SVPWM逆变器死区效应的时间补偿方法研究.docx

SVPWM逆变器死区效应的时间补偿方法研究
作为一种常见的逆变器控制方式，空间向量脉宽调制（SVPWM）逆变器具有转速平滑、效率高等优点，在电机驱动、电力电子等领域有着广泛应用。然而，SVPWM逆变器存在一个经典问题——死区效应，它会导致输出信号歪斜、失真，影响逆变器的输出质量和稳定性。为了解决这个问题，本文将介绍一种常用的方法——时间补偿法。
一、SVPWM逆变器的原理和死区效应
SVPWM逆变器是利用三相电压控制两个逆变桥臂，将直流电能转换为三相交流电能的电力传递装置。其基本工作原理是在两个逆变桥臂之间施加一个三角形波，根据所要控制的电机功率需求，通过调整三角形波和电压矢量的相位关系，生成一个分别对应于A、B、C相的三角形波，并通过逆变桥输出到负载（电机）中，从而实现对电机的控制。
然而，SVPWM逆变器在实际控制中存在一种叫做“死区效应”的问题。死区可以理解为当逆变器的两支管（IGBT）或阀门（IGCT）均为关断状态时，由于电子器件的特性等原因，开启两个管的间隔时间不一致，导致输出电压存在较大波动，导致输出信号失真和歪斜。此外，在高频率下该问题更加明显。因此，如何解决死区效应成为了实际控制中需要重点关注和解决的问题。
二、时间补偿法的原理
时间补偿法是一种用于消除死区效应的方法，其基本思路是在控制信号中加入一个时间补偿量，以使在逆变器输出时，充分考虑到实际死区效应时间。例如：当ABC三相信号需要产生正弦波时，三角波突然互相错乱，产生死区失真现象，因此需要添加时间补偿，调整ABC三相信号输出的时间，达到消除失真的目的。
时间补偿法中一般有两种基本方式，即前向补偿和双向补偿。前向补偿又称为“显式补偿”法，它是通过给三角波信号和样条信号往前推移一个补偿时间，以弥补开关管开启和关闭之间的时间差。双向补偿则是通过控制三角波载波信号，让逆变器输出的电压波顺时针或逆时针循环，既能实现前向补偿，又能实现“后向补偿”，从而达到消除死区失真的作用，这里不再赘述。
三、时间补偿法的实现
1.前向补偿法实现
在使用前向补偿法时，需要通过对三角波信号和样条信号的控制，实现补偿量的添加。
三角波信号：
三角波信号是SVPWM逆变器输出信号的基础，其中包含了正弦波信号和载波波形信息。在死区效应问题中，如果直接通过三角波信号输出，那么由于死区的存在，控制信号之间会产生波动和失真。为了解决这个问题，可以将三角波信号提前一个补偿时间Tcomp，这个时间量应该等于开关停滞期时间，开关停滞期时间是指IGBT管或MOS管的导通时间和未导通时间之间的时间差。通过提前信号，补偿回来。这一步可以通过将三角波和样条信号相加、减去时延（delay）实现。
ABC三相信号：
通过在ABC三相信号中，控制信号的始终时间差，来消除死区效应带来的失真和波动，接下来是具体步骤：
（1）设置一个固定的时间补偿Tcomp，使其等于死区时间。
（2）在三片铁芯中调节A、B和C相的触发时间，使以下套式得到满足：
TA-Tcomp≤TB≤TA（1）
TB-Tcomp≤TC≤TB（2）
其中T_A、T_B和T_C分别是通过正弦调制信号和三角波信号生成的A、B、C相最终的触发时间。
在保证这个时序关系的同时，应尽量维持三片铁芯上输出的时间差要尽量小，以保证正弦波和三角波之间的相位差较小。
2.双向补偿法实现
在双向补偿法中，一般是通过旋转波形，使相邻的电压波之间不存在死区现象，从而避免了电流的突变和电磁干扰的问题，消除失真，提高电机的运行效率，可分为三步。
（1）确定一个基准时间补偿值Tcomp0，并在逆变器中引入时间计数器，用于计算每个死区的持续时间∆t.
（2）通过基准时间补偿值Tcomp0和∆t的值确定旋转角度（θ），其数学表达式为：
θ=∆t/Tcomp0*60°（3）
其中，θ表示旋转角度，∆t表示每个零电压开关的持续时间，Tcomp0表示时间补偿时间。
（3）将三角波信号按一定角度（例如，旋转角度θ）调整输出，消除在零电压开关转换过程中，出现的死区，达到消除死区失真的目的。
四、时间补偿法的优势和应用
时间补偿法是一种有效的消除死区效应的方法，可以提高逆变器的输出质量和稳定性，优点明显，如下：
（1）可在实际应用中减小死区时延的影响，提高交流输出质量。
（2）实现方便，可适应不同电机的控制平台。
（3）具有较高的稳定性和可靠性，中小功率、高性能的控制电路中应用十分广泛。
（4）消除输出波形歪斜，提高逆变器输出效率。
时间补偿法的应用范围很广，主要应用于三相电机变频器中，可广泛应用于交流变频器、直流传动，三相电机调速器等领域。
五、结论
本文主要介绍了SVPWM逆变器中的死区效应问题，介绍并分析了时间补偿法是如何消除死区失真的。时间补偿法是一种可行的解决方案，通过前向补偿和双向补偿，可