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开关死区对SPWM逆变器输出电压波形的影响

开关死区对SPWM逆变器输出电压波形的影响

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uAO′=sinωst+Jo()cosm·sin(mNωst)-Jn()[cos(m+n)π-1]cosmsin[(mN+n)ωst](2)

2.2对死区双边对称设置时uD1.4的谐波分析

图(1)b中误差波uD1.4,其双重傅立叶级数中的(3)

对于载波及载波m次谐波的上下边频:;Bmn=0

2.3死区双边对称设置时uAO″的谐波分析

由图1(b)可知,实际波uAO″等于有死区波uAO′与误差波uD1.4之和。由于死区是双边对称设置,所以uAO′与调制波uS相位相同,电流iA滞后于uAO′一个φ角,而误差波uD1.4又与iA相位相反,因此,uD1.4的相位超前于uAO′180°-φ,如图(2)所示。因此,当以uAO′的相位为基准时可得:

uAO″=uAO′0°+uD1.4180°-φ(5)uAO′与uD1.4的基波幅值uAO(1)′=;,由图(2)可知:uAO″的基波幅值UAO(1)″的初相位角(6)

2.4死区单边不对称设置时uAO″的谐波分析对于图1(c),由于死区是不对称设置,即只在脉冲前沿设有死区△t,故uAO′滞后于调制波us的相位角为。但当以uAO′的相位为基准时,uAO″、uAO′、uD1.4的相位关系与对称设置时相同,故按着与前面相同的方法可以得到:

uAO″=uAO′0°+uD1.4180°-φ(7)

3死区对输出电压波形影响的分析

无死区理想波uAO的双重傅立叶级数方程式,可以用方程式(2)令△t=0得到:当死区双边对称设置时,理想波uAO与实际波uAO″之间的偏差电压udev由图1(b),可知:

udev=uAO0°-uAO″φ′

偏差电压udev的相位与电流iA相同,与误差电压uD1.4相位相反。

udev=uAO0°-uAO′0°-uD1.4180°-φ(9)

将方程式(6)、(7)与方程式(8)比较可知,死区对输出电压的波形存在着明显的影响,影响的大小与死区△t的值和载波比N有关。

Lfj3.gif (8446 字节)

图3死区△t对基波幅值的影响

Lfj4.gif (13385 字节)

图4载波比N对基波与谐波的影响

●死区△t的影响:空载时二极管不续流,死区对输出电压影响不大,感性负载时二极管续流产生误差波uD1.4,使输出电压基波幅值减小,相位超前φ′角,并出现了幅值为的3、5、7……次谐波,死区△t越大,这种影响越大。

●载波比N的影响:方程(6)、(7)中的ωc=Nωs,所以当N增大时,输出电压基波幅值的减小和3、5、7……次谐波的增大更严重。输出电压uAO″方程中产生的3、5、7……次谐波,随着N的增大而上升;而uAO″中的载波下边频产生的3、5、7……次谐波,随着N的增大而减小。因此,输出电压uAO″中3、5、7……次谐波的总和,随着N的增加呈现出先减小而后增大的变化,中间有一个使3、5、7……次谐波含量为最小的最佳载波比N。这就打破了SPWM逆变器随着N的增大而使低次谐波含量减小的传统理论。

4计算机辅助分析和实验曲线

4.1死区△t对输出电压基波幅值的影响

图(3)给出了输出频率为40Hz、M=0.8、N=15、cosφ≈1和cosφ=0.8时基波幅值与死区△t的关系曲线,可以看出随着△t的增大基波幅值下降,当cosφ≈1时基波线性下降。

4.2载波比N对输出基波电压和3、5、7……次谐波的影响

图(4)给出了输出频率为40Hz、M=0.8、△t=40μs、cosφ=0.8时基波幅值和3、5、7……次谐波幅值与载波比N的关系曲线,可以看出随着N的增大基波幅值大幅度降低,当N=99时基波幅值降低到理论值的37%;随着N的增大,3、5、7……次谐波的幅值先是下降,当N>15时开始显著上升。对于3次谐波,当N=9时为最小,当N>9时随着N的增加显著上升,当N=99时上升到基波理论值的21%。由此图可知N=15时是最佳载波比。

5结语

在SPWM逆变器中,设置死区△t对输出电压波形有明显的影响:

(1)使输出电压基波幅值减小,并产生出与△tN成正比的3、5、7……次谐波。

(2)对于有死区的SPWM逆变器,随着载波N的增大,输出电压uAO″中的3、5、7……次谐波幅值先是减小,当N>15以后显著增大。不像传统理论中所说的,随着载波N的增大,低次谐波含量将逐渐减小的结论。(3)对于变频调速系统,当电机低速运行时ωs减小,使载波比相应增大,因此△t与N将使基波幅值减小,和3、5、7……次谐波增大的影响更加严重,在这种情况下,为了保证电机的正常运转,必须对死区的不良影响进行补偿。

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