基于DSP的空間電壓矢量PWM技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

1　引言

近年來，在高性能全數(shù)字控制的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，作為電力電子逆變技術(shù)的關(guān)鍵，PWM技術(shù)從最初追求電壓波形正弦，到電流波形正弦，再到磁通的正弦，取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展［1］。在眾多正弦脈寬調(diào)制技術(shù)中，空間電壓矢量PWM（或稱SVPWM）是一種優(yōu)化的PWM技術(shù)，能明顯減小逆變器輸出電流的諧波成分及電機(jī)的諧波損耗，降低脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且其控制簡(jiǎn)單，數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方便，電壓利用率高，已有取代傳統(tǒng)SPWM的趨勢(shì)。本文對(duì)空間電壓矢量PWM的原理進(jìn)行了深入分析，重點(diǎn)推導(dǎo)了每一扇區(qū)開關(guān)矢量的導(dǎo)通時(shí)間，并在TI公司生產(chǎn)的DSP上實(shí)現(xiàn)三相逆變器的控制，證明了分析的正確和可行性。

2　空間電壓矢量PWM原理

圖1為三相電壓源逆變器示意圖，Sa、Sb、Sc為逆變器橋臂的開關(guān)，其中任一橋臂的上下開關(guān)組件在任一時(shí)刻不能同時(shí)導(dǎo)通。不考慮死區(qū)時(shí)，上下橋臂開關(guān)互逆。將橋臂輸入點(diǎn)a、b、c的開關(guān)狀態(tài)用下面的開關(guān)函數(shù)表示：

Sk＝1（橋臂k，上橋臂導(dǎo)通，下橋臂關(guān)斷）；Sk＝0（橋臂k，上橋臂關(guān)斷，下橋臂導(dǎo)通）?！　∮蒩、b、c的不同的開關(guān)組合，可以有23＝8個(gè)開關(guān)矢量（Sa Sb Sc），即V0（000）～V7（111），其中有六個(gè)有效開關(guān)矢量V1～V6和兩個(gè)零開關(guān)矢量V0和V7。利用V0～V78個(gè)矢量的線性組合可以近似模擬等幅旋轉(zhuǎn)向量，由磁鏈和電壓間簡(jiǎn)單的積分關(guān)系，可知此時(shí)實(shí)際的電機(jī)氣隙磁通軌跡接近圓形。圖2為SVPWM矢量、扇區(qū)及每個(gè)扇區(qū)開關(guān)方向圖。按圖2，有表1所示扇區(qū)號(hào)與k的關(guān)系。

其中k為以a軸為起點(diǎn)，以π/3為單位，逆時(shí)針方向排列的序號(hào)，若θ為矢量與α軸夾角，則有

SVPWM技術(shù)的目的是通過合成與基本矢量相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)，得到參考電壓Uout。對(duì)于任意小的時(shí)間周期T，逆變器輸出平均值與Uout平均值相等，如式（3）所示：

其中Tx、Tx＋60（或Tx－60）分別為一個(gè)周期內(nèi)，開關(guān)狀態(tài)Ux、Ux＋60（或Ux－60）對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間，Ux與Ux＋60（或Ux－60）是合成Uout的基本空間矢量。如果假定在很小的時(shí)間T內(nèi)參考電壓Uout的變化很小，則式（3）可以變?yōu)槭剑?）：

在一個(gè)完整的調(diào)制周期T內(nèi)，除了Tx和Tx