用SVPWM調(diào)制模式實(shí)現(xiàn)定V／F變頻調(diào)速

國(guó)防科技大學(xué)（長(zhǎng)沙市,，410073）　鄧啟文　尹力明　佘龍華　吳峻

　　摘   要　本文介紹一種基于TMS320F240芯片,，用SVPWM進(jìn)行定V／F調(diào)速控制的實(shí)現(xiàn)方案。特別針對(duì)可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)矩暫態(tài)情況,，提出了一種有效的解決方案,。重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法，最后驗(yàn)證了其可行性,?！　?br>     敘   詞　電機(jī)　變頻調(diào)速　脈寬調(diào)制

1　引言
　　定電壓頻率比（定V／F）是一種基本的交流調(diào)速方法。其基本原理是在調(diào)速過(guò)程中保持電壓和頻率的比值不變,，從而使每極磁通量為定值,。空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）是一種新型的脈寬調(diào)制模式,，它不但對(duì)三相交流電機(jī)產(chǎn)生的諧波失真最小,，而且還能提供比正弦調(diào)制更有效的電壓。
　　TMS320F240是德州儀器（TI）公司提供的面向電機(jī)控制的專(zhuān)用芯片,。它集成了電機(jī)控制所需的許多外圍電路,。所以，它不但具有信號(hào)處理器（DSP）運(yùn)算速度快,，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的優(yōu)點(diǎn),，還使得以它為核心的控制電路十分簡(jiǎn)單、可靠,?！　?br> 2　定V／F和SVPWM原理
　　假定加在三相電機(jī)上的電壓是正弦波并忽略定子上的電壓降，則在穩(wěn)定的條件下有

     由式（2）可推出

　　由此,，只要在頻率變化過(guò)程中保持V／F為定值,，則定子磁通量Λ也保持不變，從而電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電流頻率無(wú)關(guān),。在實(shí)際運(yùn)用中常常是使V／F的比值能使磁通量和電磁轉(zhuǎn)矩都保持在額定值,。但是，在低電壓條件下,，定子壓降不能忽略,，必須使V／F比值變大。所以,，最后的V－F關(guān)系如圖1所示,。

　　空間矢量的原理如圖2所示。三對(duì)開(kāi)關(guān)形成八種開(kāi)關(guān)組合,，其中六種組合能提供有效電壓,，兩種組合不能提供有效電壓,。空間矢量的基本思路就是用這八種開(kāi)關(guān)組合來(lái)近似電機(jī)定子電壓U_out

求出U_x,、U_x±60和O₀₀₀ or O₁₁₁分別對(duì)應(yīng)的T₁,，T₂和T₀，由此即可得到所需的SVPWM波（見(jiàn)圖3）,，從而得到所需的定子電壓U_out,。

3　系統(tǒng)控制原理及功能實(shí)現(xiàn)
3．1　基本原理
　　基于SVPWM的開(kāi)環(huán)異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖如圖4所示。
　　這是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),，主要用在對(duì)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)要求不是十分嚴(yán)格的場(chǎng)所,，如電扇、空調(diào)中,。該系統(tǒng)采樣到輸入的模擬信號(hào)后,，分兩路進(jìn)行處理：一路按比例得到相應(yīng)的定子電壓U_out，另一路按比例得到相應(yīng)的速度量（即頻率量,，從而保證了電壓,、頻率的比值為定值）。對(duì)速度量進(jìn)行積分即得到U_out的角度值θ,。由θ可判斷出U_out所在的象限,、所在的扇形區(qū)域，并由查表就可以得到sinθ,，cosθ的值,。把這兩路結(jié)合起來(lái)就可得出U_out在水平和垂直方向的分量U_d，U_q,。由公式（4）求出T₁，T₂,，T₀,，裝入相應(yīng)的全比較寄存器即可得到相應(yīng)SVPWM輸出?！　?br> 3．2　過(guò)調(diào)制暫態(tài)的處理
     以上討論的是常規(guī)的SVPWM模式,，此時(shí)電壓矢量端點(diǎn)軌跡位于六邊形的內(nèi)切圓內(nèi)。如果電壓矢量的端點(diǎn)軌跡位于六邊形的外接圓和外切圓之間如圖5,，此時(shí)SVPWM出現(xiàn)過(guò)調(diào)制暫態(tài),，如不采取措施，輸出電壓將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重失真,，影響電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,。

　　理論上，我們可以對(duì)U_out端點(diǎn)超出六邊形的部分進(jìn)行壓縮,，保持其相位不變,，將其端點(diǎn)拉回至六邊形,。但在實(shí)際運(yùn)用中需要對(duì)電壓矢量的端點(diǎn)軌跡是否超出六邊形進(jìn)行判斷，再進(jìn)行T₁,，T₂,，T₀的計(jì)算，具體工程實(shí)現(xiàn)比較麻煩,，所以作進(jìn)一步改進(jìn),。計(jì)算出T₁，T₂后,，判斷T₁＋T₂＞T_s是否成立,，如不成立，T₁,，T₂保持不變,。如成立，設(shè)將電


然后,，即可由此輸出所需PWM波,，合成所需電壓矢量U_out，實(shí)現(xiàn)空間矢量定V／F變頻調(diào)速,。
4　系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)
　　本程序可分為兩個(gè)程序模塊：主程序和中斷程序,。主程序在完成初始化，進(jìn)行輸出PWM模式的設(shè)定,，設(shè)置中斷方式等,，然后進(jìn)入循環(huán)，以等待中斷的發(fā)生,。

　　讀入相應(yīng)的模擬值,，求相應(yīng)的速度ω，相應(yīng)的電壓U_out,，以及對(duì)速度進(jìn)行積分求U_out的角度θ,，從而求出U_d，U_q以及T₁,，T₂,，T₀并發(fā)出6路SVPWM都在定時(shí)器2的下溢中斷服務(wù)程序中完成。通用定時(shí)器2的下溢中斷服務(wù)子程序的流程圖如圖7所示,。
5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　在頻率為40Hz時(shí)得到的電流波形如圖8所示,。由圖8可知：應(yīng)用空間矢量PWM模式，可以得到比較光滑的正弦波,，電流脈動(dòng)也得到了有效的抑制,。同一般的PWM調(diào)制模式相比，它是一種更加有效的交流調(diào)制模式。所以,，它成了現(xiàn)在交流調(diào)制模式的主要方式?，F(xiàn)在研究最多、應(yīng)用最廣的直接轉(zhuǎn)矩控制,，大部分也都是用空間矢量調(diào)制模式實(shí)現(xiàn)的,。