周元元，陳兵兵，程 瑩，范程華，魯世斌

（合肥師范學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

1 引言

IGBT器件本身具有非理想開關(guān)特性，這將導(dǎo)致逆變器非線性輸出。文獻(xiàn)［1－3］得出了死區(qū)效應(yīng)的影響：造成輸出電壓基波幅值下降、低次諧波增加，與此同時(shí)，電流波形發(fā)生畸變以及電機(jī)的諧波損耗隨之增加［4］。在低頻以及高頻載波時(shí)，導(dǎo)致電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大脈動，嚴(yán)重的影響系統(tǒng)性能［5］。

根據(jù)死區(qū)補(bǔ)償?shù)脑?，可以檢測電機(jī)三相上電流的方向，然后對三個橋臂分別進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償。若直接檢測相電流過零點(diǎn)，容易受噪聲、高頻和過零“臺階”等干擾，因此相電流的過零點(diǎn)的確定比較困難［6－7］。文獻(xiàn)［8］提出了電流重構(gòu)方法，該方法通過間接檢測相電流的過零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，但是，它容易受電流矢量角的估算精度影響，在低頻或零頻時(shí)，電流矢量角的估算精度較差，從而影響死區(qū)補(bǔ)償，此外IGBT的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間受結(jié)溫和導(dǎo)通電流的影響。本文在分析死區(qū)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，得出利用重構(gòu)電壓進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆椒跋嚓P(guān)的驗(yàn)證策略。

2 死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆椒?/h2>

由于電機(jī)的輸出電壓不可直接測量，需由占空比、直流母線電壓重構(gòu)得到，而死區(qū)效應(yīng)則是其中一項(xiàng)必須考慮的因素。該算法是一種基本的方法，并不涉及諧波分量的補(bǔ)償，ABC三相的補(bǔ)償量分別是：

式中Td代表死區(qū)時(shí)間，ton代表IGBT開通延時(shí)，toff代表IGBT關(guān)斷延時(shí)，Ts代表開關(guān)周期，sign（x）是符號函數(shù)，x＞0為1，否則為－1。按照以上方法，開關(guān)周期、死區(qū)時(shí)間是程序中設(shè)定，為精確的已知值，需要對開通／關(guān)斷延時(shí)進(jìn)行測量，進(jìn)而對重構(gòu)電壓進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償。圖1和圖2分別顯示了開通和關(guān)斷延時(shí)。根據(jù)測量，關(guān)斷時(shí)間比開通時(shí)間大約長0.05～0.1us，程序中實(shí)際采用了0.08us。

3 電流方向的判斷

死區(qū)補(bǔ)償另一個主要問題就是電流方向的判斷，而電流在過零點(diǎn)附近又很難準(zhǔn)確檢測，將易于導(dǎo)致誤補(bǔ)償［9］?？紤]到dq軸上的電流穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)是直流信號，所以對dq軸電流進(jìn)行低通濾波，然后經(jīng)過反變換后就可以得到較為平滑的電流信號，能更為準(zhǔn)確判斷電流方向。圖3顯示了原始A相電流和經(jīng)過處理過的A相電流，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過處理前后，電流相位依然保持一致，但處理后的電流波形更為平滑。

圖1 開通延時(shí) 圖2 關(guān)斷延時(shí)

圖3 處理前后的A相電流

4 磁鏈觀測

具體補(bǔ)償效果要通過電壓磁鏈觀測來體現(xiàn)，若電壓經(jīng)過補(bǔ)償后所觀測到的磁鏈更準(zhǔn)確，則說明補(bǔ)償效果好。按照上述方法進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償后，對比補(bǔ)償前后的α相的電壓，如圖4所示。

圖4 補(bǔ)償前后電壓磁鏈對比

為了檢驗(yàn)死區(qū)補(bǔ)償效果，同時(shí)起到校驗(yàn)參數(shù)的作用，利用電壓模型進(jìn)行磁鏈觀測。若參數(shù)準(zhǔn)確，磁鏈的電流模型和電壓模型觀測結(jié)果應(yīng)是一致的，電壓模型基本方程如下式所示：

其中uα、uβ為α、β軸定子電壓；iα、iβ為α、β軸定子電壓；Ls、Lr、Lm、Rs分別為定子自感、轉(zhuǎn)子自感、定轉(zhuǎn)子互感、定子電阻；σ為漏磁系數(shù)，σ＝1－Lm2／LsLr。

除了低速區(qū)域，電壓模型對參數(shù)敏感性較低，但其存在一個純積分問題，積分運(yùn)算結(jié)果如圖5所示，可以看到經(jīng)過積分后無直流偏置，經(jīng)過積分后信號滯后90°，符合積分運(yùn)算原理。

圖5 改進(jìn)積分器積分效果

解決了純積分問題后，就可以進(jìn)行電壓模型磁鏈觀測了，電壓模型和電流模型的磁鏈觀測結(jié)果應(yīng)該是一致的。當(dāng)重構(gòu)電壓沒有死區(qū)補(bǔ)償，則觀測結(jié)果如圖6所示，兩者有較大差距。

圖6 未經(jīng)死區(qū)補(bǔ)償?shù)拇沛溣^測結(jié)果

圖7 經(jīng)過死區(qū)補(bǔ)償后的磁鏈觀測結(jié)果

磁鏈的相位誤差對后續(xù)的在線參數(shù)辨識有較大影響，對重構(gòu)電壓進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償，再次進(jìn)行磁鏈觀測，結(jié)果如圖7所示，可以發(fā)現(xiàn)兩者吻合得較好，說明死區(qū)補(bǔ)償效果顯著。

5 結(jié)束語

本文針對IGBT的死區(qū)效應(yīng)，提出利用重構(gòu)電壓進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆椒?。?shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可以獲得良好的電壓磁鏈波形，另外處理后相電流變得平滑且能方便的判斷出相電流過零附件的方向，避免了電流過零點(diǎn)的檢測的不準(zhǔn)確性，顯著提高了系統(tǒng)性能。綜上所述，本文很好的解決了死區(qū)補(bǔ)償常見的兩個難題。

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