電機逆變器死區(qū)補償獨領(lǐng)風(fēng)騷高性能伺服不在話下

逆變器死區(qū)補償方法綜述

為補償td引起的電壓波動，研究人員提出了各種補償方法，大致可劃分為三類。

最普遍的方法是在電流極性相同的區(qū)間內(nèi)，根據(jù)缺少的脈沖列相應(yīng)加上極性相反的脈沖列，以抵消其影響。由于三相電流必有一相與另兩相極性相反，一種簡單的方法是對極性相反的相實行二倍的電壓過補償，使三相電壓死區(qū)影響相互抵消，線電壓波形為正弦形。文獻詳細(xì)分析了死區(qū)產(chǎn)生的原因和影響，并根據(jù)模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制分別給出了死區(qū)的硬件電路補償方法。根據(jù)全橋電路的開關(guān)狀態(tài)，提出了一種帶死區(qū)補償?shù)哪孀兤鲾?shù)學(xué)模型，該模型的特點是由簡單的滯環(huán)結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)此模型可由一計算公式實現(xiàn)死區(qū)補償。

第二類方法是根據(jù)無效器件原理實現(xiàn)死區(qū)補償?shù)?。在任意時刻，逆變器每一橋臂兩個功率器件中只有一個是有效的。當(dāng)上橋臂器件關(guān)斷時，不論下橋臂器件是否導(dǎo)通，輸出電壓都是直流母線的負(fù)端電壓，此時稱下橋臂器件是“無效”的。死區(qū)補償?shù)霓k法是，維持有效器件的驅(qū)動信號不變，改變無效器件的驅(qū)動信號使之滿足設(shè)置死區(qū)的要求。既然“無效”器件的通、斷并不影響輸出電壓狀態(tài)，那么也就不需要驅(qū)動信號了，只給有效器件發(fā)出驅(qū)動信號就可以了，這樣也就不需要加入死區(qū)，也就沒有什么死區(qū)補償?shù)膯栴}了。但該方法在電流過零點處會由于誤差導(dǎo)致畸變，因此使用這個方法時要注意電流過零區(qū)域的處理。一些學(xué)者進一步提出了改進方法。在電流過零點加一滯環(huán)，在滯環(huán)時間內(nèi)使用正常的開關(guān)死區(qū)保護，可減小畸變。由于電流采樣中的干擾和電流變化的復(fù)雜性，在電流過零點附近的區(qū)域應(yīng)給出兩路驅(qū)動信號并加入死區(qū)及死區(qū)補償。利用pwm關(guān)斷時刻實現(xiàn)換流時的開關(guān)死區(qū)保護，可消除開關(guān)死區(qū)的影響。

第三類方法是電流預(yù)測控制。建立較為準(zhǔn)確的電機系統(tǒng)模型，分析電流波形的畸變量，通過電流的預(yù)測控制來實現(xiàn)電流波形的校正。預(yù)測電流控制的死區(qū)問題，通過估計反電勢補償電壓波形畸變和電流零點鉗位現(xiàn)象。建立異步電機模型的矩陣方程，根據(jù)對svpwm算法里定子相電流的預(yù)測，補償其空間電壓矢量。利用d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的pmsm模型設(shè)計觀測器，觀測q軸損失的電壓，通過公式折算成需補償?shù)乃绤^(qū)時間tc，實現(xiàn)死區(qū)的在線補償。時間延遲控制來估計死區(qū)導(dǎo)致的干擾電壓，并將其反饋到電壓參考給定上以補償死區(qū)影響。電流預(yù)測方法計算繁瑣，且補償效果與電機模型的精度和時變的參數(shù)值直接相關(guān)，不易得到滿意的效果。 逆變器死區(qū)的影響

由pwm死區(qū)時間產(chǎn)生的基本原理可知，引起的逆變器輸出電壓的偏差脈沖在繞組電流周期t1內(nèi)的電壓偏差可用一方波來等效，為了分析方便，假定電壓偏差脈沖在時間上是等間距的，則等效方波的高度為：

隨著電流極性的變化，誤差電壓脈沖的方向也隨著發(fā)生變化，而且隨著載波頻率的提高，誤差電壓脈沖出現(xiàn)的次數(shù)也隨之提高，雖然死區(qū)時間很短，只有幾個微秒，但是誤差電壓在一個周期之內(nèi)累積起來，也會對輸出電壓的基波幅值產(chǎn)生較大的影響。誤差電壓與理想電壓、實際輸出電壓的定性關(guān)系如圖2所示。

對圖2中的偏差方波進行傅立葉分析得到：