SPWM逆變器死區問題研究

下面對死區帶來的諧波影響進行分析：
參考文獻[2]在一個基波周期內把N個由Td引起的正負脈沖等效成一定高度的矩形波Ve，則其傅里葉展開式為：


式中,ΔTHD為忽略PWM調制波固有的諧波含量，而只考慮死區時間對基波電壓的總諧波畸變率。由式(7)可以看出,死區對輸出電壓帶來的諧波總畸變率ΔTHD與調制深度M、開關頻率f、功率因數角φ及死區時間Td之間的關系。進行仿真可得到其變化規律曲線如圖5所示(仿真中只針對第一邊帶內的低次諧波進行ΔTHD測量)。對圖5 ΔTHD變化規律分析如下：
圖5(a)曲線1、2、3分別為ΔTHD在M=0.5，N=120，T=0.02 s，φ=30°、45°、60°時隨死區時間Td的變化規律?？傊C波畸變率ΔTHD隨死區時間的增大而成直線上升，死區時間越大，畸變率越高。同時由曲線1、2、3的對比可以看到功率因數越低(即功率因數角越大)，畸變率越大。圖中虛線4為由式(7)計算所得的理論值（下同）。
圖5(b)曲線1、2、3分別為ΔTHD在M=0.7、0.5、0.3,φ=45°，Td=4 μs時隨頻率調制比N的變化規律，當輸出頻率不變，開關頻率增加時，ΔTHD增加。圖中虛線4為M=0.5時的理論計算曲線。
圖5(c)曲線1、2、3分別為ΔTHD在N=120，T=0.02 s，Td=4 μs，φ=60°、45°、30°時隨調制深度M的變化規律。由曲線圖可得在相同的功率因數下,ΔTHD隨M的增大而減小，即調制比越大，畸變率越小。圖中虛線4為φ=45°的理論計算曲線。
由圖5(a)、(c)可看出ΔTHD與功率因數之間的關系，功率因數越大(功率因數角越小)，畸變率ΔTHD的值越小。圖5(d)曲線1、2、3分別是ΔTHD在M=0.7、0.5、0.3,Td=4 μs，N=120，T=0.02 s時隨功率因數的變化規律。由此可以看到，隨功率因數角的增大(即功率因數的減小)，ΔTHD的值也增大，圖中虛線4為M=0.5時的理論計算曲線。

在研究中均保持其他條件相同情況下，諧波總含量ΔTHD： (1)與Td成正比，即死區越大，低次諧波含量越大，反之亦然；(2)與N值成反比，即N越大，諧波含量越小，反之亦然； (3)與M成反比，即調制比越大，諧波含量越小，反之亦然；(4)與φ成正比，即功率因數角越大，諧波含量越大，反之亦然。由圖中可以看到,仿真曲線與理論曲線的變化趨勢是一致的，在一定的誤差范圍內，理論計算值與仿真值存在少許差別是正常的。
由上述分析可知，死區效應對逆變器性能產生了許多有害的影響，且死區時間、逆變器的開關頻率、調制比以及負載的功率因數等都會對其產生不同的影響。
　 (1)死區效應影響逆變器的輸出基波電壓。輸出基波電壓隨死區時間的增加而線性減?。还β室驍翟酱?，基波幅值越??；開關頻率越高，基波幅值下降越快。
　 (2)死區效應使逆變器輸出電壓波形增加附加諧波(主要是帶來低次諧波),使輸出電壓產生較大的畸變。ΔTHD隨死區時間的增大線性增大；功率因數越大，畸變率越??；開關頻率越高，畸變率越大；調制比越小，畸變率越大。
因此在逆變器的設計上要綜合考慮各方面的影響。另外，死區效應帶來的主要是低次諧波，而低次諧波的抑制也較為困難，若采用濾波器會帶來體積大、造價高及內部電壓降等一系列不良后果。因此，對死區進行補償是十分必要的。
參考文獻
[1] 劉陵順，尚安利，顧文錦．SPWM逆變器死區效應的研究[J]．電機與控制學報，2001(12)：237-241．
[2] 程曙．SPWM逆變器死區效應分析[J]．電力系統及其自動化學報，2002(4)：39-42．
[3] URASAKI N，SENJYU T，UEZATO K． An adaptive deadtime compensation strategy for voltage source inverter fed motor drives[J]． IEEE Transactions．on Power Electronics，2005，20(5)：1150-1160．
[4] ITKONEN T，LUUKKO J，SANKALA A，et al.Modeling and analysis of the dead-time effects in parallel PWM twolevel three-phase voltage-source inverter[J]． IEEE Trans．on Power Electronics，2009，24(11)：2446-2455．
[5] CHEN L，PENG F Z．Dead-time elimination for voltage source inverters[J]．IEEE Transactions．on Power Electronics, 2008，23(2)：574-580．
[6] 佟為明．SPWM電壓源逆變器變壓變頻過程的諧波分析[J].電力電子技術，1995，29(3)：47-57．