[摘要] 本文選取LF2407A為控制芯片，以數(shù)字脈寬調制方法為基礎，將系統(tǒng)控制中的SVPWM空間矢量調制算法通過DSP編程來實現(xiàn)，最終完成以SVPWM空間矢量調制技術為核心的三相交流調速系統(tǒng)。

[關鍵詞] SVPWM交流調速系統(tǒng)設計

交流電動機的變頻調速系統(tǒng)是各種調速系統(tǒng)中最為優(yōu)越的一種電力拖動系統(tǒng)，它和其它的調速系統(tǒng)相比，具有良好的調速性能和節(jié)能效果。隨著新型電力電子器件的不斷出現(xiàn)，脈寬調制技術(PWM)和正弦脈寬調制技術(SPWM)在交流調速系統(tǒng)中已經得到越來越多的應用。雖然傳統(tǒng)交流調速系統(tǒng)中的數(shù)字脈寬調制方法多采用規(guī)則采樣技術，即求取三角載波與所希望的調制函數(shù)相比較的直接數(shù)學方程式，PWM信號可以通過計算這個數(shù)學方程式來獲得。這種數(shù)字脈寬調制方法僅是對模擬自然采樣的三角波——正弦波SPWM方法的近似。但常規(guī)的SPWM不能充分利用饋電給逆變器的直流電壓，調節(jié)過程中依然會有某些高次諧波分量，從而引起電機發(fā)熱、轉矩脈動和系統(tǒng)振蕩等。目前電壓矢量脈寬調制技術(SVPWM)以其物理概念清晰，算法簡單，易于實現(xiàn)的特點，在中小功率調速系統(tǒng)中得到了廣泛的應用 。

一、SVPWM的基本原理及組成

圖1 典型的三相電壓源變換器結構

圖2基本矢量Vref及在α-β平面上的投影

如圖1所示，在電壓型逆變器電路中， 當上橋臂開關管導通時相應的下橋臂開關管截止，上橋臂開關管截止時相應的下橋臂開關管導通。設當上橋臂開關管導通時對應的開關變量為1，關斷時為0。電壓型逆變器六個開關管共有八種工作狀態(tài)，產生八個電壓矢量，其中只有六個有效的電壓矢量。通過三相／兩相變換，可將相應于表1的八種組合的相電壓映射到 平面，得到六個非零電壓矢量(V1-V6)和兩個零電壓矢量(V0、V7)。非零電壓矢量構成正六邊形的軸線，其夾角是6Oo，兩個零電壓矢量位于坐標原點。圖2給出了基本電壓矢量和所需的電機電壓矢量Vref，在α-β平面的投影。SVPWM方法的目的是通過與六個開關管的八種開關狀態(tài)相應的基本電壓矢量來逼近電機所需要的電壓欠量Vref。

二、基于DSP的SVPWM調速系統(tǒng)的設計

1.硬件設計

針對SVPWM控制系統(tǒng)的特性，研制了基于DSP的三相交流電機SVPWM調速控制系統(tǒng)。采用的控制系統(tǒng)主要由DSP接口電路、功率驅動電路、三相逆變電路、邏輯控制電路及保護電路等組成。電流信號由DSP的A／D轉換接口輸入。DSP根據(jù)控制指令、參考速度指令及反饋轉速輸出SVPWM脈沖信號，驅動IGBT構成的橋式逆變電路控制電機。功率驅動電路采用光偶驅動并加硬件互鎖，在硬件上防止上下橋臂發(fā)生直通現(xiàn)象。

三相逆變電路采用由IGBT構成的三相全橋電路。為減少由于IGBT在開關過程中對其他管子的干擾，在電路中加入緩沖電路，以使IGBT的開關強度降低。同時在軟件中降低PWM的開關頻率，增加死區(qū)寬度。實驗證明，在220V交流輸入時，電路能可靠地工作。采用過壓、欠壓及過流保護電路：過壓、欠壓保護電路采取在220V交流輸入端的分壓電路，經整流后接人比較器LM393，當有過壓或欠壓發(fā)生時，LM393輸出低電平，當DSP檢測到XINT1引腳為低電平時，則產生外部中斷，在中斷程序中判斷來到的過、欠壓信號是否為真的發(fā)生過壓或欠壓。如果DSP判斷系統(tǒng)真的發(fā)生過、欠壓，則DSP封鎖PWM輸出，否則DSP正常輸出PWM。過流保護電路檢測采樣電阻的電壓大小，當有過流發(fā)生時，LM393輸出一低電平，DSP產生一個PDPINT的中斷，并封鎖PWM的輸出。

2.軟件設計

整個控制系統(tǒng)軟件由主程序、服務子程序和中斷子程序組成。主程序完成芯片初始化、變量的初始化等。服務子程序完成A／D轉換、鍵盤掃描、SVPWM算法等。

本文根據(jù)SVPWM算法處理的周期，確定使用LF2407A事件管理器中的定時器1作為SVPWM算法處理的時基，同時SVPWM算法處理程序置于該定時器的下溢中斷服務程序之中。由于定時器1的下溢中斷處于第2級可屏蔽中斷源INT2中，設置中斷屏蔽寄存器IMR為010(二進制數(shù))，且以LF2407A的40M主頻為計數(shù)時鐘，通過定時器1的時鐘控制寄存器T1CON將定時器的工作模式設定為對稱模式，其周期寄存器T1PR值為3333。通過以上設定可初步完成6K的SVPWM采樣頻率配置。

實驗證明系統(tǒng)在施加恒負載的情況下，電機啟動電流波形穩(wěn)定。電機從0加速到穩(wěn)定的1500r／min和從0加速到穩(wěn)定的2000r／min分別用時7.1s和8.6s。啟動過程的相電流波形顯示出對系統(tǒng)施加恒負載時，系統(tǒng)具有良好的控制能力，啟動時間較空載啟動時間稍短。

通過本文設計的硬件電路控制系統(tǒng)成功地完成了三相電動機SVPWM矢量控制。運用SVPWM調制方法能夠較好地減小勵磁電流中的諧波分量，同時增大逆變器的電壓輸出能力。

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