[发明专利]一种无死区的SVPWM调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及三相逆变器调制技术领域。

背景技术

随着电力电子技术、微电子技术以及电动机变频调速技术的发展，变频器制造技术日趋成熟。就变频器而言，其性能的好坏与诸多因素有关，主要与开关频率（载波频率）、频率分辨率即频率相邻两档之差的绝对值、死区的长短等因素有关。一般而言，开关频率越高，电压脉动越小，控制效果越好。但开关频率的大小又受到硬件条件的限制，不可能无限制地增大，而且开关频率增大的同时也会带来开关损耗增加的负面影响，故要综合考虑。

死区效应的存在，使精确设计的开关控制信号不能准确无误地加到主电路开关器件的控制极，从而导致逆变器的实际输出电压波形偏离理论上的理想电压波形,有的脉冲宽度被拉长,有的脉冲宽度被缩短,由于在死区时间全部开关器件都是关断的,这种拉长和缩短与死区时间的长短和输出电流的方向有关。

三相逆变器的每一相都是由上下臂各一组开关器件和二极管构成，不妨以U相为例。设由逆变器流向负载的方向为输出电流i_u的正方向，如图1所示。死区效应使T₁、T₄在一个导通周期(调制波周期)中的导通时间均减少了T_d。当i_u>0时，换流在T₁和D₄之间进行，实际输出电压的正向脉冲宽度减少了T_d,，对于理想输出电压而言，相当于叠加上了一个幅值为U_d、宽度为T_d的负脉冲，当i_u<0时，换流在D₁和T₄之间进行,实际输出电压的正向脉冲宽度增加了T_d，对于理想输出电压而言，相当于叠加上了一个幅值为U_d、宽度为T_d的正脉冲，如图2所示。因此，在一个基波周期内U相电压叠加上了N(N为载波频率比)个这样的正负脉冲,这样随着N的增加，逆变器输出电压的失真度也就相应增加。对于逆变器——电动机系统，作为负载的电动机希望获得一个圆磁场，也即希望逆变器输出三相对称正弦波电压加到三相电动机的定子绕组上，在三相电机绕组中该三相电压合成一个空间电矢量，这样在一个输出正弦波周期中就产生了多个非零空间电压矢量U_i。在变频系统中，由于死区效应，每个空间电压矢量上都叠加上了一个偏差电压矢量△U_i，幅值为2|△U_UN|，方向和空间电流矢量I_i方向相反。相对于三相电流方向的六种组合，产生了六种空间偏差电压矢量，如图3所示，由于磁链矢量是空间电压矢量对时间的积分，这样就使原来电机中准圆形的旋转磁场产生了偏离，对电动机的运行性能产生不良影响。

在实际变频器系统中，死区T_d对输出电压的影响还与载波比N和逆变器运行方式有关：

(1)运行方式或负载功率因数。空载或运行时，反并联二极管不续流，这时，实际输出电压波形同有死区波形；当在感性负载下运行即时，反并联二极管续流，实际输出电压波形同不考虑续流时有死区电压波形有误差，这时实际输出电压波形为不考虑续流有死区波形与误差波形之和。

(2)死区设置方式的影响。空载或运行时，对称设置方式总谐波含量较少，而不对称设置方法总谐波含量较大。感性负载()时，两种设置方式的影响基本相同，只是不对称设置方式的总谐波含量较大些，故在条件允许的情况下应尽量选用对称设置方式。

(3)死区T_d的影响。空载时，反并联二极管不续流，死区对基波电压幅值影响较小，也不产生新的低次谐波，只对原有谐波幅值有些影响。感性负载时，反并联二极管续流产生误差波，使输出电压基波幅值随T_d增大而减小，而相应的谐波幅值却随T_d的增大而增大，输出电压的畸变率变高。

(4)载波比N的影响。在感性负载时，由于反并联二极管续流，输出电压有误差波形。通过对实际输出电压进行谐波分析发现，当N增大时，基波幅值减小，3，5，...，7次，谐波幅值比例增大。现有的SVPWM存在死区效应，从而导致逆变器的实际输出电压波形偏离理论上的理想电压波形以及增加了开关损耗。

发明内容

本发明为了解决现有的SVPWM存在死区效应，从而导致逆变器的实际输出电压波形偏离理论上的理想电压波形以及增加了开关损耗的问题，而提出一种无死区的SVPWM调制方法。