基于SVPWM算法的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

文章先通過闡述變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成、SVPWM算法的基本原理、參數(shù)計(jì)算以及實(shí)現(xiàn)方法，然后給出 SVPWM算法在DSP2407上實(shí)現(xiàn)的具體計(jì)算過程，最后經(jīng)過試驗(yàn)，驗(yàn)證整套系統(tǒng)能夠正常并準(zhǔn)確工作。同時(shí)基于MATLAB/Simulink設(shè)計(jì)了仿真模型進(jìn)行算法仿真，仿真波形與理論基本相符，證實(shí)了該方案的可行性。

　　1.引言

　　隨著新型電力電子器件的不斷更新，變頻調(diào)速技術(shù)得到了極大的發(fā)展，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展、豐富和完善，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的調(diào)速方式。

　　然而傳統(tǒng)的SPWM技術(shù)存在一些缺點(diǎn)，SPWM技術(shù)著重在使逆變器輸出的電壓盡量接近于正弦波，但電動(dòng)機(jī)需要的是在氣隙中形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩，這些是SPWM技術(shù)不易做到的，而SVPWM技術(shù)是把逆變器和電機(jī)作為一個(gè)整體來考慮，控制電壓空間矢量，使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，逆變器輸出諧波小，諧波損耗小，因此它的應(yīng)用日益廣泛。

　　2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　變頻調(diào)速系統(tǒng)由變頻器、電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)三大部分構(gòu)成，有時(shí)還包括負(fù)載。總體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

　　變頻器是一個(gè)能改變頻率的交流電源?？刂葡涤弥饕煽刂破骱碗娏?、轉(zhuǎn)速等檢測(cè)儀器組成，用于按照給定指令，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，完成傳動(dòng)任務(wù)。電動(dòng)機(jī)主要是異步電動(dòng)機(jī)，少數(shù)場(chǎng)合使用同步電動(dòng)機(jī)。負(fù)載即各類工作機(jī)械、設(shè)備，用于完成各種生產(chǎn)任務(wù)。

　　3.SVPWM算法原理與實(shí)現(xiàn)

　　SVPWM的工作原理是將逆變器和電動(dòng)機(jī)看成一個(gè)整體，依據(jù)電機(jī)磁鏈和電壓的關(guān)系，用8個(gè)基本電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。

　　3.1 兩電平逆變器

　　一般低壓逆變器的輸入為一個(gè)單一的直流電源，當(dāng)對(duì)此恒定的直流電壓進(jìn)行脈寬調(diào)制，輸出為幅值一定的PWM波。如果設(shè)直流電壓為，以低壓節(jié)點(diǎn)為零電位，經(jīng)過逆變器得到的一定的PWM波只有兩個(gè)電平，即和0，因此這種逆變器稱為兩電平逆變器，如圖2所示：

　　逆變器用6個(gè)IGBT（絕緣柵雙極性晶體管）V1- V6構(gòu)成三相逆變橋，V1、V3、V5為共陽極組，V2、V4、V6為共陰極組，每個(gè)橋臂2個(gè)IGBT串聯(lián)，從連接點(diǎn)引出三相接線，把一個(gè)周期分為 360°，將V1-V6以相隔60°的電角度依次導(dǎo)通，每個(gè)IGBT導(dǎo)通180°。任一時(shí)刻有三個(gè)IGBT導(dǎo)通，同橋臂的另一個(gè)IGBT必須關(guān)斷，這樣工作逆變器可以對(duì)三相負(fù)載輸出三相交流電。

　　一般情況下兩電平逆變器六拍運(yùn)行時(shí)，每隔60°切換一次，共有8種開關(guān)狀態(tài)，按a、b、c相序可表示為100、110、010、011、001、101、000、111.每一種開關(guān)狀態(tài)輸出合成電壓空間矢量out u 分別記為u1、u2、u3、u4、u5、u6、u0、u7，統(tǒng)稱為基本矢量，其中u1-u6為有輸出數(shù)值的矢量，稱為非零矢量，u0、u7無電壓輸出，稱為零矢量。8個(gè)電壓矢量的空間分布如上圖3所示，各