三电平逆变器中点电位控制和死区补偿研究

摘要

电动汽车高功率密度、高效率电机驱动系统要求逆变器具备高开关频率、高额定电压、低谐波输出、低电磁干扰，同时保证高效率、低发热，尽可能少地降额运行。现在电动汽车采用的两电平逆变器难以同时满足众多要求，而三电平逆变器具备高功率密度、高效率等优势，但要解决中点电位不平衡才有可能成为未来电动汽车逆变器。高性能电机控制也需要对死区插入导致的逆变器非线性特性进行补偿。研究内容针对三电平逆变器中点电位控制和死区补偿两方面展开，期望通过研究为高功率密度、高效率车用电机驱动系统的设计提供一定的参考。
　　对于中点电位控制，论文分析了三电平逆变器直流侧电阻对控制中点电位平衡的作用，提出了直流侧电阻的设计方法，分析了中点电位不平衡对不同调制策略的影响以及NTVPWM和NTV2PWM调制下电机开关噪声差异的原因。对于死区补偿，论文推导了死区插入等因素造成的端电压误差，考虑开关器件的寄生电容推导了补偿时间和电流的关系。
　　设计了改进的 NTV2PWM，通过共模电压的注入和消除，减少一个开关周期内三相总的开关次数，从而在相同的开关损耗下缩短开关周期，提高电流谐波的频率，降低开关噪声，同时引入中点电位的反馈，保持中点电位平衡。提出了不依赖电流传感器的死区补偿方法，通过PWM触发端电压A/D检测判断电流极性、计算补偿时间，实现在电流过零区间准确的死区补偿。
　　仿真结果表明论文提出的改进的NTV2PWM能够在相同的开关损耗下将开关周期缩短约1/4，将电流谐波的频率提高约1/3，有效降低感应电机开关噪声，同时具备和NTV2PWM相似的谐波性能。
　　实验结果表明，论文提出的改进的NTV2PWM能够在相同的开关损耗下将开关周期缩短约1/4，将电流谐波的频率提高约1/3，在不损失谐波性能的前提下有效降低感应电机开关噪声。死区补偿实验结果表明，在电流过零区间，PWM触发端电压检测法补偿精度较高，对现有死区补偿方法提升明显。
　　论文提出的改进的NTV2PWM需要相电流和中点电位反馈，适用于对噪声性能要求较高的三电平逆变器感应电机驱动系统。提出的PWM触发端电压检测法克服了逆变器死区补偿中微弱电流检测的难题，而且只需要六个分压电阻，几乎不会增加成本，既适用于无电流传感器的开环电机驱动系统也适用于闭环驱动系统。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 中点电位不平衡和死区效应建模分析

2.1 中点电位不平衡和NTV2PWM的分析

2.2 死区插入导致的电压畸变建模分析

2.3 本章小结

第3章 中点电位控制和死区补偿策略

3.1 改进的NTV2PWM

3.2 死区补偿策略

3.3 本章小结

第4章 中点电位控制策略仿真验证

4.1 仿真模型搭建

4.2 初始中点电位不平衡仿真

4.3 改进的NTV2PWM的仿真验证

4.4 本章小结

第5章 中点电位控制和死区补偿策略实验验证

5.1 实验平台搭建

5.2 中点电位平衡控制策略实验验证

5.3 死区补偿策略实验验证

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢