专利名称：一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置及其方法
技术领域：
本发明涉及 一种仿真建模装置及其方法，尤其是涉及一种三电平逆变器死区效应 的仿真建模装置及其方法。
背景技术：
任何固态的电子开关器件都具有一定的固有开通和关断时间。对于确定的开关器 件，固有的开通和关断时间是不可控的，这必然引起开关器件输出与输入控制信号的偏移， 通常称此为开关死区时间。逆变器同一相上、下桥臂的开关器件工作为互补状态。由于一 般开关器件的开通时间小于关断时间，因此如果将互补的控制信号加到同一相上、下桥臂 的开关器件的控制极上，那么开关器件将会发生“直通”，其后果非常严重。所以，目前的逆 变器系统广泛采用时间延迟的控制技术，即将理想的控制信号上升沿延迟一段时间，通常 称此为控制死区时间。死区时间的存在使得逆变器不能完全精确地复现PWM控制信号的理想波形，必然 产生更多的谐波，并影响电气传动在低速下的运行性能。因此，对逆变器死区效应进行建模 与仿真，观察研究逆变器死区效应，对研究死区效应的补偿控制非常有必要。在目前的仿真 技术中，三电平逆变器模块的仿真模拟主要是利用SimPowerSystem模块库中自带的三电 平逆变器模块，如
图1所示。但是利用SimPowerSystem模块库中自带的三电平逆变器模型 在实际仿真中速度并不是很快，在实时仿真中，也会遇到速度慢，或者无法下载的问题，有 时甚至出现解算不准确的情况。而且目前现有的利用MATLAB/Simulink搭建的三电平逆变器模型中未考虑死区 效应的存在，没有对死区效应进行相应处理。因此，当脉冲触发出现死区时，逆变器输出仿 真结果与真实结果不完全一致，存在一定的误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置及其方法，利用开 关函数搭建三电平逆变器模型及其死区效应，该装置及其方法可实现实时仿真系统中逆变 器与电机模型的解耦，并考虑了触发脉冲存在死区时对逆变器输出带来的影响，针对死区 效应对开关函数进行修正，建立了带死区效应的开关函数三电平逆变器模型，解决了仿真 速度慢、解算不准确的技术问题。本发明具体提供了一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置的具体实施方式
，一 种三电平逆变器死区效应仿真建模装置，包括开关函数模块、逆变桥模块和开关管与续流 二极管电流模拟模块，开关函数模块的输入为开关管的门极触发脉冲，开关函数模块分别 与逆变桥模块，以及开关管与续流二极管电流模拟模块相连，逆变桥模块输出逆变器各相 的电压，开关管与续流二极管电流模拟模块输出逆变器各相的电流，其中开关函数模块及 逆变桥模块的输入输出关系由以下函数定义在三电平逆变器处于非过渡状态时，考虑死区效应的电压逻辑函数为SFui = Si,
权利要求
1.一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置，其特征在于，包括开关函数模块(1)、逆 变桥模块(2)和开关管与续流二极管电流模拟模块(3)，开关函数模块(1)的输入为开关管 的门极触发脉冲，开关函数模块(1)分别与逆变桥模块(2)，以及开关管与续流二极管电流 模拟模块(3)相连，逆变桥模块(2)输出逆变器各相的电压，开关管与续流二极管电流模拟 模块(3)输出逆变器各相的电流，其中开关函数模块(1)及逆变桥模块(2)的输入输出关 系由以下函数定义在三电平逆变器处于非过渡状态时，考虑死区效应的电压逻辑函数为SFui = Si,'1Vi^Vi2 通=、η χ sVii - sVii X、,4 = O Vi2,Vi3 通、-1 Vn^Vi4 通(i = a, b, C)其中，Si为定义逻辑函数，i = a，b，c，为逆变器的三相，民^分别表示Vij管的通断，j = 1,2,3,4 ；则各相的电压输出为Uao = SaXUd/2，Ubo = SbXUd/2，Uco = ScXUd/2 ；当三电平逆变器处于过渡状态一，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次 为 0、1、0、0，当相电流ii > O时，该相的电压输出为O ； 当相电流ii < O时，该相的电压输出为l/2Ud ；当三电平逆变器处于过渡状态二，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次 为 0、0、1、0，当相电流Ii > O时，该相的电压输出为"l/2Ud ； 当相电流ii < O时，该相的电压输出为O。
2.根据权利要求1所述的一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置，其特征在于所 述开关管与续流二极管电流模拟模块(3)的输入输出关系由以下函数定义在三电平逆变器处于非过渡状态时，考虑死区效应的电流逻辑函数为SFi = S，a.当S= 1时，即上桥臂两个开关器件Vil，Vi2均导通的情况 相电流h彡0，电流流经开关器件Vn，Vi2，iVil,i2 = Ii, iVDil,i2 = 0 ； 相电流 h < 0，电流流经续流二极管 VDn，VDi2, iVilji2 = 0，iVDil,i2 = -Ii ；b.当S= 0时，即上下桥臂各有一个开关器件(Vi2，Vi3)导通的情况 相电流h彡0，电流流经开关器件Vi2和钳位二极管VD1, iVi2 = ii; iVD1 = Ii ； 相电流h < 0，电流流经开关器件Vi3和钳位二极管VD4, iVi3 = iVD4 = -Ii ；c.当S= -1时，即下桥臂两个开关器件(Vi3，Vi4)导通的情况 相电流h彡0，电流流经续流二极管VDi3，VDi4, iVi3,i4 = 0，iVDi3,i4 = Ii ； 相电流 h < 0，电流流经开关器件 Vi3，Vi4, iVi3,i4 = -Ii, iVDil,i2 = 0 ；当三电平逆变器处于过渡状态一，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次 为 0、1、0、0，当相电流ii < 0时，电流流经续流二极管VDn，VDi2, Ivilji2 = 0，iVDil,i2 = -Ii ；当三电平逆变器处于过渡状态二，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次 为 0、0、1、0，当相电流ii≥O时，电流流经续流二极管VDi3，VDi4, iVi3,i4 = 0，iVDi3,i4 = ii0
3.一种根据权利要求1或2所述的三电平逆变器死区效应仿真建模装置进行仿真建 模的方法，其特征在于，包括开关函数与逆变桥模拟过程，开关管与续流二极管电流模拟过 程，开关函数与逆变桥模拟过程包括以下步骤 定义逻辑函数Si,并根据以下公式计算Si的值，
4.根据权利要求3所述的一种三电平逆变器死区效应仿真建模方法，其特征在于所 述三电平逆变器处于过渡状态时各相的电压输出关系为当三电平逆变器处于过渡状态一，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次 为 0、1、0、0，当相电流ii > O时，该相的电压输出为0 ； 当相电流h < 0时，该相的电压输出为l/2Ud ；当三电平逆变器处于过渡状态二，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次 为 0、0、1、0，当相电流Ii > O时，该相的电压输出为"l/2Ud ； 当相电流h < 0时，该相的电压输出为0。
5.根据权利要求4所述的一种三电平逆变器死区效应仿真建模方法，其特征在于所 述开关管与续流二极管电流模拟过程包括以下步骤a.当S= 1时，即上桥臂两个开关器件Vil，Vi2均导通的情况 相电流h≥0，电流流经开关器件Vn，Vi2，iVil,i2 = Ii, iVDil,i2 = 0 ； 相电流 h < 0，电流流经续流二极管 VDn，VDi2, iVilji2 = 0，iVDil,i2 = -Ii ；b.当S= 0时，即上下桥臂各有一个开关器件(Vi2，Vi3)导通的情况 相电流h≥0，电流流经开关器件Vi2和钳位二极管VD1, iVi2 = ii; iVD1 = Ii ； 相电流h < 0，电流流经开关器件Vi3和钳位二极管VD4, iVi3 = iVD4 = -Ii ；c.当S= -1时，即下桥臂两个开关器件(Vi3，Vi4)导通的情况 相电流h≥0，电流流经续流二极管VDi3，VDi4, iVi3,i4 = 0，iVDi3,i4 = Ii ； 相电流 h < 0，电流流经开关器件 Vi3，Vi4, iVi3,i4 = -Ii, iVDil,i2 = 0 ；当三电平逆变器处于过渡状态一，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次 为 0、1、0、0，当相电流ii < O时，电流流经续流二极管VDn，VDi2, Ivilji2 = 0，iVDil,i2 = -Ii ； 当三电平逆变器处于过渡状态二，即任一相从上至下的四个开关管门极触发脉冲依次 为 0、0、1、0，当相电流ii≤0时，电流流经续流二极管VDi3，VDi4, iVi3,i4 = 0，iVDi3,i4 = ii0
全文摘要
本发明公开了一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置及其方法，包括开关函数模块、逆变桥模块和开关管与续流二极管电流模拟模块，开关函数模块的输入为开关管的门极触发脉冲，开关函数模块分别与逆变桥模块，以及开关管与续流二极管电流模拟模块相连，逆变桥模块输出逆变器各相的电压，开关管与续流二极管电流模拟模块输出逆变器各相的电流，定义并根据逻辑函数Si计算各相输出电压，若三电平逆变器处于过渡状态，则结合相电流ii的极性输出相应的电压值。该装置及其方法可实现实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦，建立了带死区效应的开关函数三电平逆变器模型，解决了仿真速度慢、解算不准确的技术问题。
文档编号H02M7/515GK102111083SQ20111006523
公开日2011年6月29日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者应婷, 张宇, 沈坤, 王坚 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司