CN103208940B - 一种基于svpwm的三相逆变器无死区控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，对三相电压型逆变器控制无死区问题进行分析研究，优化目标为使三相电压型逆变器无死区。运用三相电压型逆变器SVPWM控制方法，提出了通过控制过零扇区脉冲序列、常规扇区脉冲序列、过渡扇区脉冲序列的策略，考虑其对逆变器无死区效应控制效果和效率，提出其为基于SVPWM的无死区控制策略。此外，本发明考虑实际电力系统中，低次谐波影响较大，高次谐波影响较小，而三相电压逆变器无死区可以避免低次谐波的影响，更对实际电力系统有效。

Description

一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法

技术领域

本发明涉及逆变器无死区数字化控制技术领域，尤其是涉及一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法。

背景技术

随着全控型高频率、高功率电力电子器件的性能的不断提高，人们对逆变器工作性能和品质的期望值也不断提高，而三相电压型逆变器上下桥臂直通产生的死区影响逆变器的输出波形品质一直是学者们关注的重点之一，因此近年来对控制逆变器无死区的策略研究越来越受到关注。

理想情况下，逆变器同一桥臂上下两个功率二极管总是互补导通和关断的。但因器件的导通和关断都需要一定的时间，且一般是关断时间T_off大于开通时间T_on，因此在上下桥臂导通和关断之间存在上下桥臂直通的时间，这断时间便称为“死区”。由于死区的存在会使输出电压波形发生畸变，降低基波幅值，增加低次谐波含量。因此消除死区是学者们一直努力的方向。

多年来，为了减小消除死去的影响，学者们做了大量的研究，通常包括死区补偿、减小死区时间、消除死区时间。死区补偿为主要是对死区误差进行电压补偿，或者调整的驱动脉冲信号ＰＷＭ宽度而进行时间的补偿，使实际的开通时间与理想导通时间相一致。是对死区误差进行电压补偿，或者调整的驱动脉冲信号ＰＷＭ宽度而进行时间的补偿，使实际的开通时间与理想导通时间相一致。之后奥利弗等提出通过改变开关频率与门极信号脉宽来减少逆变器输出电压的畸变，但其计算量大，并不具有实用性。之后一批外国学者也提出了通过在线补偿的方法抵消功率管压降变动对死区的影响，但要求参数非常精确。何正义等通过在d-q坐标系下计算电流大小，提出分别独立地改变三个桥臂各自的死区时间，目的是使由死区引起的扰动电压矢量跟随电流矢量同步旋转，但最小死区允许时间是由器件自身决定且在运行中其值也是个变量。ChoiJ.S等提出禁止给不必要的开关门极驱动信号的一种的死区时间最小化的算法。当采用硬件对电流进行检测或是计算时,存在引入A/D转换的误差以及检测的滞后,并由于存在PWM的开关噪声和零电流的钳位现象,使得在电流检测中出现多个过零点的现象，难以准确获取电流极性，所以死区补偿与最小死区时间方法只是在一定程度上减少死区效应影响，但不能完全消除。消除死区方法是设置无死区策略，原理是：通过控制脉冲序列，当流过逆变器一个桥臂的电流方向一定时，只需要控制该桥臂中一个IGBT的开关状态就可以控制整个桥臂的输出电压，从而避免上下桥臂发生直通，实现无死区控制。对于三相逆变器无死区控制方法，学者们也做了大量研究，在2008年，陈立华等提出的无死区脉宽调制（SPWM),原理是：在电流正负半周内，同一桥臂对管事实上只有一个功率管与对管的并联二极管导通电流，所以可以禁止实际不导通电流的功率管驱动信号，让其一直处于关断状态，则对管之间不用再设置死区，实现无死区SPWM调制。但是它需要通过精确检测负载电流的方向来决定功率管导通与否。附加硬件检测电路判断功率管并联二极管是否导通来检测电流方向，然而，硬件检测电路带来了不可靠性、复杂性。更重要的问题是，由于开关造成的高频纹波电流成分的存在，使得逆变器输出电流在过零点附近反复穿越过零点，检测输出电路将出现高频振荡。同时，由于数字控制本身存在至少一个控制周期的延时，则在过零点附近，当控制器输出功率管导通信号时，负载电流可能已经改变方向，导致检测失败。同时传统的SVPWM方法限制一个扇区通常包括两个零矢量，增加了死区的可能性。

因为一般开关器件的关断时间大于开通时间，存在死区会使输出电压波形发生畸变，电压利用率不高、损耗大的缺点。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种只需要通过控制一个零矢量来限制该扇区的脉冲序列，从而避免了设置零矢量和其他矢量切换产生的死区时间的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种解决三相逆变器死区影响的电流过零点问题，从而使电流极性发生改变时不致于产生死区的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法。

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种解决扇区序列发生过渡时产生的死区，从而实现平滑过渡的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，其特征在于，以及定义上桥臂开关S_A、S_B和S_C，相应的下桥臂开关为S_A′、S_B′和S_C′，并且，三相逆变器中桥臂开关的单极性二值逻辑开关函数S_m按以下公式取值：

三相逆变器的工作状态采用三相电压空间矢量（S_AS_BS_C）表示，包括矢量U₀（000）、U₁（001）、U₂（010）、U₃（011）、U₄（100）、U₅（101）、U₆（110）、U₇（111）；其中矢量U₀、U₇零矢量；包括以下步骤：

步骤1，根据三相电流在各个扇区的极性得出无死区控制时的三相逆变器正常工作时的各个扇区的矢量序列以及对应的开关及二极管状态；

步骤2，根据开关状态和二极管状态得出各扇区序列，所述扇区序列包括电流过零扇区序列、常规扇区序列、过渡扇区序列，通过对这些序列的控制实现三相逆变器的无死区控制，即当流过逆变器一个桥臂的电流方向一定时，只需要控制该桥臂中一个IGBT的开关状态就可以控制整个桥臂的输出电压，从而避免上下桥臂发生直通，实现无死区控制。

在上述的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，所述步骤2中，对于电流过零扇区序列，该区域的某相控制序列恒为0或1，恒为0时，只给下桥臂的开关管发脉冲，没有发生直通条件；恒为1时，只给上桥臂发脉冲，没有发生直通条件。

在上述的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，对于常规扇区序列，扇区电流大于零，上桥臂开关管导通或者下桥臂二极管导通，整个过程下桥臂开关管没有导通脉冲，从而不能发生直通；扇区电流小于零，下桥臂开关管导通或者上桥臂二极管导通，整个过程上桥臂开关管没有导通脉冲，从而不能发生直通。

在上述的一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，对于过渡扇区序列，根据过渡状态有以下选择步骤：

选择步骤1,若过渡时，该相上桥臂脉冲序列恒为0或1，下桥臂脉冲序列恒为1或0，只需要控制一个桥臂的开通和关断即可，从而没有直通条件，无死区；

选择步骤2，过渡时，限制上一个扇区的零矢量已经将进入下一扇区的桥臂提前关闭了，为上一个扇区过渡到下一扇区准备了时间。从而在扇区过渡时由于零矢量的作用已经将该相的上桥臂开通，只需要控制下桥臂桥关断；或者在扇区过渡时由于零矢量的作用已经将该相的上桥臂关断，只需要控制下桥臂桥开通；从而上下桥臂不会发生直通现象，无死区；

本发明创造性的通过控制脉冲序列，当流过逆变器一个桥臂的电流方向一定时，只需要控制该桥臂中一个IGBT的开关状态就可以控制整个桥臂的输出电压，从而避免上下桥臂发生直通，实现无死区控制。对于无死区的控制，主要包括对以下脉冲序列的控制：首先根据三相电流在各个扇区的极性得出无死区控制时的三相逆变器正常工作时的各个扇区的矢量序列以及对应的开关及二极管状态。然后根据开关状态和二极管状态得出各扇区序列，主要包括电流过零扇区序列、常规扇区序列、过渡扇区序列，通过对这些序列的控制实现三相逆变器的无死区控制。

（1）电流过零扇区序列中，该区域的某相控制序列恒为0或1，恒为0时，只给下桥臂的开关管发脉冲，没有发生直通条件；恒为1时，只给上桥臂发脉冲，没有发生直通条件。

（2）常规扇区序列中，扇区电流大于零，上桥臂开关管导通或者下桥臂二极管导通，整个过程下桥臂开关管没有导通脉冲，从而不能发生直通；扇区电流小于零，下桥臂开关管导通或者上桥臂二极管导通，整个过程上桥臂开关管没有导通脉冲，从而不能发生直通。

（3）过渡扇区序列中，包括两种情况，一是过渡时，该相脉冲序列恒为0或1，从而没有直通条件，无死区；二是在过渡时，限制上一个扇区的矢量已经将进入下一扇区的桥臂提前关闭了，从而为上一个扇区过渡到下一扇区准备了时间。

因此，本发明具有如下优点：通过控制各脉冲序列，实现了对各扇区的无死区控制，从而避免了对输出电压波形的畸变和电压利用率低的情况，减小了开关损耗。

附图说明

图1是现有技术中的三相电压型逆变电路示意图。

图2是传统SVPWM技术的三相空间矢量分布示意图。

图3是本发明等效的桥臂单元分解结构。

图4为本发明实施的大致流程图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明技术方案可采用计算机软件技术实现自动运行流程，以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

本发明是基于SVPWM技术的，附图1为三相电压型PWM逆变器的具体结构，图中V_dc是直流侧电压，并联两个电容,Z为阻感性负载S₁、S₃、S₅为上桥臂的开关器件，S₄、S₆、S₂为下桥臂的开关器件，每个开关器件为IGBT（绝缘栅双极型晶体管）V₁、V₂、V₃、V₄、V5、V₆和反并联二极管D₁、D₂、D₃、D₄、D₅、D₆。

根据三相桥臂的开关状态（S_AS_BS_C）来体现逆变器的工作状态，共有八种组合。即0（000），1（001），2（010），3（011），4（100），5（101），6（110），7（111）8种开关状态，如图2所示，其中矢量U₀、U₇为零矢量。

如附图2所示，若目标电压矢量V_ref在第I扇区时，则V_ref可以由U₄、U₆、U₀和U₇合成，根据平行四边形法则，有以下关系：

式中：T₄、T₆——矢量于一个开关周期内的状态作用时间；

T_S为PWM的一个开关周期

把零矢量U₄、U₇简记为U_0、7，定义零矢量U_0、7的总作用时间为T_0、7，则T₄、T₆、T_0、7、T_s满足以下关系：

T₄+T₆+T_0、7=T_s

假设V_ref与U₄间的夹角为θ，图中三角形由正弦定律可以得到以下结果：

$\frac{\left|V_{\mathrm{ref}}\right|}{\sin \frac{2\mathrm{\π}}{3}}=\frac{\left|\frac{T_4}{T_S}{U}_6\right|}{\sin \mathrm{\θ}}=\frac{\left|\frac{T_4}{T_S}{U}_4\right|}{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-\mathrm{\θ})}$

而U₄、U₆满足|U₄|=|U₆|=2V_dc3，由以上两式联立可得：

$\left.\begin{array}{c}{T}_4={\mathrm{mT}}_s\sin (\frac{\mathrm{\π}}{3}-\mathrm{\θ})\\ T_6={\mathrm{mT}}_s\sin \mathrm{\θ}\\ T_{0,7}=T_s-T_4-T_6\end{array}\right\}$

式中：m——SVPWM调制系数，且

$m=\frac{\sqrt{3}}{V_{\mathrm{dc}}}\left|V_{\mathrm{ref}}\right|$

对于零矢量的选择，传统SVPWM选择U₀或U₇的一般原则是使开关状态在一个开关周期内的变化次数尽可能少，以使开关损耗降低。在一个开关周期中，如果V₀的时间为T₀=kT_0、7，则V₇的时间为T₇=(1-k)T_0、7，其中0≤k≤1。本实施例中k在每个开关周期Ts中都在[0,1]范围内随机取值，即各个开关周期Ts的k取值可能是不一样的。

若V_ref在第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ扇区时计算过程类似，如在第Ⅱ扇区分解在矢量V₂、V₆上，第Ⅲ扇区分解在矢量V₂、V₃上…依次类推。

而本发明所采用的脉冲优势在于：每个扇区只采用一个零矢量，从而避免了采用两个零矢量产生的死区。

无死区控制原理：一个桥臂可以分成两个桥臂的理论，图3所示为将A相桥臂分解为两个相互关联的单元。当i_A>0且S_A=1时，此时V₁导通，电流i经V₁流过；当i_A>0且S_A=0时，此时V₁关断，电流i经续流二极管D₄续流；这两种情况下V₄都无需导通。同理，当i_A<0且S_A=0时，此时V₄导通，电流i经V₄流过；当i_A<0且S_A=1时，此时V₄关断，i经续流二极管D₁续流；这两种情况下V₁都无需导通。B相、C相电流流过相应桥臂开关器件的情况与A相类似，此处不再赘述。

当流过逆变器一个桥臂的电流方向一定时，只需要控制该桥臂中一个IGBT的开关状态就可以控制整个桥臂的输出电压，这为无死区提供依据。这是解决无死区的基本思路。

为便于实施参考起见，本实施例的具体流程说明如下：

本实例的阻抗角为π/6≤α≤π/2，对一般的电力系统已适用。

实施例中将三相交流系统的相电压设为：

$\left.\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{AN}}\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=U_m\cos \left(\mathrm{\&omega;t}\right)\\ u_{\mathrm{BN}}\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=U_m\cos (\mathrm{\&omega;t}-2\mathrm{\&pi;}/3)\\ u_{\mathrm{CN}}\left(\mathrm{\&omega;t}\right)=U_m\cos (\mathrm{\&omega;t}+2\mathrm{\&pi;}/3)\end{array}\right\}---\left(3\right)$

式（3）中，U_m为三相交流系统相电压的基波幅值，ω为基波角频率，且ω=2πf，f为基波频率，50Hz。从图2中参考矢量V_ref的合成可知，当V_ref旋转到U4矢量处，对应的时刻是ωt=2πk,k=0,1,2,3…。

实际系统中的负载多为阻感性负载，本文考虑负载阻抗角为的情况。A相电压可表示为如式（4）所示，负载Z=R+jωL=|Z|∠αΩ,(π/6≤α≤π/2)，以图1中电流方向为参考电流正方向，则A相电流可用式（5）表示。

U_AN=U_mcos(ωt)=U_msin(ωt+π/2)=U_m∠π/2（4）

$i_A=\frac{U_m}{\left|Z\right|}\&angle;(\mathrm{\&pi;}/2-\mathrm{\&alpha;})=\frac{U_m}{\left|Z\right|}\sin (\mathrm{\&omega;t}+\mathrm{\&pi;}/2-\mathrm{\&alpha;})---\left(5\right)$

从式（5）可以看出，ωt=α-π/2为A相电流从负到正的过零点，此时-π/3≤ωt≤0，即i_A从负到正的过零点落在第Ⅵ扇区；相应的，ωt=α+π/2为A相电流从正到负的过零点，此时2π/3≤ωt≤π，即i_A从正到负的过零点落在第Ⅲ扇区；在Ⅰ、Ⅱ扇区，i_A>0；在Ⅳ、Ⅴ扇区，i_A<0。同理，也可以分析出B、C相电流在各个扇区的流向情况，表1所示为负载阻抗角π/6≤α≤π/2时，三相输出电流在六个扇区的电流极性。

表1.三相电流极性

表2.开关序列表

实施例的流程如下：

依据三相电流在各个扇区的极性状态，表2所示为无死区控制时的三相逆变器正常工作时的各个扇区的矢量序列以及对应的开关及二极管状态。以A相为例，在Ⅰ、Ⅱ扇区，i_A>0（以如图1为正方向），则应控制V₁导通，或者D₄导通，在Ⅲ扇区，电流由正变成负，应控制V₄导通，D₄导通，在Ⅳ、Ⅴ扇区，i_A<0，应控制V₄导通，D₁导通，在Ⅵ扇区，电流由负变成正，应控制V₁导通，D₁导通。此方法的优势在于：

（1）可以使开关平缓过渡，给开关器件足够的关断时间。如电流从正变为负时：开通V₁-关断V_1，D₄续流-开通V₄-关断V_4，D₁续流-开通V_1，由此观察开关转换都是通过续流二极管无缝过渡的，同一个桥臂的开关器件不可能同时导通，没有死区。

（2）每个扇区只有一个零矢量来限制，就使得一方面可以减少开关次数，同时延长开关寿命，减少开关损耗。同时可以避免零矢量和其他矢量切换时产生的死区。

同理，对于B相，在Ⅲ、Ⅳ扇区，i_B>0(以如图1为正方向），则应控制V₃导通，或者D₆导通，在Ⅴ扇区，电流由正变成负，应控制V₆或者D₆导通，在Ⅰ、Ⅵ扇区，i_B<0,应控制V₆导通或者D₃导通，在Ⅱ扇区，电流由负变成正，应控制V₃导通或者D₃导通。

同理，对于C相，在Ⅴ、Ⅵ扇区，i_C>0(以如图1为正方向），则应控制V₅导通，或者D₂导通，在Ⅰ扇区，电流由正变成负，应控制V₂或者D₂导通，在Ⅱ、Ⅲ扇区，i_C<0,应控制V₂导通或者D₅导通，在Ⅳ扇区，电流由负变成正，应控制V₅导通或者D₅导通。

表3.A相脉冲序列

以下对表3作具体分析，对于控制开关管的各脉冲序列，以A相为例，首先对于过零扇区序列，Ⅲ扇区，A相电流从正到负过渡，Ⅲ扇区的非零矢量为U₂（010）及U₃（011）,限制该扇区零矢量为U₀（000），故该区域A相的控制序列恒为0，代表只给V₄发脉冲，当i_A>0时，电流经续流二极管D₄续流，D₄导通，电流逐渐减小为零。然后给V₄发脉冲，当i_A<0时，电流经V₄导通；因而在该扇区，对A相桥臂来说，可以根据序列仅给A相下桥臂V₄发脉冲，此时，A相矢量信号始终为零，V₁没有导通条件，A相桥臂不会发生直通。

Ⅵ扇区，A相电流从负到正过渡，Ⅵ扇区的非零矢量为U₄（100）及U₅（101）,限制该扇区零矢量为U₇（111），故该区域A相的控制序列恒为1，代表只给V₁发脉冲，当i_A<0时，电流经续流二极管D1导通续流；当i_A>0时，电流经V₁导通。因而在该扇区，对A相桥臂来说，可以根据序列仅给A相上桥臂V₁发脉冲，此时，V₄没有导通条件，A相桥臂不会发生直通。

同理，可以分析B、C相电流在各个过零扇区的零矢量及开关序列的限定情况，如表2所示。对B相，在第Ⅱ扇区，限制该扇区零矢量为U₇（111），根据序列仅给V₃发脉冲；在第Ⅴ扇区，限制该扇区零矢量为U₀（000），根据序列仅给V₆发脉冲。对C相，在第Ⅰ扇区，限制该扇区零矢量为U₀（000），根据序列仅给V₂发脉冲；在第Ⅳ扇区，限制该扇区零矢量为U₇（111），根据序列仅给V₅发脉冲。通过以上序列控制，对于各相在其相应的过零扇区没有发生直通的条件，实现对过零扇区无死区控制。

其次，对于常规扇区序列，Ⅰ扇区，开关序列为U₄（100）、U₆（110）、U₀（000），V₁为（110），V4恒为零，代表不给下桥臂4发脉冲，只给上桥臂1发脉冲；Ⅱ扇区开关序列为U₆（110）、U₂（010）U₇（111）,V1为（101),V4恒为零，代表不给4发脉冲，只给桥臂1发脉冲，A相电流i_A>0，在A相控制序列为1时，V₁导通电流；在A相控制序列为0时，即零矢量U₀作用时，续流二极管D₄导通电流。故在该区域内，对A相桥臂来说，可以根据序列仅给A相上桥臂V₁发脉冲，此时，V₄没有导通条件，A相桥臂不会发生直通。

Ⅳ、Ⅴ扇区，Ⅳ扇区，开关序列为U₃（011）、U₁（001）、U₇（111），V1恒为零，V4为1、1、0，A相电流i_A<0，不给V1发脉冲，只给V4发脉冲；Ⅴ扇区在，开关序列为U₁（001）、U₅（101）、U₀（000），A相电流i_A<0，不给V1发脉冲，只给V4发脉冲。A相控制序列为0时，V₄导通电流。故在该区域内，对A相桥臂来说，可以根据序列仅给A相下桥臂V₄发脉冲，此时，V₁没有导通条件，A相桥臂不会发生直通。

同理，可以分析B、C相电流在常规扇区时各个开关器件的导通情况，如表2所示。对B相，在Ⅲ、Ⅳ扇区，根据序列仅给V₃发脉冲；在Ⅵ、Ⅰ扇区，根据序列仅给V₆发脉冲。对C相，在Ⅰ、Ⅱ扇区，根据序列仅给V₂发脉冲；在Ⅳ、Ⅴ扇区，根据序列仅给V₅发脉冲。

通过以上序列控制，对于各相在其相应的常规扇区没有发生直通的条件，实现对常规扇区无死区控制。

再次，对于扇区过渡点序列，表3所示，为A相上下桥臂在上述无死区控制策略下，各个开关序列所对应的脉冲序列。从表3可知，Ⅵ、Ⅰ、Ⅱ扇区，A相下桥臂功率器件V₄的脉冲序列恒为0，不给V₄发脉冲，即从Ⅰ扇区过渡到Ⅱ扇区时，V₄没有触发脉冲，不会导通，上下桥臂不能发生直通；Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ扇区，A相上桥臂功率器件V₁的脉冲序列恒为0，此时不给V₁发脉冲，即从Ⅲ扇区过渡到Ⅳ扇区，从Ⅳ过渡到Ⅴ扇区时，V₁没有脉冲，不会导通，上下桥臂不能发生直通，不会产生死区；而电流i_A从Ⅱ扇区过渡到Ⅲ扇区时，限制Ⅱ扇区最后一个矢量序列必须是U₂（010），代表A相上桥臂V₁已经收到关断脉冲，这样就保证了A相上桥臂在进入第Ⅲ扇区前已经关断了，为第Ⅲ扇区中A相下桥臂的导通准备了时间，补偿了开关器件关断时间大于开通时间的延长差，避免了上下桥臂发生直通；电流i_A从Ⅴ扇区过渡到Ⅵ扇区时，限制Ⅴ扇区最后一个矢量序列必须是U₅（101），代表A相下桥臂已经收到关断脉冲，这样就保证了A相下桥臂在进入第Ⅵ扇区前已经关断了，为第Ⅵ扇区中A相上桥臂的导通准备了时间，避免了上下桥臂发生直通。

同理，可以分析B、C相在各个扇区间过渡时的矢量序列限制。综合三相对各个扇区提出的限制条件为：Ⅰ扇区最后一个矢量状态必须是U₆，Ⅱ扇区最后一个矢量状态必须是U₂，Ⅲ扇区最后一个矢量状态必须是U₃，Ⅳ扇区最后一个矢量状态必须是U₁，Ⅴ扇区最后一个矢量状态必须是U₅，Ⅵ扇区最后一个矢量状态必须是U₄。

综上，采用上述的脉冲序列，可以保证在过零扇区、常规扇区、各扇区过渡的时间过程上下桥臂不发生直通，实现扇区的平稳过渡，避免了因为死区效应对波形的畸变，从而实现基于SVPWM的无死区控制。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种基于SVPWM的三相逆变器无死区控制方法，其特征在于，以及定义上桥臂开关S_A、S_B和S_C，其中，S_A、S_B和S_C分别为绝缘栅双极型晶体管V₁、V₃和V₅；相应的下桥臂开关为S_A′、S_B′和S_C′，其中，S_A′、S_B′和S_C′分别为绝缘栅双极型晶体管V₂、V₄和V₆；并且，三相逆变器中桥臂开关的单极性二值逻辑开关函数S_m按以下公式取值：

三相逆变器的工作状态采用三相电压空间矢量(S_AS_BS_C)表示，包括矢量U₀(000)、U₁(001)、U₂(010)、U₃(011)、U₄(100)、U₅(101)、U₆(110)、U₇(111)；其中矢量U₀、U₇零矢量；包括以下步骤：

步骤1，根据三相电流在各个扇区的极性得出无死区控制时的三相逆变器正常工作时的各个扇区的矢量序列以及对应的开关及二极管状态；

具体是：依据三相电流在各个扇区的极性状态，对于A相，将A相桥臂分解为两个相互关联的单元；D₁、D₄是反并联二极管；晶体管V₁和二极管D₄串联；晶体管V₄和二极管D₁串联；

在Ⅰ、Ⅱ扇区，i_A＞0，则应控制晶体管V₁导通，或者二极管D₄导通，在Ⅲ扇区，电流由正变成负，应控制晶体管V₄导通，二极管D₄导通，在Ⅳ、Ⅴ扇区，i_A＜0，应控制晶体管V₄导通，二极管D₁导通，在Ⅵ扇区，电流由负变成正，应控制晶体管V₁导通，二极管D₁导通；

同理，对于B相，在Ⅲ、Ⅳ扇区，i_B>0，则应控制晶体管V₃导通，或者二极管D₆导通，在Ⅴ扇区，电流由正变成负，应控制晶体管V₆或者二极管D₆导通，在Ⅰ、Ⅵ扇区，i_B<0，应控制晶体管V₆导通或者二极管D₃导通，在Ⅱ扇区，电流由负变成正，应控制晶体管V₃导通或者二极管D₃导通；

同理，对于C相，在Ⅴ、Ⅵ扇区，i_C>0，则应控制晶体管V₅导通，或者二极管D₂导通，在Ⅰ扇区，电流由正变成负，应控制晶体管V₂或者二极管D₂导通，在Ⅱ、Ⅲ扇区，i_C<0，应控制晶体管V₂导通或者二极管D₅导通，在Ⅳ扇区，电流由负变成正，应控制晶体管V₅导通或者二极管D₅导通；

步骤2，根据开关状态和二极管状态得出各扇区序列，所述扇区序列包括电流过零扇区序列、常规扇区序列、过渡扇区序列，通过对这些序列的控制实现三相逆变器的无死区控制，即当流过逆变器一个桥臂的电流方向一定时，只需要控制该桥臂中一个IGBT的开关状态就可以控制整个桥臂的输出电压，从而避免上下桥臂发生直通，实现无死区控制；所述步骤2中，对于电流过零扇区序列，该区域的某相控制序列恒为0或1，恒为0时，只给下桥臂的开关管发脉冲，没有发生直通条件；恒为1时，只给上桥臂发脉冲，没有发生直通条件；

具体是：对于A相，首先对于过零扇区序列，Ⅲ扇区，A相电流从正到负过渡，Ⅲ扇区的非零矢量为U₂(010)及U₃(011),限制该扇区零矢量为U₀(000)，故该区域A相的控制序列恒为0，代表只给晶体管V₄发脉冲，当i_A＞0时，电流经续流二极管D₄续流，二极管D₄导通，电流逐渐减小为零；然后给晶体管V₄发脉冲，当i_A＜0时，电流经晶体管V₄导通；因而在该扇区，对A相桥臂来说，可以根据序列仅给A相下桥臂晶体管V₄发脉冲，此时，A相矢量信号始终为零，晶体管V₁没有导通条件，A相桥臂不会发生直通；

Ⅵ扇区，A相电流从负到正过渡，Ⅵ扇区的非零矢量为U₄(100)及U₅(101),限制该扇区零矢量为U₇(111)，故该区域A相的控制序列恒为1，代表只给晶体管V₁发脉冲，当i_A＜0时，电流经续流二极管D₁导通续流；当i_A＞0时，电流经晶体管V₁导通；因而在该扇区，对A相桥臂来说，可以根据序列仅给A相上桥臂晶体管V₁发脉冲，此时，晶体管V₄没有导通条件，A相桥臂不会发生直通；

同理，可以分析B、C相电流在各个过零扇区的零矢量及开关序列的限定情况；对B相，在第Ⅱ扇区，限制该扇区零矢量为U₇(111)，根据序列仅给晶体管V₃发脉冲；在第Ⅴ扇区，限制该扇区零矢量为U₀(000)，根据序列仅给晶体管V₆发脉冲；对C相，在第Ⅰ扇区，限制该扇区零矢量为U₀(000)，根据序列仅给晶体管V₂发脉冲；在第Ⅳ扇区，限制该扇区零矢量为U₇(111)，根据序列仅给晶体管V₅发脉冲；通过以上序列控制，对于各相在其相应的过零扇区没有发生直通的条件，实现对过零扇区无死区控制；

其次，对于常规扇区序列，Ⅰ扇区，开关序列为U₄(100)、U₆(110)、U₀(000)，晶体管V₁的控制序列为1、1、0，晶体管V₄恒为零，代表不给下桥臂晶体管V₄发脉冲，只给上桥臂晶体管V₁发脉冲；Ⅱ扇区开关序列为U₆(110)、U₂(010)、U₇(111),晶体管V₁的控制序列为1、0、1,晶体管V₄恒为零，代表不给晶体管V₄发脉冲，只给桥臂晶体管V₁发脉冲，A相电流i_A＞0，在A相控制序列为1时，晶体管V₁导通电流；在A相控制序列为0时，即零矢量U₀作用时，续流二极管D₄导通电流；故在该区域内，对A相桥臂来说，可以根据序列仅给A相上桥臂晶体管V₁发脉冲，此时，晶体管V₄没有导通条件，A相桥臂不会发生直通；

Ⅳ、Ⅴ扇区，Ⅳ扇区，开关序列为U₃(011)、U₁(001)、U₇(111)，晶体管V₁恒为零，晶体管V₄的控制序列为1、1、0，A相电流i_A＜0，不给晶体管V₁发脉冲，只给晶体管V₄发脉冲；Ⅴ扇区，开关序列为U₁(001)、U₅(101)、U₀(000)，A相电流i_A＜0，不给晶体管V₁发脉冲，只给晶体管V₄发脉冲；A相控制序列为0时，晶体管V₄导通电流；故在该区域内，对A相桥臂来说，可以根据序列仅给A相下桥臂晶体管V₄发脉冲，此时，晶体管V₁没有导通条件，A相桥臂不会发生直通；

同理，可以分析B、C相电流在常规扇区时各个开关器件的导通情况；对B相，在Ⅲ、Ⅳ扇区，根据序列仅给晶体管V₃发脉冲；在Ⅵ、Ⅰ扇区，根据序列仅给晶体管V₆发脉冲；对C相，在Ⅰ、Ⅱ扇区，根据序列仅给晶体管V₂发脉冲；在Ⅳ、Ⅴ扇区，根据序列仅给晶体管V₅发脉冲；

通过以上序列控制，对于各相在其相应的常规扇区没有发生直通的条件，实现对常规扇区无死区控制；

再次，对于扇区过渡点序列，Ⅵ、Ⅰ、Ⅱ扇区，A相下桥臂功率器件晶体管V₄的脉冲序列恒为0，不给晶体管V₄发脉冲，即从Ⅰ扇区过渡到Ⅱ扇区时，晶体管V₄没有触发脉冲，不会导通，上下桥臂不能发生直通；Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ扇区，A相上桥臂功率器件晶体管V₁的脉冲序列恒为0，此时不给晶体管V₁发脉冲，即从Ⅲ扇区过渡到Ⅳ扇区，从Ⅳ过渡到Ⅴ扇区时，晶体管V₁没有脉冲，不会导通，上下桥臂不能发生直通，不会产生死区；而电流i_A从Ⅱ扇区过渡到Ⅲ扇区时，限制Ⅱ扇区最后一个矢量序列必须是U₂(010)，代表A相上桥臂晶体管V₁已经收到关断脉冲，这样就保证了A相上桥臂在进入第Ⅲ扇区前已经关断了，为第Ⅲ扇区中A相下桥臂的导通准备了时间，补偿了开关器件关断时间大于开通时间的延长差，避免了上下桥臂发生直通；电流i_A从Ⅴ扇区过渡到Ⅵ扇区时，限制Ⅴ扇区最后一个矢量序列必须是U₅(101)，代表A相下桥臂已经收到关断脉冲，这样就保证了A相下桥臂在进入第Ⅵ扇区前已经关断了，为第Ⅵ扇区中A相上桥臂的导通准备了时间，避免了上下桥臂发生直通；

同理，可以分析B、C相在各个扇区间过渡时的矢量序列限制；综合三相对各个扇区提出的限制条件为：Ⅰ扇区最后一个矢量状态必须是U₆，Ⅱ扇区最后一个矢量状态必须是U₂，Ⅲ扇区最后一个矢量状态必须是U₃，Ⅳ扇区最后一个矢量状态必须是U₁，Ⅴ扇区最后一个矢量状态必须是U₅，Ⅵ扇区最后一个矢量状态必须是U₄；

综上，采用上述的脉冲序列，可以保证在过零扇区、常规扇区、各扇区过渡的时间过程上下桥臂不发生直通，实现扇区的平稳过渡，避免了因为死区效应对波形的畸变，从而实现基于SVPWM的无死区控制。