开关死区对SPWM逆变器输出电压波形的影响

2．4死区单边不对称设置时uAO″的谐波分析对于图1（c），由于死区是不对称设置，即只在脉冲前沿设有死区△t，故uAO′滞后于调制波us的相位角为。但当以uAO′的相位为基准时，uAO″、uAO′、uD1.4的相位关系与对称设置时相同，故按着与前面相同的方法可以得到：

uAO″=uAO′0°＋uD1.4180°－φ（7）

3死区对输出电压波形影响的分析

无死区理想波uAO的双重傅立叶级数方程式，可以用方程式（2）令△t=0得到：当死区双边对称设置时，理想波uAO与实际波uAO″之间的偏差电压udev由图1(b)，可知：

udev=uAO0°－uAO″φ′

偏差电压udev的相位与电流iA相同，与误差电压uD1.4相位相反。

udev=uAO0°－uAO′0°－uD1.4180°－φ（9）

将方程式（6）、（7）与方程式（8）比较可知，死区对输出电压的波形存在着明显的影响，影响的大小与死区△t的值和载波比N有关。

图3死区△t对基波幅值的影响

图4载波比N对基波与谐波的影响

●死区△t的影响：空载时二极管不续流，死区对输出电压影响不大，感性负载时二极管续流产生误差波uD1.4，使输出电压基波幅值减小，相位超前φ′角，并出现了幅值为的3、5、7……次谐波，死区△t越大，这种影响越大。

●载波比N的影响：方程（6）、（7）中的ωc=Nωs，所以当N增大时，输出电压基波幅值的减小和3、5、7……次谐波的增大更严重。输出电压uAO″方程中产生的3、5、7……次谐波，随着N的增大而上升；而uAO″中的载波下边频产生的3、5、7……次谐波，随着N的增大而减小。因此，输出电压uAO″中3、5、7……次谐波的总和，随着N的增加呈现出先减小而后增大的变化，中间有一个使3、5、7……次谐波含量为最小的最佳载波比N。这就打破了SPWM逆变器随着N的增大而使低次谐波含量减小的传统理论。

4计算机辅助分析和实验曲线

4．1死区△t对输出电压基波幅值的影响

图（3）给出了输出频率为40Hz、M=0.8、N=15、cosφ≈1和cosφ=0.8时基波幅值与死区△t的关系曲线，可以看出随着△t的增大基波幅值下降，当cosφ≈1时基波线性下降。

4．2载波比N对输出基波电压和3、5、7……次谐波的影响

图（4）给出了输出频率为40Hz、M=0.8、△t=40μs、cosφ=0.8时基波幅值和3、5、7……次谐波幅值与载波比N的关系曲线，可以看出随着N的增大基波幅值大幅度降低，当N=99时基波幅值降低到理论值的37％；随着N的增大，3、5、7……次谐波的幅值先是下降，当N>15时开始显著上升。对于3次谐波，当N=9时为最小，当N>9时随着N的增加显著上升，当N=99时上升到基波理论值的21％。由此图可知N=15时是最佳载波比。

5结语

在SPWM逆变器中，设置死区△t对输出电压波形有明显的影响：

（1）使输出电压基波幅值减小，并产生出与△tN成正比的3、5、7……次谐波。

（2）对于有死区的SPWM逆变器，随着载波N的增大，输出电压uAO″中的3、5、7……次谐波幅值先是减小，当N>15以后显著增大。不像传统理论中所说的，随着载波N的增大，低次谐波含量将逐渐减小的结论。（3）对于变频调速系统，当电机低速运行时ωs减小，使载波比相应增大，因此△t与N将使基波幅值减小，和3、5、7……次谐波增大的影响更加严重，在这种情况下，为了保证电机的正常运转，必须对死区的不良影响进行补偿。