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SPWM逆變器死區(qū)影響的幾種補(bǔ)償方法

發(fā)布時(shí)間:2008/5/27 0:00:00 訪問次數(shù):1391

作者:北京航天工業(yè)總公司二院206所 劉鳳君(北京100854)

來源:《電源技術(shù)應(yīng)用》

摘要:分析逆變器死區(qū)對(duì)輸出電壓的影響以及幾種常用的補(bǔ)償方法。 關(guān)鍵詞:死區(qū) 補(bǔ)償 逆變器 脈寬調(diào)制

1 引言

死區(qū)可以避免因橋臂開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通的故障,但死區(qū)同時(shí)也引起反饋二極管的續(xù)流,使輸出電壓基波幅值減小,并產(chǎn)生出與死區(qū)時(shí)間△t及載波比n成比例的3、5、7…次諧波,這是設(shè)置死區(qū)帶來的缺點(diǎn)。這個(gè)缺點(diǎn)對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的影響最為顯著。特別是在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí),調(diào)制波角頻率ωs減小,使載波比n相對(duì)增大,因此,死區(qū)△t中二極管續(xù)流引起的基波幅值減小,和3、5、7…次諧波的增大更加嚴(yán)重。在這種情況下,為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,就必須對(duì)死區(qū)中二極管續(xù)流的這種不良影響進(jìn)行補(bǔ)償。

常用的最基本補(bǔ)償方法有兩種:一種是電流反饋型補(bǔ)償,另一種是電壓反饋型補(bǔ)償。它們的共同補(bǔ)償原理就是設(shè)法產(chǎn)生一個(gè)與二極管續(xù)流引起的誤差電壓波形相似、相位相差180°的補(bǔ)償電壓ucom,來抵消或減弱誤差波的影響。所謂誤差波,就是由反饋二極管續(xù)流而引起的誤差電壓。三相半橋式spwm逆變器電路圖見圖1。

2 電流反饋型補(bǔ)償

死區(qū)設(shè)置方式有兩種,即雙邊對(duì)稱設(shè)置和單邊不對(duì)稱設(shè)置,F(xiàn)以雙邊對(duì)稱設(shè)置方式為例來進(jìn)行說明,其結(jié)果對(duì)單邊不對(duì)稱設(shè)置方式也同樣適用。

帶死區(qū)的spwm逆變器在感性負(fù)載時(shí),基波幅值的減小與3、5、7…次諧波幅值的增大都與δtωc=δtnωs成正比(ωc為spwm中三角波電壓的角頻率),隨著死區(qū)時(shí)間△t及載波比n的增加,輸出電壓基波幅值將減小,3、5、7…次諧波幅值將比例增大。當(dāng)ωs減小n相對(duì)增大時(shí),這種影響進(jìn)一步加劇。為了保證逆變器的正常運(yùn)行,就必須消除這種不良影響。加入補(bǔ)償電路就能很好地達(dá)到這個(gè)目的。采用電流反饋型的補(bǔ)償電路如圖2所示。通過檢測(cè)逆變器的三相輸出電流,并把它變成三相方波電壓分別加到各自的調(diào)制波us上,例如將檢測(cè)到的a相電流ia,變成方波電壓ui加到a相調(diào)制波us上,方波電壓ui使逆變器產(chǎn)生一個(gè)與電流ia相位相同,與誤差波ud1.4波形相似,但與ud1.4相位相反的補(bǔ)償電壓ucom,如圖3所示。

補(bǔ)償電壓ucom的相位與電流ia的相位相同,與誤差波電壓ud1.4的相位相反。由于載波三角波的每個(gè)邊都是線性的,所以u(píng)s+ui調(diào)制的波形等于us和ui調(diào)制波形的和。us產(chǎn)生的有死區(qū)調(diào)制波為uao′,反饋二極管產(chǎn)生的誤差波為ud1.4,ui產(chǎn)生的調(diào)制波為ucom,所以逆變器的輸出電壓方程式為:

采用如圖2所示的電流反饋補(bǔ)償電路,很好地達(dá)到了消除誤差波ud1.4對(duì)基波幅值減小和產(chǎn)生3、5、7…次諧波的不良影響。

3 電壓反饋型補(bǔ)償

電壓反饋型補(bǔ)償電路如圖4所示。將各相的spwm輸出電壓波形uao″通過降壓變壓器tr檢測(cè)出來,并倒相變成-uao″,用-uao″與給定的spwm帶死區(qū)的信號(hào)uao″相加得到補(bǔ)償電壓ucom,ucom的相位與電流ia相同,與誤差波ud1.4的相位相反,用以抵消誤差波ud1.4的不良影響。

圖4所示的電壓反饋型補(bǔ)償電路,可以完全消除掉誤差波ud1.4所造成的不良影響,只不過電路比電流反饋型復(fù)雜些。

4 電流反饋型補(bǔ)償電路在矢量控制系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)例

文獻(xiàn)[2]介紹了一種矢量控制系統(tǒng)中應(yīng)用的電流反饋型補(bǔ)償電路,是在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)用空間矢量來表示變頻器的三相輸出電壓和電流時(shí),則可以得到不同電流矢量下的誤差電壓矢量△ui,其相位與電流矢量相反,而與電流的幅值無關(guān),如表1所示。

由表1可知,當(dāng)電流矢量位于空間六個(gè)不同區(qū)域時(shí),變頻器的輸出電壓將損失六個(gè)對(duì)應(yīng)的電壓矢量δu1~δu6,這六個(gè)誤差電壓矢量的方向與變頻器的六個(gè)非零空間電壓矢量方向完全一致,其幅值為3δu/2。

假定變頻器輸出電壓的角頻率為ω1,則得到一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d

作者:北京航天工業(yè)總公司二院206所 劉鳳君(北京100854)

來源:《電源技術(shù)應(yīng)用》

摘要:分析逆變器死區(qū)對(duì)輸出電壓的影響以及幾種常用的補(bǔ)償方法。 關(guān)鍵詞:死區(qū) 補(bǔ)償 逆變器 脈寬調(diào)制

1 引言

死區(qū)可以避免因橋臂開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通的故障,但死區(qū)同時(shí)也引起反饋二極管的續(xù)流,使輸出電壓基波幅值減小,并產(chǎn)生出與死區(qū)時(shí)間△t及載波比n成比例的3、5、7…次諧波,這是設(shè)置死區(qū)帶來的缺點(diǎn)。這個(gè)缺點(diǎn)對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的影響最為顯著。特別是在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí),調(diào)制波角頻率ωs減小,使載波比n相對(duì)增大,因此,死區(qū)△t中二極管續(xù)流引起的基波幅值減小,和3、5、7…次諧波的增大更加嚴(yán)重。在這種情況下,為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,就必須對(duì)死區(qū)中二極管續(xù)流的這種不良影響進(jìn)行補(bǔ)償。

常用的最基本補(bǔ)償方法有兩種:一種是電流反饋型補(bǔ)償,另一種是電壓反饋型補(bǔ)償。它們的共同補(bǔ)償原理就是設(shè)法產(chǎn)生一個(gè)與二極管續(xù)流引起的誤差電壓波形相似、相位相差180°的補(bǔ)償電壓ucom,來抵消或減弱誤差波的影響。所謂誤差波,就是由反饋二極管續(xù)流而引起的誤差電壓。三相半橋式spwm逆變器電路圖見圖1。

2 電流反饋型補(bǔ)償

死區(qū)設(shè)置方式有兩種,即雙邊對(duì)稱設(shè)置和單邊不對(duì)稱設(shè)置,F(xiàn)以雙邊對(duì)稱設(shè)置方式為例來進(jìn)行說明,其結(jié)果對(duì)單邊不對(duì)稱設(shè)置方式也同樣適用。

帶死區(qū)的spwm逆變器在感性負(fù)載時(shí),基波幅值的減小與3、5、7…次諧波幅值的增大都與δtωc=δtnωs成正比(ωc為spwm中三角波電壓的角頻率),隨著死區(qū)時(shí)間△t及載波比n的增加,輸出電壓基波幅值將減小,3、5、7…次諧波幅值將比例增大。當(dāng)ωs減小n相對(duì)增大時(shí),這種影響進(jìn)一步加劇。為了保證逆變器的正常運(yùn)行,就必須消除這種不良影響。加入補(bǔ)償電路就能很好地達(dá)到這個(gè)目的。采用電流反饋型的補(bǔ)償電路如圖2所示。通過檢測(cè)逆變器的三相輸出電流,并把它變成三相方波電壓分別加到各自的調(diào)制波us上,例如將檢測(cè)到的a相電流ia,變成方波電壓ui加到a相調(diào)制波us上,方波電壓ui使逆變器產(chǎn)生一個(gè)與電流ia相位相同,與誤差波ud1.4波形相似,但與ud1.4相位相反的補(bǔ)償電壓ucom,如圖3所示。

補(bǔ)償電壓ucom的相位與電流ia的相位相同,與誤差波電壓ud1.4的相位相反。由于載波三角波的每個(gè)邊都是線性的,所以u(píng)s+ui調(diào)制的波形等于us和ui調(diào)制波形的和。us產(chǎn)生的有死區(qū)調(diào)制波為uao′,反饋二極管產(chǎn)生的誤差波為ud1.4,ui產(chǎn)生的調(diào)制波為ucom,所以逆變器的輸出電壓方程式為:

采用如圖2所示的電流反饋補(bǔ)償電路,很好地達(dá)到了消除誤差波ud1.4對(duì)基波幅值減小和產(chǎn)生3、5、7…次諧波的不良影響。

3 電壓反饋型補(bǔ)償

電壓反饋型補(bǔ)償電路如圖4所示。將各相的spwm輸出電壓波形uao″通過降壓變壓器tr檢測(cè)出來,并倒相變成-uao″,用-uao″與給定的spwm帶死區(qū)的信號(hào)uao″相加得到補(bǔ)償電壓ucom,ucom的相位與電流ia相同,與誤差波ud1.4的相位相反,用以抵消誤差波ud1.4的不良影響。

圖4所示的電壓反饋型補(bǔ)償電路,可以完全消除掉誤差波ud1.4所造成的不良影響,只不過電路比電流反饋型復(fù)雜些。

4 電流反饋型補(bǔ)償電路在矢量控制系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)例

文獻(xiàn)[2]介紹了一種矢量控制系統(tǒng)中應(yīng)用的電流反饋型補(bǔ)償電路,是在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)用空間矢量來表示變頻器的三相輸出電壓和電流時(shí),則可以得到不同電流矢量下的誤差電壓矢量△ui,其相位與電流矢量相反,而與電流的幅值無關(guān),如表1所示。

由表1可知,當(dāng)電流矢量位于空間六個(gè)不同區(qū)域時(shí),變頻器的輸出電壓將損失六個(gè)對(duì)應(yīng)的電壓矢量δu1~δu6,這六個(gè)誤差電壓矢量的方向與變頻器的六個(gè)非零空間電壓矢量方向完全一致,其幅值為3δu/2。

假定變頻器輸出電壓的角頻率為ω1,則得到一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d

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