。
8）按控制方式，可分为调频式逆变和调脉宽式逆变。
学科分类号：___08___
湖南人文科技学院
本科生毕业论文
题目：逆变器死区特性的仿真研究
学生姓名：学号
系部：通信与控制工程系
专业年级：
指导教师：李新君
职称：讲师
湖南人文科技学院教务处制
湖南人文科技学院本科毕业设计诚信声明
本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
1.2
1.
所谓逆变器，是指整流（又称顺变）器的逆向变换装置，其作用是通过半导体功率开关器件（如SCR，GTO，GTR，IGBT和功率MOSFET模块等）的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能。由于是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换的，其转换频率高，而转换输出的波形比较差，是含有相当多谐波成分的方波。逆变器，特别是正弦波逆变器，主要用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功能量反馈回直流电源。
2）由蓄电池中的直流电源获得多路稳定的直流电，如程控电话交换机二次电源等各种通用DC/DC变换器。
3）获得可变频率的交流电源，如交流电动机调速变频器等。
4）实现电能量回馈，如电动机制动再生能量回馈有源逆变系统等。
5）使电源设备小型化、高效节能、获得更好的稳定性和调节性能，如各种类型的直流电源变换器。
关键字：电压逆变器；脉宽调制(PWM)；死区；电流反馈补偿
STUDY ON DEAD TIME PROPERTY OF INVERTER
Abstract:Inverter technology with the development of modern control theory,dead timehasan serious influence to thePWMInverter.,especiallythe problem still exsits in theSPWM voltage source inverter.In order to prevent the inverter under the same bridge armofthe two thyristor conduct,the thyristormust be added to the upper and lower thyristor turn-on delay time (dead zone).Dead time effectissuesarouse the attention of the masses of scholars. Compensatingthe influences of dead time becomes a piece of important subject to improve the waveforms of inverter.
2）按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
3）按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。
4）按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。
5）按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变、IGBT逆变，等等。
6）按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。
作者签名：
二○年月日
逆变器死区特性的仿真研究
摘要：随着逆变技术的不断发展，逆变器死区对逆变技术的影响越来越大，尤其是SPWM电压型逆变器中的死区效应问题仍然很突出，为了防止逆变器同一桥臂上下两个晶闸管同时导通，必须对上下两个晶闸管加入延迟导通时间（死区）。因此死区效应问题引起了广大学者的关注，补偿死区成了改善逆变器输出波形的一个重要课题。
6）利用感应涡流产生热量，如中频炉和高频感应加热。
现代电力电子技术的发展为逆变技术的采用提供了必要的条件，逆变技术的优越性主要体现在如下几个方面：
1）灵活地调节输出电压或电流的幅度和频率；
2）将蓄电池中的直流电转换成交流电或其他形式的直流电；
3）明显地减小用电设备的体积和重量，节省材料；
4）高效节能；
本论文从分析逆变器的死区入手，详细分析了它对逆变器输出电压和整个系统的影响，死区效应使得输出基波电压下降，相位发生变化，低次谐波增加，转矩脉动增大。针对上述影响，本论文采用了电流型反馈补偿方法。通过检测三相电流并转换成电压信号和原来的调制信号电压叠加，产生新的PWM波形对死区进行补偿，从而减小死区对输出电压电流以及异步电动机的转矩脉动的影响。并基于电流反馈补偿方法进行了具体的MATLAB仿真研究，仿真结果表明电流反馈型死区补偿方法的有效性和可行性。本文的研究对于提高和改善变频调速系统的性能以及对死区问题的研究有很好的借鉴意义。
逆变是对电能进行变换和控制的一种基本形式，现代逆变技术是一门综合了现代电力电子开关器件的应用、现代功率变换、模拟和数字电子技术、PWM技术、频率及相位调制技术、开关电源技术和控制技术等的综合实用设计技术，己被广泛应用于工业和民用领域中的各种功率变换系统和装置中。逆变技术的应用领域主要是：电力变换、电动机调速、不间断电源、逆变弧焊电源、感应加热、直流电源变换装置等方面。逆变器的应用将越来越广泛[1]。
1.
逆变器种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类形式如下：
l）按逆变器输出交流的频率，可以分为工频逆变、中频逆变和高频逆变。工频逆变一般指50~60Hz的逆变器；中频逆变的频率一般为400Hz到十几KHz；高频逆变器的频率则一般为十几KHz到MHz。在现代高频开关电源领域，500KHz以上才算是高频，但是在逆变领域，有时功率比较大，20KHz的超音频算做高频。