SVPWM的交流电机变频调速系统的研究

电压空间矢量脉宽调制的目的就是通过控制6个功率开关的8种工作状态来逼近电机工作所需要的任意时刻电压矢量Us,从而达到较高的控制性能。

(1)判断矢量Uout所在的扇区

2 SVPWM在DSP上的实现

利用TMS320LF240可以方便地实现空间电压矢量的PWM控制。SVPWM通常有硬件实现和软件实现两种方法,硬件实现是通过DSP内置的SVPWM状态机,编程简单,易于实现,但输出线电压的谐波含量大。软件方法是通过常规的比较功能实现,输出电压谐波含量小,是目前最为常用方法。

目前最流行的是七段式空间电压矢量PWM波形,它由3段零矢量和4段相邻的非零矢量组成,3段零矢量分别位于PWM波的开始、中间和结尾。根据以上原则,首先确定每个扇区的起始矢量,进而得到扇区旋转方向,如图3所示。由这种选择方法产生的七段式空间电压矢量PWM波形如图4所示(本文只列出一个扇区波形图)。

采用软件生成SVPWM的过程是,当定时器的计数器累加到等于CMPRx(x=1,2,3)的值时,就会改变空间矢量对应的控制信号输出。例如在CMPR1中写入0.25T0,CMPR2中写入0.25T0+0.5T1,CM PR3中写入0.25T0+0.5T1+0.5T2,定时器的计数器值一一与CMPRx相匹配,就会输出图4所示的PWM波形。通常在电机控制程序中,SVPWM波形的输出是由定时器中断服务子程序来完成的。在主程序中根据电机控制策略计算出输出电压的频率,等待中断的产生。在定时器中断服务子程序中,根据此时的输出电压频率f和Uout的当前位置确定出下一个载波周期T

PWM

图4 第一扇区电压矢量PWM波形图

首先定义:

UDCUDC=Ub;UDCint=2vDC;Uref1=Us ref;Uref2=2(3Us ref-Us ref);Uref3=

(-3Us ref-Us ref);符号说明UDC:2

直流母线电压;Ub:线电压最大值;UDC:直流母线电压对应的标么值;Uref1、Uref2、Uref3:扇区判断变量;Us ref: 轴参考电压;Us ref: 轴参考电压。扇区判断方法如下:IFUref1>0THENA:=1,ELSEA:=0;IFUref2>0THENB:=1,ELSEB:=0;IFUref3>0THENC:=1,ELSEC:=0;sector:=A+2B+4C。

(2)确定每个扇区中相应电压矢量的作用时间令 X=3UDCintUs ref;Y=Us ref;Z=

UDCintUs ref+UDCint22

UDCintUs ref-UDCintUs ref;22

饱和判断:IF(t1+t2)>PWMPRDTHENt1=t1

,t2=t2,符号说明:X、Y、Z:计算

t1+t2t1+t2矢量作用时间变量;UDCint:在SVPWM中使用的常量;PWMPRD:采样周期;t1、t2:时间参数。

表1 不同扇区的t1、t2取值

sector

t1t2

1ZY

2Y-X

3-ZX

4-XZ

5X-Y

6-Y-Z

中U的位置,确定主矢量和辅矢量,并

out

计算出它们分别作用的时间T1、T2,得到发生匹配的时间值,写入CMPRx

中。

(3)确定开关顺序,为比较寄存器赋值

令taon=

12

;tbon=taon+t1;tcon=

2

tbon+t2,式中,taon、tbon、tcon为计算占空比变量。

根据表2可以为每个扇区功率器件的导通时刻进行赋值。

表2 不同扇区的功率器件导通时刻

sectorCMPR1CMPR2

图3 软件模式下的基本空间电压矢量转换方向

CMPR3

1tbontaontcon

2taontcontbon

3taontbontcon

4tcontbontaon

5tcontaontbon

6tbontcontaon

SVPWM数字化算法实现的关键是根据所需要的转速计算出电压矢量的大小和方位以及合成电压矢量的各个矢量作用时间的大小,下面对此具体实现加以说明。3 实验结果及分析

为了验证上述控制方案进行了试验研究,IPM选

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