永磁同步电机逆变器死区补偿技术

基于位置的动态死区补偿方法
　　各种死区补偿方法的一个共同特点是根据电流波形补偿电压信号。因此需要检测实际电流值，判断各相电流正负，以其过零点作为补偿电压信号的切换时刻。电流检测环节由电流传感器、低通滤波器和a/d转换组成，为减小噪声程序中还需加数字滤波。检测到的电流存在器件精度和干扰造成的误差，且有相位延迟。因此利用实际检测到的电流信号很难精确补偿死区影响，甚至会由于过零点附近的错误补偿造成更大的电流畸变。
　　现今pmsm的转矩控制多是通过矢量控制实现的，为准确控制电机电流，其电流环响应频率很高，可达到1khz以上，实际电流能够精确跟踪电流指令信号。在高精度的交流伺服系统中，为实现高精度的位置伺服控制需要高分辨率的位置传感器，一般达到16或17位，而高速高精度a/d器件相对成本较高，其分辨率一般为10或12位。由于电流矢量和转子位置相关，如果用位置信号判断电流正负，施加电压死区补偿信号，补偿的精度可以比实际使用的电流信号精度高，且不受干扰信号的影响。

　　由pmsm矢量图可见，磁场定向控制的电流矢量与转子磁极成90°（电角度），并与转子同步旋转。转子磁极的位置可通过高分辨率的编码器确定，经过转子磁场定向控制，电流按时间变化的电角度和磁极空间变化的空间旋转角度重合，进而可得到电流矢量的空间位置。根据电流矢量的空间位置，可以判断出各相电流的过零点。
　　磁极的位置角度与电流的相位关系固定，经过分析，我们按如下的位置变化规律进行电压补偿：
　　·当角度0《θ《π时，ia》0，a相补偿正向电压;反之补偿反向电压。
　　·当角度2π/3《θ《5π/3时， ib》0，b相补偿正向电压;反之补偿反向电压。
　　·当角度-2π/3《θ《π/3时， ic》0，c相补偿正向电压;反之补偿反向电压。
　　补偿电压的幅值计算公式为：
         
　　其中factor为调整系数，一般取为0.7。

　　图4和图5为没有加死区补偿和加死区补偿的实验结果比较。由电流波形可以看出，无死区补偿的电流在过零点处产生畸变，
　　有平的台阶。而加入以上提出的死区补偿方法后，图5所示实际电流跟踪给定电流，得到了效果很好的正弦波形。
　　逆变器的开关死区效应对交流伺服系统的性能具有较大的影响，因此对开关死区进行校正补偿是必要的。本文在分析了各种死区补偿方法的基础上，提出了一种基于位置检测信号的动态补偿方法。该方法利用高分辨率的编码器来提高电流方向的判断精度，实验证明具有较好的补偿效果。（电子工程网）