PWM逆变器死区效应补偿策略研究运动控制分解.doc

运动控制系统课程设计 课题：PWM逆变器死区效应补偿策略研究 系 别： 电子信息与工程学院 专 业： 自动化 姓 名： 学 号： 0924121 成 绩： 河南城建学院 2015年 01月 07日目录 一 1 二、设计任务及要求 1 三 1 四 2 1、 死区效应分析及补偿电压 2 2、 零电流钳位效应的补偿 4 3、功率开关器件寄生电容影响的补偿 7 4、 死区补偿 8 五 10 1、仿真分析 10 2、仿真结果 11 六 14  设计目的 通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计任务及要求 设计PWM逆变器控制系统，分析死区对逆变器输出电压和电流的影响，给出相应的死区补偿策略，并用MATLAB/Simulink仿真工具进行建模仿真。 总体方案设计 电压源型PWM逆变器(VSI)广泛应用于交流电机调速系统中，但为避免同一桥臂的开关器件发生直通短路，必须插入死区时间。死区时间和开关器件的非理想特性导致逆变器输出电压波形产生畸变，降低了基波幅值，这种影响称为死区效应。死区效应会导致电动机低次谐波含量和电机的谐波损耗增加，在低频运行 以及高载波频率时，会使电机电磁转矩发生较大脉动，严重地影响了系统的运行性能。 常逆变器的死区效应补偿是通过加上一个补偿电压来实现的，补偿电压的极性由负载电流极性决定，因此电流极性检测是死区效应补偿的关键，电流极性检测不准确导致电压误补偿，特别是电机在低速低电流运行时，由于零电流钳位现象的存在，使电流极性检测可能出现多个零点。另外，功率开关器件的寄生电容对器件的开通和关断也有影响，寄生电容的存在相当于减小了死区时间，应对补偿电压进行调整。文献中提出了一种消除零电流钳位现象和功率开关器件寄生电容影响的补偿方法，首先计算出补偿电压的大小，然后再校正补偿电压的极性，该方法对消除零电流钳位现象和减小电流脉动很有效。但该方法是对补偿电压的极性进行校正，补偿电压的大小随电流的变化而变化，使得极性校正时的参考量为变化量。 本文对文献提出的死区补偿方法进行了改进，改进后的死区补偿方法是：首先对电流极性进行校正，然后再计算补偿电压的大小，这样电流极性校正时的参考量与补偿电压大小无关，为恒定值。 硬件电路设计 死区效应分析及补偿电压 以逆变器三相桥臂的 A相桥臂为例分析死区时间、开通关断时间和管压降对输出电压的影响，且定义电流极性由逆变器流向负载为正。图1(a)为逆变器a相桥臂，正电流时，器件T1开通时电流流经T1，输出电压为一 ，在Tl关断及死区时间期间电流经二极管D4续流，输出电压为一 。图1(b)给出了a相驱动信号和输出电压，其中a、b图分别为开关器件T1、T4的 理想驱动信号，c、d图为加入死区时间后的驱动信号，e图为理想输出电压波形，f图为加入死区时间后的输出电压波形，g图为考虑开关器件开通和关断时间( )的影响后的输出电压的波形，h图为开关器件和二极管管压降()的输出电压波形，综合上述各因素，逆变器输出电压实际脉宽与理想脉宽的误差时间(即死区补偿时间)为： 其中: 和分别是死区时间、功率开关器件的开通时间、关断时间、平均导通压降、直流电压和开关周期。平均导通压降 实际输出电压波形和误差电压波形如图i和i所示。同理图2分析了当电流极性为负时(i 0)的情况。由此可见：当电流为正方向时，输出电压正脉宽变窄，输出电压值比期望值低；当电流为负方向时，输出电压负脉宽变窄，输出电压值比期望值高。即电流为正时，等效于少了若干正电压脉冲，电流为负时，等效于少了若干负电压脉冲。可见误差电压波形是由负载电流极性决定的一系列脉冲。为了补偿逆变器的非线性特性，需要给指令电压加上一个补偿电压，把误差电压平均到一个开关期得a相的补偿电压为： 其中： 且 零电流钳位效应的补偿 在死区时间内，电流只能通过二极管续流，无论电流为何方向，其数值都有减小的趋势。若在死区时间开始时，电流减小为零，如图3所示，在接下来的死区时间内，由于续流二极管反向阻断，使电流钳位在零点，故称为零电流钳位现象。零电流钳位现象使电流极性检测时可能出现多个零点，导致误补偿，影响了补偿的精度。本文中零电流钳位现象是通过把a-b-c坐标系中表示电流极性的符号函数转化到坐标系中，根据函数的信息检验出来，然后对电流极性进行校正。对永磁同步电机坐标系