基于DSPIC30F6010A的SVPWM矢量控制变频系统研究与实践.docVIP

基于DSPIC30F6010A的SVPWM矢量控制变频系统研究与实践 摘　要: 阐述了电压空间矢量调制(SVPWM)的基本原理, 给出了一种基于DSP控制的基本算法, 并用DSPIC30F6010A实现了对变频系统的控制，对SVPWM技术进行了实验验证。实验结果表明,采用SVPWM技术的正弦波变频逆变电源具有逆变输出电压谐波分量低、波形畸变小的优点；直流母线电压利用率高， 该矢量控制系统具有良好的动、静态性能。 关键词: 感应电机; 空间矢量脉宽调制; DSP; 矢量控制 0　引　言 空间矢量脉宽调制( SVPWM)是把电动机和逆变器看为一体, 使电动机获得幅值恒定的圆形磁场, 具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高等优点。随着控制算法趋于更复杂, 对控制器的性能要求也更高。数字信号处理器芯片DSPIC30F6010A能够达到很好的控制精度。本文从SVPWM的基本原理出发, 给出了以DSPIC30F6010A为主控芯片的变频系统的实现方法。 电压空间矢量脉宽调制的原理 图1 三相电压型逆变器原理图 图2 三相逆变器电压空间矢量图 在感应电机变频调速系统中, 三相电压型逆变器可由图1的6个开关元件来等效。电机的相电压和线电压依赖于它所对应的逆变器桥臂上下6个功率开关管的状态。根据开关矢量的0/1选取，电机三相电压可表示为式（1），其中是逆变器输入的直流电压。 （1） 同时，可确定逆变桥功率开关顺序的8种组合状态，并得出不同状态下定子电压矢量的表达式 （2） 通过三相到两相的坐标变换，（）坐标系下惦记电压为 （3） 将式（1）代入式（2）可得逆变器开关状态电压空间矢量图，并可将此空间区域分为6个象限，每个象限间隔，如图2所示 定子电压空间矢量为 （4） 利用功率开关器件的8种基本组合能够方便的实现定子电压矢量 （5） 由于控制系统的离散性，为了能够尽量逼近连续时间状态下的控制效果，需要将离散时间步长T设定足够小，使离散控制的电压逼近式（5）中的电压输出，从而获得以下的离散控制方程 （6） （7） 式中：为周期内相邻开关状态的导通时间；为零状态导通时间。 由式（6）可得到相应个开关状态的导通时间 （8） （9） 式中：为两种零开关状态电压值；为电压矢量在（）坐标系下的变换矩阵。 在SVPWM调制模式下，时间步长即为其脉宽调制的周期，且通常。 当时，可进行状态饱和补偿，用补偿计算值作为新的状态时间 （10） （11） 以逆变器不饱和运行为冲要条件，计算得到的电压空间矢量的轨迹在逆变器相邻空间矢量端点连线所构成的正六边形区域内，如图2所示。在复平面内可用半径为，旋转角速度为的圆轨迹，系统完全受控且逆变器的容量得以充分应用。 从图 可知，矢量合成SVPWM脉宽调制输出的最大基波相电压幅值是SPWM调试输出的倍。 2　基于DSP的算法 2.1　确定电压矢量us 的uα 和uβ 分量 根据电机原理, 要获得良好的力矩指标, 需保持磁通量不变, 所以变频调速中需维持。但是, 电机感应电动势, 难以直接测量和控制。根据感应电机特性, 当运行频率较高, 反电动势较大时, 可以忽略定子绕组漏阻抗压降。这时，即只要维持 (恒压频比) , 就可以维持气隙磁通恒定。但是，当运行在低频时, 反电动势较小, 定子电阻压降的影响不能忽略, 故抬高加以补偿, 才能近似维持。采用带低频定子电阻压降补偿的恒压频比控制的电压、频率关系如图3所示。 图3 E/f关系曲线 在调速时, 由于, 根据的大小确定