双有源桥DC-DC变换器三移相调制及其死区效应分析和补偿

针对双有源桥(DAB)变换器宽电压范围应用,该文研究一种全工况连续、表达形式统一、计算量小的三移相(TPS)调制策略,并分析其功率传输特性及软开关性能。结合工程应用中的非理想因素,对TPS调制不同开关模式下的死区效应及其边界进行研究,给出DAB宽电压范围运行时避免电压跌落和极性反转的约束条件。针对死区引入的移相比损失、软开关范围减小等问题,提出一种基于开关脉冲调整的死区补偿策略以补偿移相比损失,重新获取全工况软开关范围,降低死区引入的附加电流应力及损耗、提升效率。最后通过仿真和实验验证所提策略的有效性。

考虑死区效应的双有源桥直流变压器损耗优化

死区效应导致双有源桥(DAB)变换器的功率传输特性及零电压开通运行范围偏离理想模型,建立考虑死区效应的稳态模型对DAB优化控制具有重要意义。文中详细分析了死区中的电路模态以及模态间的转换过程,提出基于状态机的死区计算模型,实现了SiC MOSFET不完全零电压开通现象的定量分析。提出基于离散时间序列方法的DAB稳态计算模型,降低了建模复杂性,实现了三重移相控制下死区状态的准确计算。受益于DAB稳态模型的计算速度,基于参数遍历优化方法实现2 kV/150 kW直流变压器模块的全工况损耗最优控制。采用3.3 kV碳化硅器件搭建了150 kW直流变压器模块样机,在损耗最优控制策略下10%至100%功率范围内的效率大于98.0%,峰值效率达到99.3%。

三电平变流器中点波动和死区效应优化策略

正弦脉宽调制(SPWM)由于简单易操作而被广泛运用于三电平变流器,但是针对三电平变流器的中点平衡问题,采用常规SPWM方法无法消除中点电压的低频脉动。所以在此首先建立中点电压波动的数学模型,凝练出中点电压波动和中点电流的关系,结合中点电压低频脉动消除原理和死区效应消除原理,提出一种四调制波策略。与传统SPWM方式相比,不仅有效消除了三电平变流器中点电压的低频脉动,而且还提高了变流器输出电流波形质量,并通过实验结果验证了理论分析的正确性和该方法的有效性。

开关缓冲电容与死区效应对双有源桥式变换器传输功率影响

为了精确地反映死区时间对双有源桥式变换器(dual active bridge,DAB)移相角偏移与传输功率的影响,将缓冲电容的作用引入到DAB死区效应的分析中。通过设定最优死区时间将电感电流过零点排除在死区时段之外,降低了不同电压模式下死区过程分析的难度,并得到一个更精确的DAB移相角与传输功率的模型。结果表明:应用该模型能够准确地计算出DAB任意工况下的静态工作点,从而提高DAB小信号建模的精度。

基于ADRC的四臂桥驱动伺服系统死区效应补偿

为了降低死区效应对伺服电机驱动系统的影响,对驱动电路进行设计、分析的基础上,引入自抗扰控制并串联内模状态观测器加以优化,对产生的死区进行补偿。首先,提出了一种四臂桥变换器驱动电路拓扑结构,分析了臂桥产生的死区电压规律。提出齿隙死区模型,分析齿隙死区对系统的影响;其次,将扩张状态观测器与内含内模原理的观测器串联,设计出可降阶的新型死区补偿控制器;最后,将改进的自抗扰控制策略应用于四臂桥驱动伺服电机齿隙死区模型,改善系统性能。结果表明,引入改进自抗扰控制器后,死区效应对伺服系统的影响降低了约40%,系统抗干扰能力增强,补偿效果稳定。

五电平有源钳位型变换器SVPWM死区效应分析与补偿方法研究

针对五电平有源钳位型变换器SVPWM调制的死区时间会导致跨电平跳变电压尖峰,产生过高的dv/dt影响系统稳定性的问题,提出一种不影响SVPWM调制效果的死区跨电平跳变补偿方法。首先对死区寄生模态导致电压误差的产生原理进行分析,列举了所有跳变过程中寄生电流的导通路径,采用在特定参考电压限定开关模态、筛选开关序列和脉冲调整等方法,重新规划电流导通过程,分类消除了跨电平跳变现象。最后搭建了实验样机,通过仿真和实验的手段对补偿方法进行了验证,对相同条件下的实验结果进行快速傅里叶对比分析,证明提出的死区补偿方法对输出电压谐波含量只产生了0.51%的微弱影响,且能有效消除跨电平跳变电压尖峰,表明该方法能维持五电平SVPWM良好的调制效果的同时,消除跨电平跳变隐患。

三相PWM整流器的死区效应分析及补偿方法

在三相PWM整流器的功率管驱动信号中加入死区时间可防止电压直通,但这会对变换器的电压电流波形产生影响,称之为死区效应。为此,详细描述了死区时间内变换器的工作过程,提出了三相PWM整流器的死区电压效应和电流效应,并分别进行了定量分析。然后结合空间矢量调制策略,引入了死区效应空间矢量的概念,统一并从本质上解释了死区的两种效应。为了克服死区效应的不良影响,提出了两种补偿措施,并详细介绍了利用DSP的数字实现方法,这两种措施均不需要改变硬件电路,也不会增加控制器的复杂度和负担。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和补偿措施的有效性,还指明了进一步研究的方向。

感应电机空间矢量PWM控制逆变器死区效应补偿

针对感应电机矢量控制系统,提出了一种可以同时补偿死区误差电压并消除零电流钳位现象的死区补偿方法。在分析影响死区效应的因素以及等效死区时间表达式的基础上,采用平均死区时间补偿法,在两相静止轴系中对等效死区时间产生的误差电压进行了补偿。为了提高电流极性检测的准确性,利用旋转轴系中的励磁电流和转矩电流分量经过坐标反变换,判断电流在两相静止轴系所处的扇区来决定需要施加的补偿电压。另外,为了改善输出电流波形的质量,将一种零电流钳位效应消除方法结合到上述补偿方法中。通过TMS320F2812DSP芯片实现补偿算法,并在11kW感应电机矢量控制系统中验证了死区补偿算法的有效性。

正弦和空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿

给出了PWM逆变器死区效应引起的误差电压矢量,采用矢量合成的方法,推导了死区效应作用下电机绕组产生的合成电压矢量的幅值和相位计算公式,结合仿真分析了合成电压矢量的特征。为保证开关管实际开通时间与理想给定开通时间相等,提出了死区的时间补偿方法,结合SVPWM的特点,得到了简化算式。从消除误差电压矢量着手,提出了死区的电压补偿方法,根据SPWM和SVPWM调制方法不同,分别计算出在定子三相静止坐标系和两相静止坐标系内做死区电压补偿的算式。实验结果表明,所提出的补偿方法能使电机相电流波形正弦化,提高了逆变器输出性能。

SPWM逆变器死区效应的研究

在ＳＰＷＭ逆变器中，为防止同一桥臂上的上下两个器件发生直通现象，必须注入若干微秒的死区时间。死区会导致逆变器的波形畸变，即死区效应，如输出基波电压降低、谐波成分增大等，这种效应随着调制频率的增大而增加，其结果是影响了高速开关器件的有效利用，降低了ＳＰＷＭ调速系统的动、静态性能，增大了低次谐波的抑制难度。文章对不同使用条件下死区时间引起的输出电压基波、低次谐波的变化规律进行了系统分析，建立了定量计算的数学模型，给出了仿真曲线，并以实验结果作了验证。所得结论对于ＳＰＷＭ逆变器的设计具有一定的参考作用。

一种永磁同步电机矢量控制SVPWM死区效应在线补偿方法

在电压源型逆变器驱动的永磁同步电机系统中,开关器件的死区效应会导致电机电流畸变,电机转矩波动和额外功率损耗。该文详细分析由死区效应所引起的开关管导通时间误差和电机相电压的误差,并结合永磁同步电机d轴电流给定为零的矢量控制算法,提出基于q轴电流误差的死区时间在线补偿算法,所提算法无需电机和逆变器的精确模型,且未增加硬件电路。此外,将dq旋转坐标系下的参考电流变换到三相静止坐标系,利用参考电流可准确判定电流方向,解决了电流过零点附近方向不易判断的问题。最后,对传统死区补偿算法与所提出的在线补偿算法进行对比实验研究,实验结果验证了所提死区补偿策略能够较好地解决死区效应所引起的电流畸变问题。

SPWM逆变器死区效应分析

本文通过数学模型和仿真分析了死区时间对逆变器输出电压和产生附加谐波方面的影响 ,进而对电动机负载中磁链矢量偏移和附加损耗方面进行了讨论 ,同时提出了几种死区补偿分析方法 ,使 SPWM技术在实际变频系统中得到更为有效的应用。

单相SPWM逆变器的死区效应分析和补偿策略

文章详细分析了单相 SPWM逆变器中死区时间和开关器件固有特性对输出波形的影响 ,提出了 1种基于重复控制的死区补偿策略 ,该方法有效地改善了输出电压的波形畸变。在 1台 40 0 Hz、7.5 k V A样机上的实验结果验证了该补偿策略的有效性。

谐波域死区效应分析及补偿方法的研究

针对有源电力滤波器存在的死区问题,本文从基波域和谐波域进行定量分析,并利用死区效应影响系数,对不同死区时间及开关频率等条件下死区对有源电力滤波器(APF)输出的影响进行深入研究。结合工程经验及APF工作的特点,比较研究了3种实用的死区补偿方法,包括:无死区开关控制模式、新型电流反馈死区补偿方法及死区时间在线预补偿方法。为验证该文所述死区补偿方法的有效性,在实验室搭建注入式混合型有源电力滤波器实验平台,实验结果表明,采用该文所述死区补偿方法后,死区的不良影响得到了有效抑制。

并联型APF死区效应分析及对策

针对并联型APF中逆变器存在的死区问题,从基波域和谐波域两方面开展定量分析,运用死区效应的影响指数,对不同死区时间及开关频率等条件下的死区效应进行仿真估计。通过分析逆变器上下桥臂的换流与输出电流流向的关系,结合并联型APF补偿输出为基波和谐波叠加的特点,提出在输出电流过零点附近设置正负对等的判断区间,仅在区间内的输出电流换向阶段加入死区,其他时间通过判断电流方向以封锁相应桥臂触发脉冲的死区处理方法,使得由于死区导致的误差脉冲仅存在于电流过零点附近,降低了死区效应的影响。仿真和实验表明,该方法适用于同时进行谐波和无功补偿的并联型APF。

计及寄生电容和纹波电流的电压源型逆变器死区效应与补偿方法

电压源型逆变器中固有的死区效应降低了输出电压的品质。为了精确补偿死区效应,需要建立死区效应导致的逆变器输出电压失真的精确模型。但是,已有死区效应模型没有考虑开关管等效并联电容和电感电流纹波对于死区效应的影响,导致死区补偿结果难以优化。本文通过详细分析和推导,发现寄生电容和纹波电流会影响输出电压的精度,并给出了输出电压误差的精确数学表达式。在此基础上,本文提出一种在线、自适应的死区精确补偿方法。最后,通过仿真和实验证明了本文分析的正确性和死区补偿方法的有效性。

双重d-q空间下五相电压源逆变器空间矢量脉宽调制死区效应分析与补偿

电压源逆变器(voltage source inverter,VSI)受到死区效应以及开关暂态过程等非线性因素的影响,导致负载电机定子相电流中含有低次谐波,畸变率较大。针对五相VSI系统,在分析其双重d-q子谐波空间及电压矢量空间状态分布的基础上,进行空间矢量脉宽调制算法死区效应的研究。然后,以五相永磁同步电机矢量控制算法为例,根据仿真中设置不同的死区时间得到的电压谐波含量,验证理论分析的正确性,同时对其电流控制方案进行改进,实现双重d-q空间下的谐波电流闭环抑制,从而对VSI系统死区效应进行补偿,达到了消除电机电流中低次谐波的目的。计算机仿真和硬件在环半实物实验结果均验证了该方案的正确性和有效性。

三相三线制SPWM逆变器死区效应分析

针对死区时间的加入所带来的死区效应(如对输出电压基波和低次谐波含量的影响),建立了定量计算的数学模型,详细分析了不同条件下,死区效应与死区时间、调制系数、开关频率和功率因数角之间的关系。在Matlab上对其进行了Simulink仿真,在一台3 kW三相三线制逆变器上进行了实验。理论分析结果表明,死区时间的引入会降低输出电压基波幅值和增大低次谐波的含量。理论曲线和仿真、实验数据拟合曲线基本吻合,验证了数学模型的正确性。该分析对SPWM逆变器的设计具有一定的参考意义。

IPMSM控制系统逆变器死区效应分析与在线补偿

为解决矢量控制凸极永磁同步电机系统低速和轻载时,电压源逆变器死区效应导致相电压和相电流低频谐波,零电流钳位效应以及转矩脉动等问题,在详细分析了死区效应的基础上,提出了基于双扰动观测器的在线死区补偿方法。该方法是在转子旋转坐标系下用双扰动观测器观测出扰动电压,将其前馈给指令电压进行补偿,且无需知道死区时间、功率器件开关延迟时间及导通管压降等。实验结果表明该方法能明显抑制电流低频谐波,削弱死区效应,提高系统低速轻载运行性能。

级联型高压变频器死区效应分析

设计电压型PWM变频器时死区时间的设定会造成输出谐波增加、负载电动机转矩脉动,严重时甚至引起电动机震荡。针对电压胞级联型结构的高压变频器,通过理论推导和仿真分析,较为详细的探讨了其死区效应的特点和影响因素。研究证明,电压胞级联型高压变频器死区效应与电压胞个数无关,随频率调制比和死区时间的变化而同步变化,且总的看来死区的影响不很严重,但从高性能调速的角度,适当的死区补偿也是必要的。