本發(fā)明涉及三相逆變器的控制，公布了一種三相逆變器的死區(qū)補(bǔ)償方法，可以有效改善逆變器的輸出，減小THD。

背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)和微處理技術(shù)的發(fā)展,交流調(diào)速技術(shù)也在迅速進(jìn)步。為了使電壓型逆變器輸出較理想的電流波形,逆變器中的電力電子器件必須在較高的開關(guān)頻率下工作。在電壓型逆變器的同一橋臂的兩個(gè)電力電子器件的換向過(guò)程中,為了防止直流母線電壓短路將電力電子器件燒壞,同一橋臂中的一個(gè)電力電子器件必須完全關(guān)斷后,另一個(gè)電力電子器件才可開通。這樣,待開通的管子必須向后延遲一段時(shí)間再開通,這個(gè)延遲時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)間。這個(gè)死區(qū)時(shí)間使管子的有效開通時(shí)間減少,同時(shí)逆變器中的電力電子器件的開關(guān)頻率很高,使得管子開通周期相應(yīng)變小,導(dǎo)致電壓型逆變器的輸出波形畸變。死區(qū)對(duì)逆變器輸出波形的影響，可以用死區(qū)效應(yīng)來(lái)分析。如圖1所示電壓型逆變器的主電路拓?fù)?，為了防止逆變器的上下管子同時(shí)導(dǎo)通，每一個(gè)開關(guān)被加入了一定的死區(qū)時(shí)間（td）。除了加入延時(shí)外，開關(guān)本身還有動(dòng)作延遲（ton_d和toff_d），以及器件的導(dǎo)通壓降（us和ud），都將會(huì)對(duì)逆變器的輸出造成影響，而他們對(duì)逆變器輸出的影響，都將在死區(qū)效應(yīng)中具體分析得到。選取a相進(jìn)行研究，圖2所示該相電感電流為正（ia>0）時(shí)的控制信號(hào)和開關(guān)中點(diǎn)的輸出波形。（a），（b）表示的是理想的PWM信號(hào)，成互補(bǔ)關(guān)系。與這種控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的開關(guān)中點(diǎn)的輸出波形如（c）。當(dāng)加入死區(qū)時(shí)，開關(guān)的開通時(shí)刻被延遲了td，關(guān)斷時(shí)刻不變，對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)如（d），（e）。可以看到，這時(shí)候上下兩管的控制信號(hào)不再成互補(bǔ)關(guān)系，再一個(gè)開關(guān)周期中，存在著兩個(gè)時(shí)間段，上下管都處于關(guān)斷狀態(tài)，這時(shí)候的輸出波形，就需要由電感電流的極性來(lái)判斷。當(dāng)電感電流為正（ia>0），即電流流出逆變器時(shí)，將由下管的反并聯(lián)二極管續(xù)流，忽略二極管的導(dǎo)通壓降，此時(shí)輸出電壓相當(dāng)于直接與地相連，因此vo=0，相反的，當(dāng)電感電流為負(fù)時(shí)，將由上管的反并聯(lián)二極管續(xù)流，故而vo=vdc。這里考慮電感電流為正的情況，當(dāng)加入死區(qū)時(shí)，逆變器開關(guān)中點(diǎn)的輸出波形將如（f）所示。繼續(xù)考慮開關(guān)本身的動(dòng)作延遲后，逆變器的開關(guān)中點(diǎn)的電壓波形如圖（g）。圖（h）是繼續(xù)考慮器件的導(dǎo)通壓降后的開關(guān)中點(diǎn)的電壓波形，即綜合分析所有因素后逆變器開關(guān)中點(diǎn)的實(shí)際輸出波形。將（h）與（c）進(jìn)行比較，其差值（i）就表示了由死區(qū)等因素造成的輸出電壓誤差。這個(gè)電壓誤差在一個(gè)開關(guān)周期的平均值可以用下式表示：其中是von-stage指由器件通態(tài)壓降造成的輸出電壓誤差，由下式表示：0toffus+tonudia<0---(2)]]>ton和toff分別表示一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的上管開通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。以上就是對(duì)死區(qū)效應(yīng)的分析。為了補(bǔ)償死區(qū)造成的輸出電壓誤差，目前已經(jīng)有不少學(xué)者提出了各種死區(qū)補(bǔ)償方法?？傮w上來(lái)說(shuō)可以分為兩類：離線的死區(qū)補(bǔ)償策略和在線的死區(qū)補(bǔ)償策略。其中離線的死區(qū)補(bǔ)償策略簡(jiǎn)單易行，但是需要檢測(cè)電感電流極性，可是由于電感電流中含有各次諧波，想要得到準(zhǔn)確極性并非易事，因此在離線的死區(qū)補(bǔ)償策略中，核心技術(shù)就是電感電流極性的獲得。在線的死區(qū)補(bǔ)償方法，不需要檢測(cè)電感電流極性，但是卻需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并返回處理器進(jìn)行計(jì)算，增加了處理器的負(fù)擔(dān)，因此并不常用。已有技術(shù)[1]公開在DQ坐標(biāo)系進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償。首先計(jì)算每一相輸出電壓的差值，然后進(jìn)行DQ變換，得到了DQ坐標(biāo)系的誤差值表。然后根據(jù)該表把平面分成了6個(gè)區(qū)域，通過(guò)判斷當(dāng)前逆變器處于哪個(gè)區(qū)域，進(jìn)而查表就可以得到應(yīng)該補(bǔ)償?shù)碾妷褐?。該方法?jiǎn)單明了，制定了補(bǔ)償值表，使死區(qū)補(bǔ)償簡(jiǎn)單易行。但是其電感電流極性的判斷并不精確，補(bǔ)償?shù)木炔桓?。已有技術(shù)[2]公開利用軟件實(shí)現(xiàn)死區(qū)補(bǔ)償，該方法無(wú)需增加任何硬件設(shè)備，僅僅由軟件實(shí)現(xiàn)，因此方便實(shí)施，但是該方法并沒(méi)有分析開關(guān)本身的動(dòng)作延遲和器件的通態(tài)壓降，補(bǔ)償?shù)男Ч写岣?。已有技術(shù)[3]得到了電感電流極性，并且補(bǔ)償了零電流鉗位效應(yīng)，但是卻較為復(fù)雜，不易于實(shí)施。一般的死區(qū)補(bǔ)償方法中，大都直接使用檢測(cè)到的電感電流，但是由于電感電流中諧波成分大，而且使用電流霍爾也會(huì)帶來(lái)一定的延遲，所以直接檢測(cè)到的電感電流并不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了得到準(zhǔn)確的電感電流極性，本發(fā)明提出了一套嚴(yán)謹(jǐn)而準(zhǔn)確的檢測(cè)方法。在此方法的基礎(chǔ)上，公布了一種三相逆變器的死區(qū)補(bǔ)償方法，可以有效改善逆變器的輸出，減小THD。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種三相逆變器的死區(qū)補(bǔ)償方法，包括以下步驟：判斷電感電流極性；根據(jù)電感電流極性精準(zhǔn)確定逆變器各個(gè)相的電壓誤差；將各個(gè)相的電壓誤差加到電壓指令上，進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償。判斷電感電流極性的方法為：采集三相電感電流，將其轉(zhuǎn)換到DQ坐標(biāo)系，過(guò)濾掉交流成分得到直流成分，接著，計(jì)算出直流成分在DQ坐標(biāo)系下的相位，然后將相位與逆變器產(chǎn)生的延時(shí)相減，得到實(shí)際電感電流的相位，最后根據(jù)實(shí)際電感電流的相位判斷電感電流極性。所述逆變器產(chǎn)生的延時(shí)包括電流檢測(cè)回路延時(shí)和由死區(qū)造成的基波延時(shí)。所述基波延時(shí)的計(jì)算方法為：其中，是負(fù)載阻抗角，△V為死區(qū)造成的電壓差的幅值，U為無(wú)死區(qū)時(shí)逆變器的輸出電壓幅值，θ就是所要計(jì)算的由死區(qū)造成的逆變器輸出基波延遲。所述電流檢測(cè)回路延時(shí)的計(jì)算方法為：通過(guò)在調(diào)制波中加入5次和7次諧波，并計(jì)算輸出響應(yīng)中對(duì)應(yīng)諧波的相移，進(jìn)而得到只含有檢測(cè)回路延時(shí)的方程，通過(guò)數(shù)值解法，可以準(zhǔn)確解得測(cè)量回路的延時(shí)。所述電流檢測(cè)回路延時(shí)的計(jì)算方法為：在調(diào)制波中加入5次和7次諧波，采集三相電感電流和輸出電壓；測(cè)量采樣電流的相對(duì)于輸出電壓的相位差其中，分別為逆變器輸出為工頻、5倍頻和7倍頻下，采樣電流的相對(duì)于輸出電壓的相位差；根據(jù)以下公式計(jì)算基波延時(shí)t：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明采用在abc坐標(biāo)系進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牡姆椒ǎ?dāng)檢測(cè)到電感電流極性以后，各個(gè)相的電壓誤差就可以輕易得到，只需要將這個(gè)電壓差加到電壓指令上，就完成了死區(qū)補(bǔ)償。采用abc坐標(biāo)系的死區(qū)補(bǔ)償方法，簡(jiǎn)單明了，而且不需要列寫電壓誤差表。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明中三相逆變器的主電路圖。圖2為本發(fā)明中三相逆變器電感電流為正（ia>0）時(shí)的控制信號(hào)和開關(guān)中點(diǎn)的輸出波形。圖3為本發(fā)明中采樣電感電流極性檢測(cè)框圖。圖4為考慮死區(qū)的逆變器簡(jiǎn)易模型及其相量圖，其中，圖4a為簡(jiǎn)易模型圖，圖4b為電壓超前電流的相量圖，圖4b為電流超前電壓的相量圖。圖5為本發(fā)明的死區(qū)補(bǔ)償策略。圖6為本發(fā)明電流信號(hào)流程圖。圖7為實(shí)驗(yàn)結(jié)果及對(duì)比，其中，a圖為不進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償?shù)妮敵鲭妷杭半娏鞑ㄐ螆D，b圖為不考慮電流延時(shí)的死區(qū)補(bǔ)償?shù)碾妷杭半娏鞑ㄐ螆D，c圖為本發(fā)明考慮電流延時(shí)的死區(qū)補(bǔ)償?shù)碾妷杭半娏鞑ㄐ螆D。具體實(shí)施方式本發(fā)明主要包括兩部分：1.電感電流極性的準(zhǔn)確判斷2.針對(duì)三相系統(tǒng)的abc坐標(biāo)下的死區(qū)補(bǔ)償策略。其中，電感電流極性的準(zhǔn)確判斷又可以分為：1采樣電感電流極性檢測(cè)對(duì)于采樣得到的電感電流，由于含有大量諧波，尤其是電感電流本身就很小時(shí)，會(huì)在一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)反復(fù)過(guò)零，因此并不能直接用來(lái)檢測(cè)其極性。同樣的，也不能直接使用低通濾波器（LPF）來(lái)濾除諧波，因?yàn)檫@樣也會(huì)給基波帶來(lái)一個(gè)延遲，降低電流極性檢測(cè)的精確程度。本發(fā)明公布了一種采樣電感電流極性的檢測(cè)方法。通過(guò)采集三相電感電流，轉(zhuǎn)換到DQ坐標(biāo)系，基波電流將會(huì)成為直流量，而諧波成分仍然為交流量，這時(shí)候通過(guò)一個(gè)截止頻率很低的低通濾波器，將交流成分濾掉，得到直流成分，再反變換到abc坐標(biāo)系，就可以得到各相電流的基波成分（根據(jù)圖5，低通濾波后，要將直流成分轉(zhuǎn)換為DQ坐標(biāo)系的角度或相位。那么是否應(yīng)當(dāng)是轉(zhuǎn)換為DQ坐標(biāo)系的角度或相位后，反變換到abc坐標(biāo)系，得到各相電流的基波成分）。使用這個(gè)濾波后的電流來(lái)判斷極性，相比于直接使用采樣電流，將大大提高準(zhǔn)確性。控制框圖見(jiàn)圖3。該采樣電流檢測(cè)方法，濾去了電流中的高頻諧波，同時(shí)避免了對(duì)交流量使用濾波器，進(jìn)而避免了基波延遲，可以很準(zhǔn)確的得到采樣電流的極性。2電流檢測(cè)回路延時(shí)測(cè)量實(shí)際中，電流檢測(cè)回路，總會(huì)或多或少的帶來(lái)延遲，而這個(gè)延遲，在死區(qū)補(bǔ)償方法中并不能消除，因而必然會(huì)降低補(bǔ)償效果。本發(fā)明公布了一種電流檢測(cè)回路延遲的測(cè)量方法，通過(guò)在調(diào)制波中加入5次和7次諧波，并計(jì)算輸出響應(yīng)中對(duì)應(yīng)諧波的相移，進(jìn)而得到只含有檢測(cè)回路延時(shí)t的方程，通過(guò)數(shù)值解法，可以準(zhǔn)確解得測(cè)量回路的延時(shí)。3由死區(qū)造成的基波延遲估算由于在計(jì)算測(cè)量回路延時(shí)的時(shí)候，假定逆變器中點(diǎn)電壓的基波成分和調(diào)制波是同相位的，這在理想的逆變器中是必然成立的，但是考慮到死區(qū)以后，這兩者之間會(huì)有一定的相位差，這將會(huì)降低測(cè)量精度。本發(fā)明通過(guò)建立考慮死區(qū)的逆變器簡(jiǎn)易模型，可以很容易的計(jì)算出這個(gè)延遲，進(jìn)而在計(jì)算測(cè)量回路延時(shí)的時(shí)候，消除了這個(gè)延遲的影響，提高了精確度。通過(guò)這三步可以準(zhǔn)確的得到電感電流基波的極性，檢測(cè)到電感電流極性以后，各個(gè)相的電壓誤差就可以輕易得到，只需要將這個(gè)電壓差加到電壓指令上，就完成了死區(qū)補(bǔ)償。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1所示為三相電壓型逆變器的主電路，一般的，我們采集三相電感電流（ia，ib，ic）和電容電壓（va，vb，vc）進(jìn)行控制。本發(fā)明公布的死區(qū)補(bǔ)償方法，在這個(gè)基礎(chǔ)上，并不需要額外的硬件電路。首先，我們需要估算死區(qū)造成的基波延遲。為了簡(jiǎn)化分析，我們建立了考慮死區(qū)的逆變器簡(jiǎn)易模型。由于死區(qū)造成的電壓差幅值為定值，其正負(fù)與電流的極性相同，那么取逆變器中的某一相，死區(qū)造成的電壓差，就可以用一個(gè)由電感電流控制的電流控制電壓源來(lái)表示。如圖4，其中代表負(fù)載阻抗（包括電感，電阻，電容），U為無(wú)死區(qū)時(shí)逆變器輸出電壓，受控源表示了由死區(qū)造成的電壓誤差。無(wú)論是電壓超前電流還是電流超前電壓，根據(jù)相量圖，總可以得到下式：這里，是負(fù)載阻抗角，△V為死區(qū)造成的電壓差的幅值，U為無(wú)死區(qū)時(shí)逆變器的輸出電壓幅值，θ就是所要求的由死區(qū)造成的逆變器輸出基波延遲。根據(jù)等式（3），我們可以輕松地計(jì)算出這個(gè)延遲，為了后面計(jì)算方便，我們分別計(jì)算在50Hz，250Hz，350Hz時(shí)由死區(qū)造成的基波延遲θ1，θ5，θ7。這3個(gè)延遲將會(huì)在后面計(jì)算電流測(cè)量電路延遲時(shí)用到。接著，我們計(jì)算電流測(cè)量電路延時(shí)。假定實(shí)際的電感電流和采樣得到的電感電流之間有一個(gè)延時(shí)t，這個(gè)延時(shí)，可能由電流霍爾，AD轉(zhuǎn)換等原因造成。直接使用采樣的電感電流極性，將會(huì)降低補(bǔ)償精度。因此計(jì)算并消除這個(gè)延時(shí)的影響，是十分必要的。這一步需要在一臺(tái)逆變器正式投入工作之前完成，而且如果電流測(cè)量回路沒(méi)有發(fā)生變化，這個(gè)值將是恒定值，只需要測(cè)量一次就可以一直使用。實(shí)際的電感電流相位和采樣電感電流相位之間的關(guān)系可以用下式表示：對(duì)于圖1所示的逆變器，其負(fù)載阻抗角可以用下式表示：假定調(diào)制波初始相位為零，考慮整個(gè)電流信號(hào)的流程如圖6所示，則有通常逆變器的負(fù)載會(huì)有變動(dòng)，而且由于負(fù)載參數(shù)并不精確，所以我們并不希望使用R,L,C的具體值，而是采用變頻率的方法，計(jì)算電流測(cè)量電路延遲。當(dāng)采用不同頻率時(shí)，例如工頻，5倍頻和7倍頻，可以得到以及對(duì)（8）式進(jìn)行化簡(jiǎn)，可以得到：考慮（7）（9）式，經(jīng)過(guò)整理，可以得到：通過(guò)解這個(gè)方程，就可以得到有電流測(cè)量回路帶來(lái)的延時(shí)t。具體的操作步驟如下：步驟1：分別調(diào)整逆變器的輸出為50Hz,250Hz,350Hz（即工頻，5倍頻和7倍頻），并采樣三相電感電流和輸出電壓。步驟2：測(cè)量采樣電流的相對(duì)于輸出電壓的相位差這里可以使用FFT方法，也可以把三相電壓和電流都變換都DQ坐標(biāo)系，計(jì)算電壓向量和電流向量的相位差。步驟3：將測(cè)量到的代入等式（8），解出延時(shí)t。以上就是電流測(cè)量電路延時(shí)的計(jì)算方法，在獲得了延時(shí)t后，我們就可以用采樣的電感電流相位，減去由這個(gè)延時(shí)造成的相位差，即得到了實(shí)際電感電流的相位。接下來(lái)，我們采用圖3所示方法，測(cè)量采樣電感電流的相位。具體步驟如下：步驟1：采樣三相電流，并旋轉(zhuǎn)到DQ坐標(biāo)系。步驟2：在DQ坐標(biāo)系設(shè)置一個(gè)直接頻率很低的低通濾波器，濾除交流成分，獲取直流成分。步驟3：作反DQ變換，得到電感電流的基波成分，并有這個(gè)基波成分，獲得電感電流極性。通過(guò)之前的方法，我們就得到了電感電流極性的準(zhǔn)確值，可以用這個(gè)值，進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償了，總體的補(bǔ)償方法見(jiàn)圖5。圖6為實(shí)驗(yàn)結(jié)果及對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)采用MWINV-9R144逆變器平臺(tái)，直流側(cè)電壓200V，三相對(duì)稱，電感3.5mH，電容15μF，電阻20Ω，開關(guān)頻率10kHz，死區(qū)時(shí)間為6μs。（a）是不補(bǔ)償?shù)哪孀兤鬏敵霾ㄐ渭癟HD（b）是直接利用采樣電流極性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟ㄐ渭癟HD（c）是采用本發(fā)明的輸出波形及THD?？梢?jiàn)，本發(fā)明可以在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，繼續(xù)提高補(bǔ)償效果，改善補(bǔ)償波形。