摘 要 本文提出一种对死区时间的预测补偿。死区效应可被视为一种空间矢量，它由两个因素决定：扇区数和相电流方向。在一个调制周期内，通过校正参考空间电压矢量，死区效应得以消除。仿真结果证明该方法是正确的。
关键词 空间 矢量 补偿 仿真
1 引言
随着控制芯片（如dsp）运算速度和电力电子器件（如igbt）开关频率的日益提高，在变频调速中使用空间矢量控制已非常容易。但是开关器件存在一定的导通时间和关断时间，为防止同一桥臂上的两个开关发生“直通”，必须在控制信号中设置死区。例如，用于电机控制的tms320x24x系列芯片中，就有专门的可编程死区单元［1］。然而，由于死区的作用，每一个调制周期内引起的微小畸变经积累后，必然会使逆变器的输出电流波形产生畸变，转矩产生脉动。尤其在电机低速运行时，死区效应显得更为明显。因此死区补偿是必不可少的。目前，较常见的方法是电压误差平均法。即把死区产生的电压误差平均在每一个调制周期内，然后将电压误差转化到电机模型上，最后用转化到电机模型上的电压误差去校正参考空间电压矢量。这种方法虽能在一定程度上改善死区效应，但会造成逆变器输出电压的相位漂移。所以本文提出了一种新的死区预测补偿方法，即把死区效应看作一种电压矢量。通过判断参考空间电压矢量在哪一扇区，从而预测电机三相电流的方向，并得出相应的死区矢量，最后校正空间电压矢量，以达到抵消死区电压矢量的目的。通过建立转差矢量控制的仿真模型，验证了这种方法的可行性。
2 死区效应分析
三相电压型逆变器的基本构成如图1所示，与电流型逆变器相比，电压型逆变器可以提高逆变器的开关频率，有利于快速控制和抑制逆变器噪声，并且输出阻抗小，适合于交流电机调速控制。
2．1 空间矢量的基本原理
电压空间矢量控制［2］，又称磁链跟踪控制，其最终目的是在空间产生圆形磁场，从而产生恒定的电磁转矩。图2为空间电压的矢量图。
逆变器共有8种开关空间矢量，它们将空间分为6个区域。通过式（1）将这8种开关空间矢量转化到d－q坐标，并由式（2）计算不同空间矢量的作用时间。
式中，tpwm为调制周期，t1，t2分别为矢量（100），（110）的作用时间。t0可以是（000）与（111）单独作用（即低损耗方式，又称硬件方式），也可以是两
2．2 由死区引起的电压误差
为了防止逆变器区桥臂的上下功率开关发生直通，在上下功率开关改变状态时必须插入死区时间，即先将已开通的功率管关断，插入一定的死区延时，再开通另一个处于关断状态的功率管。下面以图1中a相桥臂为例，分析了死区引起的电压误差。
（1）电流ia＞0时
（a）下开关t2关断，上开关t1导通：死区时间td内，电流继续流过下方的二极管d2，经过导通时间ton的延迟，电流开始流过上开关t1，结果导致在td＋ton时间内输出电压出现偏差。
（b）上开关t1关断，下开关t2导通：经过toff的时间延时，流过上开关t1的电流开始流过下方二极管d2，结果在toff区间内逆变器的输出电流和参考电压之间出现偏差。
（2）电流ia＜0时
（a）下开关t2关断，上开关t1导通：经过关断时间toff延时，流过下开关t2的电流开始流向上二极管d1，结果在toff区间内，逆变器输出电压和参考电压间出现偏差。
（b）上开关t1关断，下开关t2导通：在死区时间td内，电流继续流过上二极管d1，经过导通时间ton的延时后，电流开始流过下开关t2，其结果是逆变器在td＋ton区间内出现输出电压偏差。
图3所示为一个调制周期内，不同的相电流极性情况下所对应的触发脉冲。通常载波频率为10khz，即调制周期为100μs，死区时间一般设定为3～5μs，而igbt的导通和关断延时通常不超过1μs，故可忽略。图3（b）就是忽略了导通和关断延时。由图3不难看出，当电机低速运行时，tx（无死区的触发脉冲宽度）较小，那么死区时间td与之相对较大，死区效应更为明显，即相电流畸变和转矩脉动更加显著。
3 死区的预测补偿策略
3．1 死区矢量的概念
既然在每一个扇区内参考空间电压矢量u＊是由两种开关空间矢量和零矢量合成，那么也可以把死区效应视作一种空间矢量，即（xyz）。x，y，z＝1或0。图4中ud为总的死区矢量，若不进行补偿，输出的电压矢量为u，与参考值相差δu。u＊′为校正后的参考空间电压矢量，它与死区矢量正好合成u＊。而死区矢量的模式与两个因素有关：（1）参考空间电压矢量所在的扇区数。（2）相电流的方向。表1为不同扇区下的死区矢量模式。
以空间矢量的硬件实现方式为例（又称低损耗
