永磁同步电机SVPWM控制方法死区研究和补偿

1、永磁同步电机svpwm控制方法死区研究和补摘要：文章在理想和实际情况下，对逆变器死区 效应及对永磁同步电机输出波形的影响进行了分析。为了防 止逆变器的"桥臂”发生直通，必须设置“死区时间”。文 章根据三相电流输出方向，分别按各相电流进行补偿，以达 到消除死区效应的目的。实验结果表明，该方法简单且不需 附加硬件，具有较好的补偿效果。关键词：空间电压矢量脉宽调制；死区效应；永磁同步 电机中图分类号：tm341文献标识码：a文章编号： 1009-2374 (2013) 28-0074-02空间电压矢量脉宽调制svpwm控制已经成为三相逆变器 中最重要的调制方式。它的数学建型是以电机统一理论

2、和电 机坐标轴变换理论为基础的，物理意义直观，数学模型简单, 并具有抑制转矩脉动、噪音低、电压利用率高等优点。为防止逆变器同一桥臂上的两个功率管发生直通造成 短路，必须设置死区时间。但这会使逆变器出现死区效应， 导致输出电流波形发生畸变，输出转矩减小，特别是在低速 轻载时稳态转矩脉动，容易引起电机振荡，甚至无法正常工 作。针对在非理想特性下造成的死区效应，本文提出了根据 将三相电流分成6个区域，并在各区域中按相电流方向对三 相输出电压进行死区补偿措施，此方法不仅提高了逆变器低 频轻载时的输出性能，且不需附加额外硬件，实现简单，易 于模块化。1永磁同步电机svpwm死区效应分析图1为永磁同步电机

3、逆变器主电路结构图。下面以a相电流为例进行死区效应分析，电流方向为桥臂流向负载(即 正向电流)。图1中，vdc为直流电源；cd为中间直流回路 滤波电容；d1d6为6个续流二极管；t1t6为6个功率 管。在死区期间内，三相电机输出电压产生的误差方向由电 流方向决定。图1永磁同步电机逆变器主电路结构如图2所示，图2 (a)为a相电流正向时输出电压一个开关周期内的波形，图2 (b)为反向情况。实线为实际获得 电压波形，虚线为参考相电压波形，点划线为需补偿参考电 压。(a) ia正向的情况(b) ia反向的情况图2 a相参考电压和输出电压波形如图2 (a)所示，当a相电流流向负载(即正向电流) 时，上

4、管断开，下管续流，存在二极管导通压降vd,使得 uao=_vde/2_vd；参考相电压反向后，上管经过死区时间和 开通延时(td+ton)后导通，电流经上管流向负载，此时存 在开关器件导通压降vsat,使得uao=vdc/2-vsat0同理可 得当电流由负载流向电源(即反向电流)时uao的情况。根据参考电压伏秒面积等于补偿后伏秒面积原则，若要 误差电压为零，当电流为正向时 v= (1d) ts+ t vd+ t vdc+ (dts t ) vsattcom+ (vdc+vd-vsat) =0得到 tcom+= t vdc+ (dts- t ) vsat+ (1d) ts+ t vd/ (vdc

5、+vd-vsat)taon+=t >aon+tcom+同理，可得出电流反向时：tcom-= t vdc+ ( 1-d ) ts- t vsat+ ( dts+ t )vd/vdc+vd-vsatt aon-二 t 玄。!* tcom-式中：av误差电压vdc母线直流电压vsat开关器件的导通压降vd并联二极管的导通压降ton开关器件的等效开通时间toff开关器件的关断延迟时间td死区时间ts开关周期上管理想导通时间taon+, taon正反向电流的上管实际导通时间tcom+, tcom正反向电流的实际补偿时间d占空比，”七aon/tst时间误差，t =td+ton-toff, b、c相情

6、况以此类推图3为系统中死区补偿方案的矢量控制图。图中死区补 偿模块需根据空间矢量模块给定的死区时间d按照上述算法 来进行相应的死区补偿。图3永磁同步电机的死区补偿矢量控制图2死区补偿方法由前述对永磁同步电机空间矢量死区补偿原理的分析 可知，要进行死区补偿，需准确获得三相负载电流的方向， 图4为电流空间矢量的位置和三相电流流向的对应关系。a、 b、c分别代表a、b、c相电流流向，+代表正向（从桥臂流 向负载），-代表反向（从负载流向桥臂），虚线代表三相电 流的过零点（例如当三相输出电压的矢量位于口/2位置时, 就会出现a相电流过零），箭头表示电流空间矢量，根据电 流空间矢量图将三相电流分成了 ivi6个区域，并分别在 各区域中按电流方向对三相输出电压进行补偿（例如图4中 口/6、口/2区域对应的三相电流方向为a+、b+、c-,同理 2/3、ji5/6区域对应的三相电流方向为a-、b+、c-）o图4三相电流空间矢量方向在永磁同步电机矢量控制系统中，当转子磁场定向，采用控制时，转子磁链的方向始终和转子坐标系（d-q轴系） 的d轴保持一致，定子电流矢量方向则始终与q轴重合。表1为、电流空间矢量区域、三相电流流向、补偿公式之间的关系，为转子d轴与静止坐标之间的电角度如图4中区域i （），对应的区域则为（