1. 课程导入

三相逆变器是电机驱动、光伏并网、储能变流器、UPS 与新能源汽车电驱系统的核心功率变换环节。它的任务是把直流母线电压转换为频率、幅值均可控的三相交流电压，从而驱动负载或向电网馈送能量。而在这一过程中，调制策略决定输出电压的波形质量与直流电压利用率，死区补偿则决定实际输出与理想指令之间的偏差能否被有效修正。本课程围绕这两条主线展开，帮助学习者建立从原理到工程实现的完整认知。

一、学习目标

完成本课程后，学习者应能达成以下目标：

• 理解三相逆变器的主电路拓扑、开关状态与基本电压矢量之间的关系；
• 掌握 SPWM、SVPWM、三次谐波注入等调制方式的原理、实现步骤与性能差异；
• 理解死区产生的物理原因，能定量分析死区导致的电压误差与电流畸变；
• 掌握平均电压补偿、电流极性补偿、基于观测器的补偿等典型死区补偿方法；
• 能够针对具体工况选择调制方式与补偿策略，并完成参数设计与实验验证；
• 具备对输出电压畸变、电流过零畸变、低速转矩脉动等工程问题进行分析与排障的能力。

二、核心概念与整体框架

三相逆变器通常由六个功率开关器件组成三个桥臂，每个桥臂的上下管互补导通。为避免上下管直通造成母线短路，必须在开关切换时插入一段死区时间。死区虽然保护了器件，却使实际输出电压偏离理想指令，尤其在电流过零附近产生明显畸变。

调制与死区补偿的关系可以用下面的信号链来理解：调制波生成理想占空比，死区插入改变实际占空比，功率级输出实际电压，电流极性决定误差方向，补偿环节再把误差修正回指令。下图展示了本课程的整体知识框架与信号流向。

三、方法流程：从调制到补偿的工程链路

工程实现通常遵循以下流程：首先根据应用需求选择调制方式，确定载波频率与调制比；然后计算死区时间，评估其对输出电压的影响；接着设计补偿算法，将补偿量叠加到调制波或占空比上；最后通过仿真与实验验证补偿效果。

步骤1：确定直流母线电压 Vdc 与目标输出频率 fout
步骤2：选择调制方式（SPWM / SVPWM / 三次谐波注入）
步骤3：设定开关频率 fsw 与死区时间 td
步骤4：计算死区引起的平均电压误差 ΔV = (td / Ts) * Vdc
步骤5：根据电流极性确定误差方向，生成补偿量
步骤6：将补偿量叠加到调制波，更新占空比
步骤7：测量输出电流 THD、过零畸变与转矩脉动
步骤8：迭代优化补偿参数，完成工程定型

四、典型案例与场景

以一台 7.5 kW 异步电机驱动为例，开关频率为 10 kHz，死区时间设为 2 μs，母线电压为 540 V。若不补偿，死区导致的平均电压误差约为：

ΔV = (td / Ts) * Vdc
   = (2e-6 / 100e-6) * 540
   = 10.8 V

在低速轻载时，该误差相对于指令电压占比显著，会造成电流过零附近的平顶畸变，进而引起转矩脉动与噪声。通过引入基于电流极性的平均电压补偿，可将过零畸变宽度明显压缩，电流波形更接近正弦。

五、常见误区与复盘