电压源型PWM逆变器死区效应补偿策略研究

论文摘要

电压源型PWM逆变器在当前的工业控制中应用越来越广泛,在其应用领域中,交流电动机的运动控制是其很重要的组成部分。在PWM逆变器的控制过程中,设置死区是为了避免逆变器的同一桥臂的两个功率开关器件发生直通短路。尽管死区时间很短,然而当开关频率很高或输出电压很低时,死区将使逆变器输出电压波形发生很大畸变,进而导致电动机的电流发生畸变,电机附加损耗增加,转矩脉动加大,最终导致系统的控制性能降低,甚至可能导致系统不稳定。为此,需要对逆变器的死区进行补偿。本文针对连续空间矢量调制提出了一种改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法;针对断续空间矢量调制提出了通过改变空间矢量作用时间,来改变驱动信号脉冲宽度的补偿方法,并对这两种方法进行了理论分析和仿真研究。本文首先详细分析了死区时间对逆变器输出电压和电流的影响,以及功率开关器件寄生电容对输出电压的影响。其次对已提出的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法进行了理论分析,该方法先计算出补偿电压,再对由零电流钳位现象引起的补偿电压极性错误进行校正,极性校正的参考量为d轴补偿电压的幅值,然而补偿电压的大小随电流的变化而变化,因此该方法存在电压极性校正时参考量为变化量的缺点,而且该方法只适用于id=0的控制方式,适用性较差。针对这些问题,本文提出了改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的补偿方法,改进后的方法是先对由零电流钳位现象引起的电流极性错误进行校正,然后再计算补偿电压的大小,电流极性校正时的参考量为三相电流极性函数转化到γ-8百坐标系的函数sγ的幅值,sγ的幅值与补偿电压大小无关为恒定值,而且适用于任何控制方式,适应性强。再次把改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法应用到PMSM矢量控制系统中,采用MATLAB和Pspice两种方法进行了仿真研究,仿真结果验证了补偿方法的有效性。对两种仿真结果的对比分析,表明PSpice模型能更好的模拟逆变器的非线性特性。最后,文章分析了连续空间矢量调制和断续空间矢量调制的输出波形的区别和死区对两种波形影响的不同。针对DSP芯片TMS320LF2407A硬件产生的断续SVPWM波,提出了根据电压矢量和电流矢量的相位关系,通过改变空间矢量作用时间,来改变驱动信号脉冲宽度,对其进行死区补偿的方法。给出了基本空间矢量作用时间调整的实现方法,并建立了MATLAB仿真模型,进行仿真研究,仿真结果验证了补偿方法的正确性和有效性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 引言
• 1.1 死区效应补偿的研究现状
• 1.1.1 时间补偿法
• 1.1.2 电压补偿法
• 1.2 本课题的研究内容
• 第二章 电压源型PWM逆变器死区效应分析及补偿策略研究
• 2.1 死区效应分析
• 2.1.1 死区对输出电压的影响
• 2.1.2 功率开关器件寄生电容对输出电压的影响
• 2.1.3 死区对输出电流的影响
• 2.2 死区效应补偿策略研究
• 2.2.1 减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法
• 2.2.2 改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法
• 第三章 改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法仿真研究
• 3.1 带死区补偿的PMSM矢量控制系统
• 3.2 基于MATLAB的带死区补偿的PMSM矢量控制系统仿真研究
• 3.2.1 MATLAB/Simulink仿真工具简介
• 3.2.2 基于MATLAB的带死区补偿的PMSM矢量控制系统仿真模型
• 3.2.3 仿真参数设置
• 3.2.4 仿真结果及分析
• 3.3 基于PSpice的带死区补偿的PMSM矢量控制系统仿真研究
• 3.3.1 PSpice仿真工具和SLPS接口简介
• 3.3.2 基于PSpice的带死区补偿的PMSM矢量控制系统仿真模型
• 3.3.3 基于PSpice的带死区补偿的PMSM矢量控制系统仿真研究
• 3.4 两种仿真结果对比分析
• 第四章 断续空间矢量调制死区效应补偿策略研究
• 4.1 电压空间矢量调制原理
• 4.1.1 电压空间矢量及其作用时间
• 4.1.2 连续空间矢量调制（CSVPWM）
• 4.1.3 断续空间矢量调制（DSVPWM）
• 4.2 断续空间矢量调制死区效应补偿策略
• 4.2.1 断续空间矢量调制死区效应补偿方法研究
• 4.2.2 断续空间矢量调制死区效应补偿方法仿真研究
• 4.3 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表