CN102570873A - 一种用于电压空间矢量脉宽调制技术中的死区补偿方法 - Google Patents

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王震宇
许连丙
姜铭
张爱玲
常国梅
兰建军
马原青
李保来
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Shanxi Fenxi Heavy Industry Co Ltd
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Shanxi Fenxi Heavy Industry Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种用于电压空间矢量脉宽调制技术中的死区补偿方法，属于电力电子技术领域。该方法通过以下步骤实现：首先通过相电流采样电路采集逆变器三相输出电流IA、IB、IC，并判断电流的极性；根据当前三相电流的极性推出在该载波周期内由于死区效应而导致的、与理想情况相比多出来的死区时间Td长度的电压空间矢量；由360°区间上6个有效电压空间矢量之间的位置和大小关系得出当前电压扇区里两个有效电压空间矢量与这个多余电压空间矢量之间的关系；根据这种关系对SVPWM输出的PWM脉宽进行修正。这种方法在每个载波周期只对部分PWM脉宽进行修正，不需要过多的计算，方法简单可行，易于实现，大大减少了CPU的运行时间。

Description

一种用于电压空间矢量脉宽调制技术中的死区补偿方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及一种用于电压空间矢量脉宽调制技术中的死区补偿方法。
背景技术
在分析PWM控制的变频器工作原理时，都把逆变器中的功率开关器件认为是理想开关，也就是认为功率开关器件的开通和关断是无延时的。但实际情况是，每个开关器件的通断都需要一定的时间，而且关断时间要长于导通时间，也就存在同一桥臂中的一个开关器件还没完全关断时另一个开关器件已经导通的情况，使得逆变器上下桥臂直通损坏。因此，在设计变频器时，为了防止逆变器上下桥臂出现直通现象，通常需要设置一个死区时间Td，以延迟开关器件的导通。然而死区时间的存在显然会使变频器不能完全精确的复现PWM控制信号的理想波形，使实际输出基波电压的相位和幅值与理论产生偏差；使电流波形发生畸变；电机转矩脉动，尤其以低速或轻载运行时更为严重。因此对死区的补偿问题已然成为了变频调速系统中必须解决的关键问题。
目前比较实用的死区补偿方法是根据当前电流的极性对下一个PWM脉冲宽度进行修正，这种方法采用霍尔传感器进行电流采样，得到电流极性，根据检测出的电流极性调整PWM脉宽，以达到死区补偿的目的。由于该方法不需要增加额外的硬件电路，而且理论上只要能正确检测出三相电流的极性就能够对死区效应进行完全补偿，因此在变频器驱动系统设计时得到了广泛的应用。但该方法需要在每一个载波周期对每一个PWM脉冲宽度进行修正，大大增加了CPU的运算量，降低了系统的执行效率。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于电压空间矢量脉宽调制技术中的死区补偿方法，旨在消除由于大功率电力电子开关器件特性引起的死区效应，显著改善输出电流波形的畸变，减小低速时转矩的脉动。
本发明提出的用于电压空间矢量脉宽调制技术中的死区补偿方法包括以下各步骤：
(1)通过相电流采样电路采集逆变器三相输出电流IA、IB、IC，并判断电流的极性。
(2)根据当前三相电流的极性推出在该载波周期内由于死区效应而导致的、与理想情况相比多出来的死区时间Td长度的那个有效空间矢量。
(3)由360°区间上6个有效电压空间矢量之间的位置和大小关系得出当前电压扇区里两个有效电压空间矢量与这个多余电压空间矢量之间的关系。
(4)根据这种关系对SVPWM输出的PWM脉宽进行修正。
其中电压扇区的划分如图2所示，6个有效的电压空间矢量把逆变器的一个工作周期等分为6个区域，分别为0-5扇区。
与现有技术相比，该方法在每一个载波周期里只需对个别PWM脉冲宽度进行修正，而不用像上述方法那样对6个PWM脉冲宽度都进行修正，CPU花费的时间也就大大减少了。
附图说明
图1为本发明的框图
图2为基本电压空间矢量的位置、大小以及电压扇区号
图3为0扇区，有效空间矢量100和110作用下的SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)理想输出
图4为1扇区，有效空间矢量010和110作用下的SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)理想输出
图5为2扇区，有效空间矢量010和011作用下的SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)理想输出
图6为3扇区，有效空间矢量001和011作用下的SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)理想输出
图7为4扇区，有效空间矢量001和101作用下的SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)理想输出
图8为5扇区，有效空间矢量100和101作用下的SVPWM(电压空间矢量脉宽调制)理想输出
具体实施方式
为了易于阐述本发明的具体实施方式，令上桥臂导通为1，下桥臂导通为0。其中电压扇区的划分如图2所示，6个有效的电压空间矢量把逆变器的一个工作周期等分为6个区域，分别为0-5扇区。
本发明的具体实施步骤如下：
步骤一：通过电流传感器对逆变器三相输出电流IA、IB、IC进行采样，并判断三相电流的极性。
步骤二：根据当前三相电流的极性推出在该载波周期内由于死区效应而导致的、与理想情况相比多出来的死区时间Td长度的那个有效空间矢量。
以IA＞0、IB＜0、IC＜0为例，死区时间里，相当于1桥的下桥臂多导通了死区Td时间，2桥的上桥臂多导通了死区Td时间，3桥的上桥臂多导通了死区Td时间，即由于死区的影响会使得在该载波周期里多出一个作用了Td时间的空间矢量011，因此要增加Td时间的空间矢量100来抵消这个多余的矢量。相电流的极性、多余空间矢量以及需补偿的空间矢量如表1所示：
表1：不同电流情况下多余空间矢量和需补偿的空间矢量
  相电流   多余空间矢量   需补偿的矢量
  IA＞0、IB＜0、IC＜0   011   100
  IA＞0、IB＞0、IC＜0   001   110
  IA＜0、IB＞0、IC＜0   101   010
  IA＜0、IB＞0、IC＞0   100   011
  IA＜0、IB＜0、IC＞0   110   001
  IA＞0、IB＜0、IC＞0   010   101
步骤三、四：由360°区间上6个有效电压空间矢量之间的位置和大小关系得出当前电压扇区里两个有效电压空间矢量与这个多余电压空间矢量之间的关系。根据这种关系对SVPWM输出的PWM脉宽进行修正。
根据表1以及图2到图8所示，分别讨论在6个不同电压扇区内的情况。从图2中可见，每个电压扇区中都只有两个有效电压空间矢量，通过它们的作用时间长短来合成所需的合成电压矢量，以保证电压空间矢量运动轨迹为圆形。0扇区中的两个有效电压空间矢量为100和110，1扇区中的两个有效电压空间矢量为010和110，2扇区中的两个有效电压空间矢量为010和011，3扇区中的两个有效电压空间矢量为001和011，4扇区中的两个有效电压空间矢量为001和101，5扇区中的两个有效电压空间矢量为100和101。在一个载波周期里，若该电压扇区中包含该电压空间矢量，则直接在该电压空间矢量的期望脉宽基础上增加Td时间；若该电压扇区中的两个有效空间矢量不包含这个需补偿的电压空间矢量，则可以通过这两个有效电压空间矢量与其余4个有效电压空间矢量之间的位置和大小关系来导出需补偿的这个电压空间矢量，从而在不改变每个电压扇区原有电压空间矢量的前提下对相应的PWM脉冲脉宽进行修正。分别对这两种情况进行举例说明：情况一，IA＞0、IB＜0、IC＜0、电压扇区为0时，需补偿的电压空间矢量为100，而电压扇区0中的两个有效电压空间矢量为100和110，包含了该需补偿空间矢量，则根据图3只需在电压空间矢量100的期望脉宽上增加由Td时间长度就可以了；情况二，IA＞0、IB＜0、IC＜0、电压扇区为1时，需补偿的电压空间矢量为100，而电压扇区1中的两个有效电压空间矢量为010和110，不包含该需补偿空间矢量，由图2可知，电压空间矢量100可由电压空间矢量110和101合成，因此增加Td时间长度的电压空间矢量100就相当于分别增加Td时间长度的110和101，而增加Td时间长度的101又相当于减少Td时间长度的010，所以为了增加Td时间长度的电压空间矢量100可以由减少Td时间长度的010和增加Td时间长度的110来得到。由表1可以知道每个电压扇区内都有6种电流情况。以IA＞0、IB＜0、IC＜0的情况为例，6个电压扇区下的SVPWM输出脉宽修正情况如表2所示。其中CMPR1、CMPR2、CMPR3分别为3个桥臂的比较寄存器值，且采用增减计数，Td为死区时间。
表2：IA＞0、IB＜0、IC＜0时，各个电压扇区的SVPWM输出脉宽修正
Figure BSA00000406535600061
因此，结合其余5种电流情况，电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的死区补偿一共有36种情况。其余30种情况下的死区补偿方法可以依据上述方法一一导出。

Claims (1)

1.一种用于电压空间矢量脉宽调制技术中的死区补偿方法，其特征在于该方法包含以下各步骤：
(1)通过相电流采样电路采集逆变器三相输出电流IA、IB、IC，并判断电流的极性；
(2)根据当前三相电流的极性，根据表1判断在该载波周期内由于死区效应而导致的、与理想情况相比多出来的死区时间Td长度的电压空间矢量：
表1：不同电流情况下多余空间矢量和需补偿的空间矢量
  相电流   多余空间矢量   需补偿的矢量   IA＞0、IB＜0、IC＜0   011   100   IA＞0、IB＞0、IC＜0   001   110   IA＜0、IB＞0、IC＜0   101   010   IA＜0、IB＞0、IC＞0   100   011   IA＜0、IB＜0、IC＞0   110   001   IA＞0、IB＜0、IC＞0   010   101
(3)由360°区间上6个有效电压空间矢量之间的位置和大小关系得出当前电压扇区里两个有效电压空间矢量与这个多余电压空间矢量之间的关系，根据这种关系对SVPWM输出的PWM脉宽进行修正，如表2：
表2：IA＞0、IB＜0、IC＜0时，各个电压扇区的SVPWM输出脉宽修正
Figure FSA00000406535500021
结合逆变器三相输出电流IA、IB、IC的其余5种电流情况，电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的死区补偿的其余30种情况下的死区补偿方法可以依据上述方法一一导出。
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