對于三相全橋式變流電路,由于功率開關(guān)管的非理想開關(guān)特性,同橋臂的兩開關(guān)管容易發(fā)生短路故障。為解決這一問題,通常的辦法是加入一個死區(qū)時間,即在一只開關(guān)管關(guān)斷后隔一段時間再開通另一只開關(guān)管。如果提前 關(guān)斷且延遲 開通,稱為雙邊對稱設(shè)置。若按時開通,延遲 開通,稱為單邊不對稱設(shè)置。
死區(qū)對SVPWM波形的影響由諸多因素決定。主要有:
1.死區(qū)寬度及設(shè)置方法。
2.負(fù)載功率因數(shù)角。
3.器件開關(guān)規(guī)律(如SVPWM、SPWM)。
由于SVPWM控制方式較SPWM方式復(fù)雜,其死區(qū)的影響很難用簡單的傅里葉級數(shù)表達(dá),公式推導(dǎo)難度較大。而仿真計算簡單易行,可以大體上反映其規(guī)律。
SVPWM波形模型
在計算中SVPWM波形模型采用的是TMS320LF2407內(nèi)部硬件支持的單邊不對稱死區(qū)。為簡化計算,SVPWM波的基波幅值設(shè)為最大,即矢量頂點(diǎn)的軌跡是正六邊形的內(nèi)切圓(如圖2)。不考慮電流過零點(diǎn)落在死區(qū)內(nèi)的情況,這種近似帶來的誤差很小,而且隨載波比的增加而減小。認(rèn)為器件的開關(guān)特性是理想的。
SVPWM波形模型如圖1所示,在360度內(nèi)分為6個區(qū)間,由于各區(qū)間內(nèi)脈寬規(guī)律不同,在6個區(qū)間內(nèi)單獨(dú)計算諧波。6個區(qū)間的諧波累加便可得到SVPWM波形模型的諧波。
給出T0、T1、T2(圓軌跡下的百分值)公式,不作詳細(xì)推導(dǎo):
T0=COS( /6- )
T1=\frac{SIN( /3- )}{SIN +SIN( /3- )}(1-T0)
T2=\frac{SIN }{SIN +SIN( /3- )}(1-T0)
其中 設(shè)T0+T1+T2=1
為合成矢量與T1對應(yīng)矢量夾角
結(jié)果分析
在每個載波周期內(nèi)對SVPWM波模型進(jìn)行手工積分,用軟件將結(jié)果計算出來并累加。計算中不計管壓降,取直流電壓為1,載波比為6000,分別計算了負(fù)載功率因數(shù)角為0度、30度、60度、90度時死區(qū)寬度對基波及各次諧波的影響。死區(qū)寬度的單位為其相對于載波周期的百分比,計算出來的是波形的峰值。
從仿真結(jié)果可以得出一些結(jié)論:
1.在載頻一定的條件下,功率因數(shù)角為0、30、60度時基波的幅值會隨不對稱死區(qū)的增大而減小,功率因數(shù)高時基波幅值減小速度較慢,反之較快。功率因數(shù)角為90度時基波的幅值會隨不對稱死區(qū)的增大而增大。
2.在載頻一定的條件下,在各次諧波中,3次諧波幅值最大,功率因數(shù)角為0度時隨死區(qū)的增大而減小,功率因數(shù)角為30、60、90度時隨死區(qū)的增大而增大。
3.在載頻一定的條件下,9次諧波幅值隨死區(qū)的增大而減小,但是其絕對量很小。
4.在載頻一定的條件下,不對稱設(shè)置的死區(qū)增大時,2、4、5、7、8次諧波的幅值會不同程度的增大,兩者隨死區(qū)變化的規(guī)律十分近似于增量線性關(guān)系。
5. 在載頻一定的條件下,3的偶次倍數(shù)諧波為零。
解決方案
可以采用電流補(bǔ)償法對死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償,即根據(jù)電流和電壓矢量的位置決定補(bǔ)償方案。死區(qū)期間橋臂中點(diǎn)的電位由電流方向決定,感性負(fù)載時,若輸出電流,則下橋臂二極管續(xù)流,電位為負(fù)。若上橋臂提前關(guān)斷而下橋臂準(zhǔn)時開通,則輸出脈沖正電平少了一個死區(qū)寬度,負(fù)電平多了一個死區(qū)寬度,此時若能將正脈寬時間人為的加入一個死區(qū)寬度,則理論上可以完全克服死區(qū)的影響。但若為輸入電流,上橋臂提前關(guān)斷而下橋臂準(zhǔn)時開通,死區(qū)期間續(xù)流的為上橋臂二極管,此時無需對死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償。由此可以總結(jié)出電壓矢量與電流矢量的配合的一般規(guī)律:若輸出電流,由0到1的跳變無需補(bǔ)償,由1到0的跳變要補(bǔ)償高電平;若輸入電流,由0到1的跳變要補(bǔ)償?shù)碗娖?,?span lang="EN-US" xml:lang="EN-US">1到0的跳變無需補(bǔ)償。對脈寬的實(shí)時補(bǔ)償需要知道電壓矢量相對于T1矢量的夾角,以及電流矢量與電壓矢量夾角,根據(jù)電流、電壓矢量確定脈寬補(bǔ)償實(shí)時方案。
對于三相電路,可以將電流矢量的位置劃分為6個60度的區(qū)間,在每個區(qū)間內(nèi),應(yīng)補(bǔ)償?shù)娜嚯妷菏噶咳鐖D3所示。例如,若A相電流矢量位于-30度到30度的區(qū)間內(nèi),A相電流為正,B、C相電流為負(fù),A相需要對正脈寬補(bǔ)充一個死區(qū)寬度,B、C相需要對負(fù)脈寬補(bǔ)充一個死區(qū)寬度,即補(bǔ)充的電壓矢量為CBA=001,圖3列出了A相電流矢量位于6個區(qū)間時應(yīng)補(bǔ)償?shù)碾妷菏噶?,此時未考慮電壓矢量與電流矢量的配合問題。
在TMS320LF2407中,補(bǔ)償脈寬可以通過修改CMPR1、CMPR2來實(shí)現(xiàn)。舉一例說明。若電壓矢量位于45度而電流矢量位于15度,由圖3可知該載波周期應(yīng)補(bǔ)償?shù)碾妷菏噶繛?span lang="EN-US" xml:lang="EN-US">001。可使CMPR1=CMPR1+半個死區(qū)寬度,B相的負(fù)跳變滯后半個死區(qū)寬度,以補(bǔ)償B相一個死區(qū)寬度的負(fù)脈沖,可使CMPR2=CMPR2+半個死區(qū)寬度,以補(bǔ)償C相一個死區(qū)寬度的負(fù)脈沖。注意A相此時無需補(bǔ)償,因?yàn)樵诖穗妷菏噶康?span lang="EN-US" xml:lang="EN-US">60度電壓區(qū)間內(nèi),A相橋臂不會切換開關(guān)狀態(tài),故無死區(qū)影響。這是SVPWM與SPWM的區(qū)別所在。補(bǔ)償時應(yīng)注意CMPR1