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            整流器空間矢量調制算法的比較研究

            作者: 時間:2011-03-17 來源:網(wǎng)絡 收藏

            摘要:簡單介紹了PWM(SVPWM)控制的原理,就幾種SVPWM波的諧波含量、開關損耗進行了,同時給出了集成DSP電機控制器TMS320F240實時產生SVPWM的實現(xiàn)。關鍵詞:脈寬;數(shù)字信號處理器;脈寬Researchon SpacevectorPWMControlofTriphaseRectifier

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/179451.htm

            HEMingxingAbstract:TheprincipleofSVPWMcontrolofthreephasePWMroctifier isintroduced.Theharmoniccomponentsandswitchingfrequencyofthreedifferent typiesofSVPWMwaveformarediscussed,andthealgorithmofSVPWMrealization isprovided.Theresultsofsimulationandexperimentarepresentedatlast. Keywords:SVPWM;DSP;PWMrectifier中圖分類號:TN911文獻標識碼:A文章編號: 0219-2713(2002)10-0498-04

            1引言

            在三相PWM的數(shù)字控制系統(tǒng)中,由于微處理器的運算和處理速度的限制,用來控制功率開關器件的PWM信號多采用三個相差為120°的正弦信號和一個三角載波信號相的正弦調制方法(SPWM),這種調制方法很容易用查表的方法實現(xiàn),從而可以節(jié)約處理器的運算時間。但隨著微處理器的設計和制造技術的日新月異,以TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320F240和AD公司的ADMC331為代表的處理器的推出,使得PWM波的實時計算能很容易地實現(xiàn),同時因為這些微處理器內嵌了產生PWM波的硬件,使各種PWM波特別是SVPWM波的實時產生成為一件輕松的工作。為此,本文著重分析了幾種SVPWM波形的特點,同時給出了對應的工程實現(xiàn),并就這幾種進行了。

            2電壓型PWM整流器脈寬調制的

            基本原理

            圖1表示的是一個典型的三相電壓型PWM整流器的結構。VDC為三相整流器直流側電壓, UsA,UsB,UsC分別為三相電網(wǎng)的相電壓;URfA,URfB,URfC分別為整流器橋臂中點對三 相電網(wǎng)電壓中點的電壓值,它們的大小依賴于對應的橋臂上下功率開關的狀態(tài),isA,isB, isC分別為三相的線電流。

            對于電壓型PWM整流器的電流控制有兩類不同的控制方法。一是間接電流控制,它不引入電流反饋而直接對整流器進行PWM調制,使其輸入端電壓為接近正弦的PWM波形,并保持一定的相位,從而使通過電抗器輸入的電流為與電源電壓同相位的正弦波;二是直接電流控制,需要檢測輸入電流,并通過電流反饋信號對整流器進行PWM調制,達到控制輸入電流波形相位的目的。直接電流控制有多種不同的電流跟蹤方法,如滯環(huán)控制,空間矢量控制,固定頻率的滯環(huán)控制,基于自然采樣SPWM控制。其中空間矢量PWM是由空間矢量變換概念而來。在采用空間矢量PWM控制的三相電壓型整流器中,為了描述方便定義如下空間矢量,其中α=ej2π/3。

            ——電網(wǎng)電壓空間矢量Us=(UsA+αUsB+α2UsC)(1)

            ——橋臂中點電壓空間矢量


            URf=(URfA+αURfB+α2URfC)(2)
            ——線電流空間矢量Is=(isA+αisB+α2isC)(3)

            考慮上述變量的基波分量,上述空間矢量Us,URf,Is的關系可用下式表示

            URf=Us-Rs×Is-Ls×dIs/dt(4)

            用CPU進行數(shù)字運算時上式可變?yōu)?/p>

            URf=Us-Rs×Is-Ls×ΔIs/T(5)

            式中:T為一個PWM控制周期,即為主開關器件的開關周期。

            CPU檢測電網(wǎng)電壓可以計算出電網(wǎng)電壓空間矢量,檢測電感中的電流可以計算出電流矢量,再和指令電流矢量比較可以得到ΔIs,再由式(5)就可以計算出橋臂中點電壓矢量。再經(jīng)過空間矢量調制算法計算出下個PWM控制周期每個開關管的導通時間,這樣就可以控制整流器入端的電流。當PWM整流器入端的電流和電網(wǎng)電壓同相位時,這時PWM整流器的功率因數(shù)很接近1,即為通常所說的PFC控制;如果PWM整流器的交流側是和其它功率負載并聯(lián)接入電網(wǎng),而且控制PWM整流器的入端電流使得它的入端電流和與其并聯(lián)的功率負載的電流之和接近正弦且與電網(wǎng)電壓同相位,那么PWM整流器起消除電網(wǎng)諧波的作用。

            整流器的6個開關器件的開關順序必須遵從下面的要求。

            (1)其中的3個開關總是處于開通狀態(tài),而其余的3個總處于關斷狀態(tài)。

            (2)同一橋臂的上下兩個開關由互補的兩個脈沖信號控制,并且必須保證控制上下橋臂的脈沖信號沒有重疊部分,這樣就不會出現(xiàn)上下橋臂的直通短路。

            這6個開關器件可以形成8種導通模式,這8種模式對應8種空間矢量,在一個PWM控制周期內可以通過這8種矢量的不同組合,讓它在一個PWM控制周期產生的效果等于式(5)計算出的橋臂中點電壓矢量作用一個PWM控制周期。這樣就達到了控制整流器交流側電感中的電流的目的。

            3SVPWM波在DSP中的實現(xiàn)方法

            由式(5)可以計算出一個PWM周期橋臂中點的電壓矢量URf,從其在d、q軸投影得到其 d、q軸的分量分別為Ud、Uq,那么CPU下一步就要由Ud、Uq的值計算出三個橋臂每個開關 管的占空比,從而給各個橋臂正確的觸發(fā)脈沖。用什么樣的算法來得到每個開關管的占 空比就是本節(jié)要討論的問題。


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