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1、上海大学微电子中心空间电压矢量PWM的实现叶国平吴耿锋严伟（上海大学计算机工程与科学学院,上海200072）摘要：本文主要论述了空间矢量PWM的原理和应用系统，还讲述了SVPWM波形发生器的设计方法。关键词：SVPWM；设计中图分类号:TM301.2 文献标识码:Ａ RealizationofVoltageSpaceVectorPWMYEGuoping,WUGengfeng,YANWei(ComputerEngineeringScience,shanghaiUniversity，Shanghai,200072)Abstract：Thetextdiscussedprimarilyprinc
2、ipleandappliedsystemoftheSVPWM,anddiscusseddesignofSVPWMwavegenerator.Keywords：SVPWM；design; PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先在BBC评论上提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说直到目前为止，PWM在各种应用场合仍占主导地位,
3、并一直是人们研究的热点。[1]1、应用系统基本结构变频器的基本构成如图1所示，包括整流，滤波，逆变和控制回路组成[3]。主回路速度检测器电源控制指令DSP芯片转速检测回路电压/电流检出回路PWM生成及驱动运算回路运行指令图1变频器基本结构1．1主回路 给异步电动机提供调频调压电源的电力交换部分，称为主回路。它由三部分组成：将工频电源变换为直流电源的“整流器”；吸收由整流器和逆变器回路产生的电压脉动的“滤波回路”；将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。1．2控制回路的构成控制回路向变频器主回路提供各种控制信号，由以下部分组成：决定Ｕ／F特性的频率电压6上海大学微电子中心“运算回路”；主回
4、路的“电压／电流检测回路”；电动机的“转速检测回路”；根据运算回路的结果生成相应的PWM脉冲并进行隔离和放大的“保护回路”。在控制回路中，DSP是控制的核心，检测电路检测到直流母线电压和定子电流模拟量后，通过DSP内部的ADC转换成数字量，计算出定子磁通、转矩反馈、机械转速等数字量，通过闭环控制最终获得空间电压矢量。1．3直流转矩控制变频1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论(DirectTorqueControl简称DTC)。DTC是交流传动领域电机控制方式的一次革命，它从零速开始不使用电机轴上的脉冲码盘反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。在DTC中，
5、定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新40,000次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味着传动可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化做出快速响应。2、空间矢量PWM原理在众多ＰＷＭ中,ＳＶＰＷＭ和ＳＰＷＭ最具代表性。ＳＰＷＭ是利用三角载波与正弦调制波进行比较得到的,适合于模拟电路实现,其最大不足是对直流电压利用率低。80年代中期,国外学者在交流电机调速中提出了磁通轨迹控制思想,进而发展产生了电压空间矢量ＰＷＭ[4],其物理概念清晰,算法简单,适合于
6、数字实现。ＳＶＰＷＭ比ＳＰＷＭ对直流电压利用率高15.47%[5]。根据逆变器各桥臂开关状态的不同,可以得到8个基本电压矢量,包括6个非零电压矢量和2个零电压矢量.这8个矢量称为基本空间电压矢量并记作Ｕ0,Ｕ60,Ｕ120,Ｕ180,Ｕ240,Ｕ300,Ｏ000和Ｏ111.图2给出了基本空间电压矢量和所需的电机电压矢量Ｕｏｕｔ在αβ平面上的投影.图2 基本空间矢量及Ｕｏｕｔ在αβ平面上的投影ＳＶＰＷＭ方法的目的是通过与6个开关管的8种开关状态相应的基本空间电压矢量来逼近电机所需的电压向量Ｕｏｕｔ.一般的实现方法是在一个ＰＷＭ周期Ｔ内使逆变器输出电压的平均值和Ｕｏｕｔ相等.如果Ｔ很小,在Ｔ周
7、期内.使Ｕｏｕｔ的变化很小,则具体的实现方程为: Ｔ*Ｕｏｕｔ=Ｔ1Ｕｘ+Ｔ2ＵＸ±60+Ｔ0(Ｏ000orＯ111)；式中,Ｔ1,Ｔ2为Ｕｏｕｔ所在区域的两相邻非零基本空间电压矢量ＵＸ和ＵＸ±606上海大学微电子中心对应开关管导通状态的时间;Ｔ0为插入的零基本空间矢量Ｏ000或Ｏ111的时间,同时有Ｔ1+Ｔ2+Ｔ0=Ｔ成立.3、SVPWM数字电路设计3．1结构简要框图比较单元１计数器PWM1PWM2PWM3PWM4PW
