SPWM逆变器死区问题研究

下面对死区带来的谐波影响进行分析：
参考文献[2]在一个基波周期内把N个由Td引起的正负脉冲等效成一定高度的矩形波Ve，则其傅里叶展开式为：


式中,ΔTHD为忽略PWM调制波固有的谐波含量，而只考虑死区时间对基波电压的总谐波畸变率。由式(7)可以看出,死区对输出电压带来的谐波总畸变率ΔTHD与调制深度M、开关频率f、功率因数角φ及死区时间Td之间的关系。进行仿真可得到其变化规律曲线如图5所示(仿真中只针对第一边带内的低次谐波进行ΔTHD测量)。对图5 ΔTHD变化规律分析如下：
图5(a)曲线1、2、3分别为ΔTHD在M=0.5，N=120，T=0.02 s，φ=30°、45°、60°时随死区时间Td的变化规律。总谐波畸变率ΔTHD随死区时间的增大而成直线上升，死区时间越大，畸变率越高。同时由曲线1、2、3的对比可以看到功率因数越低(即功率因数角越大)，畸变率越大。图中虚线4为由式(7)计算所得的理论值（下同）。
图5(b)曲线1、2、3分别为ΔTHD在M=0.7、0.5、0.3,φ=45°，Td=4 μs时随频率调制比N的变化规律，当输出频率不变，开关频率增加时，ΔTHD增加。图中虚线4为M=0.5时的理论计算曲线。
图5(c)曲线1、2、3分别为ΔTHD在N=120，T=0.02 s，Td=4 μs，φ=60°、45°、30°时随调制深度M的变化规律。由曲线图可得在相同的功率因数下,ΔTHD随M的增大而减小，即调制比越大，畸变率越小。图中虚线4为φ=45°的理论计算曲线。
由图5(a)、(c)可看出ΔTHD与功率因数之间的关系，功率因数越大(功率因数角越小)，畸变率ΔTHD的值越小。图5(d)曲线1、2、3分别是ΔTHD在M=0.7、0.5、0.3,Td=4 μs，N=120，T=0.02 s时随功率因数的变化规律。由此可以看到，随功率因数角的增大(即功率因数的减小)，ΔTHD的值也增大，图中虚线4为M=0.5时的理论计算曲线。

在研究中均保持其他条件相同情况下，谐波总含量ΔTHD： (1)与Td成正比，即死区越大，低次谐波含量越大，反之亦然；(2)与N值成反比，即N越大，谐波含量越小，反之亦然； (3)与M成反比，即调制比越大，谐波含量越小，反之亦然；(4)与φ成正比，即功率因数角越大，谐波含量越大，反之亦然。由图中可以看到,仿真曲线与理论曲线的变化趋势是一致的，在一定的误差范围内，理论计算值与仿真值存在少许差别是正常的。
由上述分析可知，死区效应对逆变器性能产生了许多有害的影响，且死区时间、逆变器的开关频率、调制比以及负载的功率因数等都会对其产生不同的影响。
　 (1)死区效应影响逆变器的输出基波电压。输出基波电压随死区时间的增加而线性减小；功率因数越大，基波幅值越小；开关频率越高，基波幅值下降越快。
　 (2)死区效应使逆变器输出电压波形增加附加谐波(主要是带来低次谐波),使输出电压产生较大的畸变。ΔTHD随死区时间的增大线性增大；功率因数越大，畸变率越小；开关频率越高，畸变率越大；调制比越小，畸变率越大。
因此在逆变器的设计上要综合考虑各方面的影响。另外，死区效应带来的主要是低次谐波，而低次谐波的抑制也较为困难，若采用滤波器会带来体积大、造价高及内部电压降等一系列不良后果。因此，对死区进行补偿是十分必要的。
参考文献
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