基于MATLAB對AC/DC/AC電源的死區(qū)效應(yīng)的諧波分析及仿真
0引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175143.htm目前,各種逆變電源的控制方法及SPWM信號調(diào)制方式分析中,大多基于假定功率開關(guān)器件為理想開關(guān)器件,即不考慮開關(guān)器件的上升、下降和存貯時間。但實際上任何開關(guān)器件均具有開關(guān)延遲,特別是關(guān)斷過程。因此,在電壓型逆變器中,為了防止逆變橋同一橋臂上下開關(guān)管發(fā)生直通現(xiàn)象,在上下管控制信號之間必須插入一個固定的延遲時間(即死區(qū)時間)。死區(qū)時間的引入會使逆變器輸出的波形品質(zhì)變壞,諧波分量增加,系統(tǒng)的動態(tài)性能下降,并且隨著開關(guān)頻率的提高,死區(qū)加入而產(chǎn)生的各種影響(簡稱死區(qū)效應(yīng))增大。
1 對SPWM系統(tǒng)的諧波數(shù)學(xué)分析
在SPWM系統(tǒng)中,除了死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生的諧波外,而SPWM信號調(diào)制方式本身固有原因而產(chǎn)生諧波,稱為固有諧波。
1. 1固有諧波分析
單極型SPWM波形產(chǎn)生的原理圖如圖1所示
圖1 SPWM生成原理圖
SPWM控制時輸出交流波形(載波頻率比為2N,調(diào)制參數(shù)為M),用傅氏級數(shù)可表示為
(1)
(k=1,2,3,…)
分析圖的波形特征,可以看出該輸出是奇四分之一波對稱的單位幅值波形。因此,可證明式(1)中
(2)
因此改成為
(3)
由圖可知
(4)
(θ1、θ2等為脈沖觸發(fā)時刻,即三角波與正弦波的交點)
式中N為偶數(shù)。對上式各項求積分,可證明當k為任意奇數(shù)時,bk有
(5)
其中,0°θ1θ2…θN π/2。
由于自然采樣法開關(guān)角度遵循迭代關(guān)系式,因此不能用顯式表達,所以實際運用多采用規(guī)則采樣法。其主要原則如下:在三角載波每個周期內(nèi)的固定時刻(如載波的峰值點),對正弦波進行采樣,以確定開關(guān)元件的導(dǎo)通與關(guān)斷,而不管在采樣點上正弦波與三角波是否相交。
對于規(guī)則采樣,其脈沖中點為αk,則脈沖寬度Tk為:
(6)
則脈沖開關(guān)角度θk、θk+1為
(7)
又因為k=2(i-1),因此式(5)可寫為
(8)
則式(3)可寫為
(9)
由此式即可計算出各次諧波的分量。
1.2死區(qū)效應(yīng)
當加入死區(qū)時間后,每個脈沖相當于在上升沿和下降沿都向中點收縮了一段時間。由推導(dǎo)可知,在正半周內(nèi),平均壓降為:
(10)
(n為載波比,Ts為死區(qū)時間,T為基波周期)
由此,脈沖開關(guān)角度變?yōu)椋?/p>
(11)
將式(11)代入式(9),即可求出新的諧波的含量。由初步的估算,死區(qū)時間的加入給輸出波形將帶來豐富的諧波含量,尤其是低次諧波分量。
評論