《基于开关函数法的SVPWM实现技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于开关函数法的SVPWM实现技术.docx（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、基于开关函数法的SVPWM实现技术dujing导语：本文将基于svpwm与spwm等效原理1,利用开关函数方法实现svpwm逆变控制。开关函数法可以大大简化计算经过，进步计算精度，并在工业变频器的产品开发中获得了很好的控制效果1引言由于电压空间矢量脉宽调制svpwm与传统的正弦脉宽调制spwm相比，其开关器件的开关次数可以减少1/3，直流电压的利用率可进步15.47%，并能明显减少逆变器的输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗和降低脉动转矩，因此在电机控制中得到广泛应用。但常规的svpwm方法需要进展复杂的三角函数和坐标旋转运算，以及对输出电压矢量所在扇区的判定，复杂的计算对高精度的实时控制产生不
2、可无视的影响。鉴于此，本文将基于svpwm与spwm等效原理1,利用开关函数方法实现svpwm逆变控制。开关函数法可以大大简化计算经过，进步计算精度，并在工业变频器的产品开发中获得了很好的控制效果。2开关函数svpwm2.1svpwm与spwm的等效原理基于svpwm与spwm等效原理，svpwm控制方法的调制函数实际上就是在spwm的正弦调制函数的根底上叠加一个特殊零序分量而得到的一种分段连续函数，其中的零序分量为三相对称正弦调制函数中瞬时绝对值最小的相的一半，见图1中uo，该图中ua、ub与uc为三相对称正弦调制函数。对于初相为零的正弦调制函数ua而言，叠加uo后即可得到svpwm的一相调
3、制函数，见图2中的ua。同理将ua分别相移120、240后可得svpwm的另外两相调制函数ub与uc的波形。由以上可以以为从调制函数角度svpwm和spwm之间建立了一种等效变换关系，svpwm控制方法完全可以直接采用spwm的现有控制方法，使得svpwm的控制方法大大增加。由于svpwm的调制函数的最大值为spwm调制函数的最大值的，见图2，显然等效后的svpwm控制方法仍然具有最大电压利用率为spwm控制方法1.1547倍的特点。align=center图1svpwm零序分量波形图2svpwm一相目的调制波形/align2.2svpwm的开关函数表示法开关函数是指在给定输入电压函数、期望输
4、出电压函数以及各种约束条件下用来描绘变换器中一组相关功率开关占空比的连续函数或者分段连续函数，逆变器中同一个桥臂上下功率开关的开关函数通用表达2形式为：1其中，f上管和f下管分别为描绘任一桥臂上管与下管瞬时占空比的开关函数，q为调制度，直流侧电压不排除允许一定程度的波动。详细到svpwm控制方法，逆变器的开关函数矩阵可以描绘为2其中，fsub1/sub与fsub4/sub、fsub3/sub与fsub6/sub、fsub5/sub与fsub2/sub分别表示逆变器第一、二、三桥臂上管与下管的瞬时占空比函数。由开关函数所描绘的物理意义，开关函数矩阵中各函数元素必须知足以下关系：fsubi/sub
5、0subi/sub=16，fsub1/sub+fsub4/sub=1，fsub3/sub+fsub6/sub=1，fsub5/sub+fsub2/sub=1。根据图2，经过分析，svpwm的分段调制函数可以由以下三个根本正弦函数所组成的包络线得到33详细来讲，区间0,2可以划分为7个小区间，svpwm的三相对称调制函数eu、ev与ew在每个区间所采用align=center456/align于是，svpwm控制方法中期望输出的三相相电压可分别表示为vomeu、vomev与vomew，其中vom为期望输出相电压的幅值。设逆变器直流侧电压为常值vdc，那么由逆变器通用开关函数表达式，可以得到svw
6、pm开关函数矩阵中各函数元素的详细表达式。在区间0,2内svwpm的调制函数由7段组成，应该分别按区间给出相应的开关函数矩阵。不失一般性，下面以第一区间00t/6为例给出各开关函数的详细表达式：align=center789/align其中，q为调制度，q0,1，q=2vsubom/sub/vsubdc/sub。同理可以推导出其它区间的开关函数矩阵。3实现方法与试验结果svpwm开关函数原理上看来很复杂，但实现方法却非常简单。下面给出svpwm开关函数的使用方法。首先只需要计算区间0,2内单位调制函数eu的函数值，并将其制作成表格存放在微控制器的flash存储器中，以备查用；然后基于开关函数和
7、存储的eu表格计算出每个载波周期中第一桥臂上管的占空比；最后，再根据占空比大小、载波周期以及电压频率关系计算出第一桥臂上管的实际导通脉宽。同理，在查表时分别将eu表格移相120和240可以计算出第二、三桥臂上管的导通脉宽。由于采用互补触发方式，因此三个下管的导通脉宽不需要重复计算。在变频器设计中选用motorola微控制器68hc908mr16，由于其具有上下管互补触发功能和自动插入死区才能，因此只需计算上管的脉宽，大大简化了运算量，进步了可靠性；另一方面68hc908mr16具有倍频功能，可以根据实际需要将开关频率提升，弥补了一般8位单片很难将开关频率做到很高的局限。在实验室建立了基于ipm
8、的交-直-交变频器产品平台，实验电动机为y90s-4th，1.1kw，y接，负载为电磁调速电动机yct160-4b，ipm为pm20ctm060，开关频率为3.0khz，没有采用倍频。在上述条件下测试了各个频率点的电动机线电流波形，下面给出局部测试结果。输出频率为1.75hz、9.64hz、49.5hz与101.0hz时电动机线电流波形分别见图3、4、5与6，可见在宽调频范围内变频器输出电流波形的正弦度很高，说明基于开关函数的svpwm逆变控制方法是有效的。在上述实验条件下，实际测得在调制度为1，输出频率为50hz的情况下，spwm控制方法输出线电压基波有效值为193.5v，基于开关函数的sv
9、pwm控制方法输出线电压基波有效值为223.7v，讲明svpwm控制方法电压利用率比spwm高15%左右。至于svpwm谐波分布情况，由于篇幅限制，本文不予讨论。align=center图3电动机线电流波形1.75hz图4电动机线电流波形9.64hz图5电动机线电流波形49.5hz图6电动机线电流波形101.0hz/align4完毕语基于开关函数svpwm控制方法可以得到很好的逆变器控制效果，编程轻易，电动机线电流的正弦度较高，电压利用率比传统的spwm控制方法进步15%左右；其次，由于开关函数的引入，使得控制技术具有变换概念明晰、调节参数轻易以及便于利用微机实现等优点，值得推广。该控制方法已
10、成功运用到工业变频器的产品的开发中，且已产品化。陈辉1973-男讲师/硕士研究方向为电力电子技术与计算机控制技术。1g-myongleeanddong-choonlee,implementationofnaturallysampledspacevectormodulationeliminationmicroprocessors,tsinghua,ipemc2000:803-8072yangxijun,gongyoumin.applicationofsingle-to-singlephasematrixconversioninconventionalrectifier-inverter,journalofshanghaiuniversity,sept.2000,53:211-2163陈国呈.pwm变频调速及软开关电力变换技术.北京:机械工业出版社,20014易龙强,戴瑜兴.svpwm技术在单相逆变电源中的应用.电工技术学报,2007,2295李毅,范蟠果.基于svpwm的数字化沟通变频调速系统的设计.电气传动,2007,379