基于电流过零区域检测的H桥逆变器死区补偿
相比半桥逆变器结构简单、应用于小功率电路的特点[1-2],H桥逆变器则因输出电压幅值大等优点,在大功率场合得到了广泛应用。H桥逆变器中由于功率器件存在着一定的开通和关断时间,为了防止桥臂发生直通短路,需要在功率器件切换的过程中加入死区时间。而死区时间的加入会导致逆变器输出产生基波电压损失、低次谐波增加,从而导致系统输出电压波形和电流波形发生畸变[3-5]。因此,对H桥逆变器的输出电压进行死区补偿是很有必要的。
本报讯10月31日,湖北宜化发布三季度报告。公告显示,公司前三季度营业收入10162668917.82元,同比增加10.72%,归属上市公司股东的净利润334631333.68元。
目前,国内外学者针对H桥逆变器已提出多种死区补偿方法[6-10]。平均电压前馈补偿法[11]相比于其他死区补偿方法控制系统简单、使用方便,因而在实际应用中被广泛采用。该方法是将加入死区后的输出电压波形与理想输出电压波形的差值(即死区脉冲电压)平均化后,通过前馈的方式,补偿给调制波,补偿电压的正负取决于逆变器输出电流的方向。在电流过零区域内,由于H桥逆变器输出电流在正负之间会出现跳变,且随开关频率的增大,电流跳变越频繁,因而使用该方法容易出现因对电流方向的误判断,而导致误补偿现象。基于此,我们针对H桥逆变器研究了一种基于电流过零区域检测的平均电压前馈补偿法。该方法将H桥逆变器输出电流的过零区域进行了精确的划分,在电流过零区域范围外使用平均电压前馈补偿法;在电流过零区域范围内,由于死区不会对逆变器输出电压产生影响[12],因而无需进行死区补偿。该补偿方法很好地解决了传统的平均电压前馈补偿法在电流过零区域内因对电流方向的误判断而导致的误补偿现象。
1 H桥逆变器中的死区分析
单相H桥逆变器的电路结构如图1所示,其中死区的设置为:在上下桥臂开关管的切换过程中,使其中将要开通的开关管比理想状态下滞后时间Td开通,另一开关管正常关断,则Td为死区时间,通常死区时间保持不变。
图1 H桥逆变器结构图 Fig.1 Structure chart of H bridge inverter
图1中,在单极性SPWM调制方式下,当逆变器处于死区时间段内,电流ia>0时,ia经反并联二极管D2和功率管V4续流,逆变器输出电压为0;电流ia<0时,ia通过反并联二极管D1和功率管续流V3,逆变器输出电压为0。对该H桥逆变器的开关情况进行分析,如图2所示。
图2 死区原理分析 Fig.2 Dead zone principle analysis
图2中,分别为功率管V1、V2的理想驱动信号;S1、S2为功率管V1、V2的实际驱动信号;Udc为逆变器直流侧电压为逆变器的理想输出电压;uo为逆变器的实际输出电压;utd为逆变器的死区脉冲电压(实际输出电压减去理想输出电压)。由图2可知死区脉冲电压utd具有如下特征[13]:(1)死区脉冲电压utd的幅值为常数Udc;(2)死区脉冲电压宽度为Td;(3)死区脉冲电压utd的极性与输出电流的方向有关,即
2 H桥逆变器中的死区补偿方法
图2中utd是分布不均匀的矩形波,用方波来等价代替矩形波,如图3所示。
图3 死区脉冲电压等效方波图 Fig.3 Equivalent square wave chart of pulse voltage in dead zone
[5]Sam Young Kim,Seung Yub Park.Compensation of Dead-time Effects Based on Adaptive Harmonic Filtering in the Vector-controlled AC Motor Drives[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2007,54(3):1768-1777.
(1)
由式(1)变化后得
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(2)
针对单相H桥逆变器中的死区问题,研究了一种基于电流过零区域检测的平均电压前馈补偿法。该方法对单相H桥逆变器输出电流过零区域进行了精确的划分,在电流过零区域内无需进行死区补偿,在电流过零区域以外的范围,求取相应的补偿电压幅值,完成补偿。该方法解决了传统的平均电压前馈补偿法因在电流过零区域内对电流方向的误判断而导致的误补偿现象。仿真分析结果表明该方法能够有效抑制死区对单相H桥逆变器输出电压和电流所产生的影响。
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(3)
其中:utm为补偿到调制波上的补偿电压。
由式(3)可知,该补偿电压的正负取决于对负载电流方向的判断,故对电流方向的准确判断直接影响补偿的精确性。在电流过零区域内,死区不会对逆变器输出电压产生影响,因而无需进行补偿,只需对电流过零区域外的部分进行补偿,以避免在电流过零区域内因对电流方向的误判断而导致的误补偿。因此,对H桥逆变器输出电流过零区域的精确划分就显得尤为重要。电流ia>0时,当逆变器开关管V1、V4导通时,负载侧电流增大,开关管V1关断,V4导通时,负载侧电流减小;同理,电流ia<0时,开关管V2、V3导通时,负载侧电流反向增大,开关管V2关断,V3导通时,负载侧电流减小。因而需要求出H桥逆变器在电流过零区域内开关管V1或V2最大导通时间。
图4为单极性SPWM调制波形图,图中ur为正弦调制波;uc为单极性三角载波;Ur为调制波幅值;Uc为载波幅值;Tc为载波周期。根据对称性可知开关管V1的最大导通时间也是开关管V2的最大导通时间。在ur>0区间,单极性载波三角波表示式为
③泵送纯水泥浆,水灰比大于0.8,在入口处使用麻絮堵在钢管四周,然后孔内原有清水从另一个孔压出之后,换用水灰比为0.5的水泥浆压入。
(4)
其中:k=0,1,2,3,…
正弦调制波方程式为
ur=Ursin ωrt。
(5)
图4 单极性SPWM调制波形图 Fig.4 Unipolar spwm modulation waveform chart
令调制度M=Ur/Uc≤1,Uc保持恒定不变。在采样点a′处有ur=uc,则
(6)
由式(6)得
(7)
同理,在采样点b′处有
(8)
求解得
又因得
(9)
则开关管V1的导通时间为
Δt=t2-t1=TcMsin ωrt。
(10)
根据对称性可知,ur<0时开关管V2的导通时间表示式与式(10)相同。因为电流波形在相位上滞后电压波形φ,φ为功率因数角。所以,在电流过零点,开关管V1或V2的导通时间可以表示为
Δt=TcMsin φ,
(11)
在电流过零点时,负载等效电阻两端的电压幅值为
UR=MUdcsin φ。
(12)
因此,可得电流过零点负载等效电感L两端的电压值为
UL= Udc-UR=Udc-MUdcsin φ=
Udc(1-Msin φ),
(13)
本文拟通过介绍生物质颗粒燃料及其特性,综述国内外生物质颗粒燃料成型机发展现状,对比分析国内环模颗粒成型机和平模颗粒成型机的性能和应用,探讨国内外生物质颗粒燃料成型技术及设备存在的问题,并提出我国生物质颗粒燃料设备及产业化发展方向。
(14)
将式(11)和式(13)代入式(14),可得电流变化量为
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(15)
在电流过零区域内,电流正向最大值或负向最大值皆小于Δi。当负载电流ia∈(-Δi,Δi)时,不进行死区补偿,当ia≤-Δi或ia≥Δi时,则根据式(3)将所求得的补偿电压补偿给理想的调制波。由此可得不同电流区域内的补偿电压表达式为
(16)
3 仿真分析
研究取直流侧电压Udc=400 V,调制波频率fr=50 Hz,载波频率fc=8 000 Hz,负载电阻R=10 Ω,负载电感L=3 mH,死区时间Td=2×10-5 s,调制度M=0.8,将以上参数分别代入式(15)、式(16)可得
Δi≈0.58 A,
传真结果如图5、图6、图7所示,其中图5(a)为单相H桥逆变器在考虑死区的情况下逆变器的输出电压频谱图。图5(b)为在此基础上采用基于电流过零区域检测的平均电压前馈补偿法补偿后的输出电压频谱图。由图5可知,采用该补偿方法后,逆变器输出电压基波幅值由235.1 V增大到313.8 V,增大了78.7 V。同时,低次谐波幅值减小,波形畸变率从102.28%减小到77.79%。
图6(a)为单相H桥逆变器补偿前的输出电流频谱图。图6(b)为补偿后的输出电流频谱图。由图6可知,采用该补偿方法后,逆变器输出电流基波幅值由23.4 A增大到31.24 A。同时,低次谐波幅值减小,电流波形畸变率从14.13%减小到5.92%。
白塔位于莲性寺。白塔的建造在民间有各种各样的传说,尤以“江春一夜造白塔”为著名。清人张祖翼《清代野记》中说:“乾隆间,帝南巡至扬州,其时盐商纲总为江姓,一切供应皆由江承办。一日,帝幸大虹园,至一处,顾左右曰:‘此处颇似南海之琼岛春阴,惜无喇嘛塔耳。’纲总闻之,亟以万金贿帝左右,请图塔状,盖南人未曾见也。既得图,乃鸠工庀材,一夜而成。次日帝又幸园,见塔巍然,大异之,以为伪也。即之,果砖石成者,询知其故,叹曰:‘盐商之财力伟哉!’”㉟事情或有夸张,但瘦西湖的白塔仿自北京北海的白塔应是不争的事实。
图7(a)为单相H桥逆变器补偿前的输出电流波形图。图7(b)为补偿后的输出电流波形图。由图7可知,采用该补偿方法后,逆变器输出电流波形得到了明显的改善。
图5 输出电压频谱图 Fig.5 Output voltage spectrogram
图6 输出电流频谱图 Fig.6 Output current spectrogram
图7 输出电流波形图 Fig.7 Output current waveform chart
4 结论
其中:F(F=fc/fr)为载波比;fc为载波频率;fr为调制波频率;Tr为调制波周期;Utm表示H桥逆变器死区脉冲电压的等效方波幅值。
参考文献:
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进而可求出补偿到调制波上的补偿电压为
社会环境和企业环境的复杂性给思政教育带来了新的难题。在工作中,学生接触社会,深受社会各种思想的影响。企业工作中,新环境的适应、人际关系的重新建立、单纯的思维方式转变等点点滴滴都影响着学生的心理变化。大学生社会阅历少、没有社会经验,在一些负面因素的影响下,难以形成正确的人生观、价值观,甚至于对社会的认识出现偏差。教育者要深刻认识问题的严峻性,了解学生,采取及时措施进行正面教育,发挥思想政治教育的有效作用。
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H桥逆变器中死区补偿脉冲电压等效方波幅值Utm为
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相关系数表示X和Y之间线性关系的紧密程度,定量体现X和Y的相关程度,即相关系数越大,相关程度越大。相关系数等于0表示相关程度最低,通常认为X和Y不存在线性关系。需要注意相关系数的正负号只表示相关的方向,绝对值为相关的程度。利用相关系数的性质计算厦门港交通流数据分布和各分布函数的相关系数并进行对比,筛选与厦门港实际交通流数据分布最接近的函数曲线。
Modic改变:终板及终板下骨的炎性水肿信号改变,表现为T1低信号,T2高信号。不少于1个Modic改变定义为阳性[3]。
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