SPWM逆变器死区影响分析

通过建立数学模型分析正弦脉宽调制(SPWM)逆变器死区对桥臂和输出电压基波和谐波含量的影响机理,首先在开环情况下分析死区对桥臂电压基波与低次谐波的影响;接着分析闭环情况下死区影响输出电压谐波含量的关系,提出在闭环情况下理论建模时将死区的影响等效为在桥臂电压上叠加了相应谐波频率次的误差电压的分析方法并证明其正确性,进一步提出闭环情况下由于死区引起的低次谐波的估算方法,并从参数设计的角度指出减小死区影响的方法.另外提出考虑死区对基波影响后的逆变器直流母线电压(调制比)优化选取方法.通过仿真和实验验证了以上结果的正确性,研究结果可用于指导SPWM逆变器的参数优化设计.     

死区对开环和闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响

在SPWM逆变器中,为防止同一桥臂的上下两个开关器件产生直通,必须将驱动信号注入若干微秒的死区时间,这会使逆变器输出电压产生谐波电压。通过对基于瞬时输出电压反馈控制的SPWM逆变器死区效应造成的谐波电压的分析,建立了死区效应时SPWM逆变器控制模型,研究了逆变桥臂控制信号死区时间对开环与闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响。分析结果表明,对于开环控制的SPWM逆变器,随着死区时间增加,逆变器输出基波电压有效值降低,输出电压谐波分量显著增加;对于单电压闭环控制的SPWM逆变器,死区时间对逆变器输出基波电压的影响与负载有关。通过仿真研究验证了理论分析的正确性。     

逆变器死区时间对永磁同步电动机系统的影响

文章分析了逆变器死区效应产生的机理以及死区时间对永磁同步电机系统的影响。分析和仿真结果表明,死区时间引起逆变器输出基波电压的非线性,并且使输出电压中产生奇次谐波,死区效应使永磁同步电动机系统的输出力矩下降,并且使电机的相电流中含有谐波,引起了力矩波动。实验结果验证了分析的正确性。     

并网逆变器馈网电流谐波抑制策略研究

为防止桥臂直通而设置的开关延时(死区)会引起并网逆变器桥臂输出电压偏差(死区效应),使馈网电流中含大量低次谐波。为此,提出一种双重功能正弦脉宽调制(SPWM)策略,该策略将设置开关延时和桥臂输出电压偏差抑制同时进行,从根本上解决了由开关延时引起的馈网电流波形畸变问题。仿真和实验结果表明,所提策略可有效抑制并网逆变器馈网电流的谐波含量,实现馈网电流的高功率因数运行。     

SPWM逆变器死区效应的研究

在SPWM逆变器中,为防止同一桥臂上的上下两个器件发生直通现象,必须注入若干微秒的死区时间。死区会导致逆变器的波形畸变,即死区效应,如输出基波电压降低、谐波成分增大等,这种效应随着调制频率的增大而增加,其结果是影响了高速开关器件的有效利用,降低了SPWM调速系统的动、静态性能,增大了低次谐波的抑制难度。文章对不同使用条件下死区时间引起的输出电压基波、低次谐波的变化规律进行了系统分析,建立了定量计算的数学模型,给出了仿真曲线,并以实验结果作了验证。所得结论对于SPWM逆变器的设计具有一定的参考作用。     

近似无死区逆变器开关控制及特性分析

针对逆变器的死区补偿问题,研究了一种无电流传感器近似无死区逆变器开关控制方法。与传统逆变器死区补偿方法相比,该方法只需在逆变器输出电流正负跳变时加入固定的死区脉冲,减小了死区脉冲个数,从而减小死区的影响。分析了本文研究的死区补偿方法的基波和低次谐波特性,指出减小死区时间可消弱死区及低次谐波对逆变器输出电压的影响。仿真及实验结果不仅验证了本文研究内容的有效性,而且还表明该死区处理方法可适用于单次频率域和谐波域。     

基于阶梯碳交易的多微网电能合作运行优化策略

为了避免逆变器在运行过程中出现桥臂直通问题,器件的驱动时序中需要插入必要的死区时间。然而,死区会带来逆变器基波电压损失与畸变等问题。尤其当采用SiC MOSFET作为开关器件时,较高的开关频率使得波形畸变更严重,这使得传统应用于Si IGBT逆变器的死区补偿策略已经无法适用。为此,在传统死区消除策略的基础上,提出一种分段调制死区补偿策略。该策略通过建立的预测模型得到过零点处的电流纹波值,并以此划分电流过零区域和非过零区域。当输出电流处于非过零区域时,每相桥臂仅对有效器件进行开关动作,互补器件处于关断状态,以提高基波电压幅值;当处于过零区域时,针对死区时间、寄生电容等因素产生的误差,计算出等效脉冲补偿时间用于补偿误差电压,减少波形畸变。最后,仿真与实验结果证明了该补偿策略相较于传统的死区消除策略可减少低次谐波含量,改善输出波形质量,输出电压的THD可减少1.63%。     

400Hz逆变器动态问题与稳态问题

400 Hz逆变器,多用于航空与舰船领域,其动态性能与稳态性能要求高。逆变器动态性能由电路初始状态、逆变器输出电压和输出滤波器参数决定。通过分析指出:逆变器动态性能主要由输出滤波器参数决定,动态性能指标要求必须作为输出滤波器设计的重要约束条件。逆变器稳态性能主要包括稳态误差与输出电压正弦度。通过分析指出:稳态误差由系统开环基波增益决定,稳态误差精度可采用比例谐振(PR)控制器保证;输出电压正弦度受逆变器死区效应制约,其中奇次谐波含量较高且不能通过输出滤波器滤除;实施给出的死区补偿方法,较好地校正了死区引起的波形畸变,保证了输出电压正弦度。     

基于双同步旋转坐标系的五相永磁同步电动机三次谐波电流抑制方法

针对五相电压源逆变器的死区效应及五相永磁同步电动机转子磁场非正弦造成的3次谐波电流,提出了一种基于双同步旋转坐标系的抑制算法.研究了五相电压源逆变器死区效应的作用机理,将死区时间造成的误差电压脉冲序列等效为低频谐波电压.运用扩展对称分量法,得到了五相永磁同步电动机的解耦数学模型.死区效应形成的3次谐波电压以及转子3次谐波磁势作用在阻抗较小的3次谐波子空间会引起很大的3次谐波电流,在3次谐波同步旋转坐标系下增加一对谐波电流控制器以抑制3次谐波电流.在FPGA中实现了所提出的双同步坐标系控制算法,实验结果表明,所提算法可以有效地抑制五相电压源逆变器死区效应以及转子磁势非正弦引起的3次谐波电流.     

基于傅立叶分析的三相SPWM逆变器死区效应与补偿研究

为了减少逆变器输出波形所含的谐波分量,降低二极管钳位型三电平逆变器的死区效应对输出电压基波和低次谐波的影响,提出了适用于二极管钳位型三电平逆变器的死区补偿方法。利用傅立叶变换分析了三相SPWM逆变器死区时间影响输出波形谐波分量的机理,在载波的开始和中间分别采样输出电流,根据检测到的输出电流方向调整功率器件的开关动作时刻,最终使得输出电压波形与理论波形一致,达到良好的补偿效果。该方法能有效减小输出谐波含量,并恢复由死区效应引起的有效值损失。通过Matlab仿真,验证了方法的可行性。     

一种新型的消除三相逆变器死区的空间矢量控制方法

近年来,死区补偿、死区时间最小化、死区消除是三相逆变器克服死区影响的主要研究方向,针对常规三相逆变器死区消除控制策略存在一定局限性,提出一种新型的消除三相逆变器死区的空间矢量控制方法。该方法根据负载阻抗角特性,通过采用SVPWM划分扇区并对各扇区空间矢量控制达到死区消除效果,并且不需要精确的电流极性检测装置,使逆变器输出波形总畸变率最小并提高基波电压幅值的目的。本文对所提出的方法进行了仿真研究。仿真结果证明该方法所产生的死区消除SVPWM控制序列与常规控制策略相比不仅能有效地消除死区影响,还能明显减小逆变器输出波形的总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)和基波电压幅值。     

传统矩阵变换器最小相位误差空间矢量过调制策略

对传统矩阵变换器的电压传输比特性进行理论研究,推导瞬时电压传输比与输出/输入频率比、输出电压初始相位和输入功率因数角之间的函数关系,分析瞬时电压传输比的变化规律。通过对输出线电压进行二重傅里叶变换,得到传统矩阵变换器最小相位误差过调制下的电压传输比上限值。在此基础上,提出一种基于线性加权原理的最小相位误差过调制策略。仿真与实验结果验证,所提策略可使传统矩阵变换器的基波电压传输比达到0.953,同时保证调制输出电压基波幅值相对参考电压幅值的误差小、输出电流谐波含量低。     

逆变器SPWM载波频率选取的计算方法

为优化逆变器的设计参数,给出了一种选取正弦脉宽调制(SPWM)载波频率的计算方法。死区效应是影响逆变器输出电压THD的主要原因。在SPWM载波中,死区引入的误差脉冲导致逆变器输出电压中出现基波误差和低倍频谐波,并且死区效应随SPWM载波频率的增大而增强。针对上述情况,基于误差脉冲的频域分析,得出了逆变器输出电压THD与载波频率之间的定量关系,并提出了以输出电压THD为指标选取逆变器SPWM载波频率的计算方法。样机实验证明了该计算方法的有效性。     

闭环SPWM逆变器死区效应分析

本文通过对基于瞬时输出电压反馈控制的SPWM逆变器死区效应造成的谐波电压的分析，建立了考虑死区效应时的SPWM逆变器闭环控制模型，研究了逆变桥臂死区时间对闭环控制SPWM逆变器输出基波电压的影响。分析结果表明，对于闭环SPWM逆变器，逆变器输出基波电压在空载时随着死区时间的增加而增加，其阻性负载时的外特性曲线是一条先下降后上升的曲线。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。     

单相高频链逆变器的解结耦单极性移相调制及其死区优化

单相高频链逆变拓扑由高频变压器、一次侧高频逆变器、二次侧矩阵/周波变换器和输出滤波器构成,既有隔离型功率变换及能量双向流动的优点,也有双向开关换流控制难度高的缺点。针对此拓扑提出一种解结耦单极性移相调制策略,能够无需借助辅助电路与功率管的重叠换流技术,即可实现周波变换器中所有功率管的零电压开关(ZVS)自然换流及滤波电感无过电压冲击自然续流。在此基础上,研究了一种优化死区设置方法,有效地改善了单极性移相调制策略存在的输出电压过零点邻域畸变问题,弥补了死区效应所导致的输入电压利用率低以及输出电压谐波含量大的缺点。理论分析、仿真及实验验证了所提解结耦单极性移相调制策略及优化死区设置方法的可行性和有效性。     

无死区的特定谐波消除PWM控制策略的研究

特定谐波消除PWM控制策略是通过控制开关点的位置,消除特定次数的谐波,达到减少输出电压中谐波含量的目的。然而,加入死区时间,改变了开关时刻,影响了谐波消除的效果。因此提出了一种无死区的特定谐波消除PWM控制策略,优化输出波形,并利用Matlab/Simulink对所提的控制策略进行仿真,验证了控制方法的正确性。     

三电平逆变器中的死区效应与补偿

分析了二极管箱位型三电平逆变器的死区效应对输出电压基波和低次谐波的影响,提出了适用于二极管箝位型三电平逆变器的死区补偿方法.该方法分别在载波的开始和中间采样输出电流,根据检测到的输出电流方向调整功率器件的开关动作时刻,最终使得输出电压波形与理论波形一致,达到良好的补偿效果.该方法能有效减小输出谐波含量,并恢复由死区效应...     

中高频模块化多电平换流器死区影响分析

中高频运行下的模块化多电平变换器(MMC)死区影响严重。为了消除死区影响,对其进行了分析,提出了一种基于脉宽角选择的控制方法。分析表明,在死区时间内,基于波形合成法的中高频MMC子模块实际输出电压与桥臂电流方向有关,且由于死区密集,导致相单元总电压出现频繁的过压,使得子模块电容电压均值跌落,输出电压基波有效值降低;谐波环流增大,不利于桥臂电抗器的运行。利用优化控制策略消除了死区影响,避免子模块电容电压均值跌落,减小谐波环流。最后,搭建Matlab/Simulink仿真与一台样机对死区影响与控制方法进行验证。结果表明,死区影响的相对大小分别与死区时间与产生死区电平的子模块个数有关。同时,优化控制策略有效地消除了死区影响。     

基于VSG的正弦锁定技术研究

为了实现新能源系统中各并网运行设备的实时同步,采用了一种不需要进行滤波器设计且计算量小的正弦锁定器技术。本文通过虚拟同步发电机的控制思想模拟同步发电机的运行情况,控制其与电网的功率交换为0,实现对电网输入信号幅值、频率及其相位的同步。仿真分析可知,在输入信号发生阶跃突变时,由于虚拟惯性的存在其输出信号不发生瞬时突变;当输入电压信号中含有幅值为10%基波的2、3、5次谐波成分时,正弦锁定器的输出电压总谐波畸变率从增强型锁相环条件下的4.28%减小到0.01%,有效的验证了正弦锁定器的抗谐波干扰能力。     

SPWM变频器信号延迟特性分析及计算

交流ＳＰＷＭＡ变频器以其调速范围宽、变换效率高等优点而越来越得到广泛应用。在变频器中，为了确保上、下桥臂的安全运行，防止直通现象发生而设置的互锁延迟时间导致了功率变换电路的死区效应。其结果使输出电压基波分量减小，低次谐波增加。当输出频率降低时，输出力矩下降；当载波频率升高时，死区效应加居剧。最终影响了高速开关器件的有效应用，降低了ＳＰＷＭ变频调速系统的性能。文中对由死区效应及ＳＰＷＭ信号调制方法引起的低次谐波进行了分析，导出了输出基波电压及低次谐波电压的计算公式，计算结果表明本文的分析是正确的。