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引言 目前，變頻調速技術經過多年的研究已經趨于成熟，尤其是普通的SPWM方案已經普遍應用于實際的變頻器中。其他控制方法如空間電壓矢量法、直接轉矩控制等策略的研究也已經進入了一個新的階段。空間電壓矢量PWM(Space Vector PWM，SVPWM)控制方法通過電壓矢量的控制優化使磁通逼近基準磁鏈圓，從而產生恒定的電磁轉矩，其控制效果等同于直接轉矩控制。從電機的角度出發，把逆變器和電動機作為一個整體來考慮。與傳統PWM相比，其電流畸變小、直流電壓利用率高，在傳動系統和變頻電源裝置中有著廣泛應用。 1 變頻調速系統結構 圖1為整個變頻調速系統的結構框圖。系統由整流電路、濾波電路、智能功率模塊(IPM)、單片機(SPMC75F2313A)、光耦隔離電路、脈沖整形電路、過壓過流檢測電路及顯示電路等部分組成。整個系統由VB編寫的友好界面通過上位機進行控制，可正反轉起停，還可實現在線調速、測速，對電壓電流進行監測等功能。 
1．1 SPMC75F2313A單片機 變頻調速系統的控制內核為凌陽的16位單片機SPMC75F2313A，適用于體積小、嵌入式的變頻系統。其內部集成有專用于位置偵測的接口，以提高電機伺服系統的定位精度。DIP封裝引腳圖如圖2所示。其中，TCLKD和TCLKC引腳分別接光電編碼器的A、B相。 1．2 FSBB20CH60智能功率模塊 功率驅動部分主要由IPM模塊和光耦隔離電路組成。IPM模塊選用美國仙童公司生產的FSBB20CH60，引腳圖如圖3所示。該模塊適用于三相 DC／AC功率變換，內部集成了過壓過流、欠壓欠流及熱保護等功能。光耦隔離由6路高速光耦6N137構成，其作用是將單片機產生的SVPWM波與驅動電路隔離，防止波形受到干擾從而影響輸出電壓波形。
1．3 脈沖整形電路 如圖4所示，+5V(A)不同于+5V(B)，GND(A)也不同于GND(B)，二者不共地，其原因在于光耦6N137的兩側不能共地，否則達不到隔離的目的，還可抑制電源側對信號輸出側的電磁干擾，能夠得到更優秀的A、B相波形。
由ST公司的運放LM339組成的遲滯比較器，其主要優點是抗干擾能力強，當輸入信號受干擾或噪聲的影響而上下波動時，適當調整比較器的輸入電平差值即可避免比較器的輸出電壓因干擾或震動而發生改變。輸出狀態一旦轉換后，只要在跳變電壓值附近的干擾不超過△U之值，輸出電壓的值就將是穩定的；但隨之而來的是分辨率降低，因為對遲滯比較器來說，它不能分辨差別小于△U的兩個輸入電壓值。遲滯比較器加有正反饋可以加快比較器的響應速度，還可避免由于電路寄生耦合而產生的自激振蕩。
其中，
其中，uAO、u BO、uCO為A、B、C三相相對于原點O的電壓。 逆變的每相橋臂有兩種開關電平(+ud和-ud)，因此每周期逆變器共8種工作狀態。其中首尾兩種狀態是冗余的，狀態切換后分別形成6個空間電壓矢量和、磁鏈矢量，如圖5所示。如果想獲得更多或逼近圓形的旋轉磁場，須在每個π／3時間內出現多個工作狀態，以形成更多相位不同的空間電壓矢量。圖6繪出了逼近圓形時的磁鏈矢量軌跡。如果每周期只切換6次，當電壓為u1時，磁鏈增量為u1△t=△ψ1，磁鏈軌跡呈六邊形。不同空間電壓矢量在不同時間作用下的線性組合就可得到所需相位的磁鏈增量。增加開關切換次數可使磁鏈逼近圓形，如圖6中的磁鏈增量由△ψ11、△ψ12、△ψ13、△ψ14、△ψ15、 △ψ16六段組成。△ψ11是u1和u6在不同作用時間下合成的，即
其中，t1、t2為作用時間；T0為采樣周期。
2．2 SVPWM軟件實現 SVPWM中斷服務程序流程如圖7所示。測速編碼器將測得脈沖經整形電路后送入單片機，再經過PI調節，設置定時器，在每次速度采樣的時間內計算轉角增量和空間電壓矢量的相角，進行SVP- WM波的調制。 此開放式教研系統還加入了二級控制系統，通過設置Twido PLC參數可對各個系統分別控制，也可由上位機直接控制。
用Matlab仿真得出電機三相線電壓和轉速曲線圖，如圖8和圖9所示。
從仿真結果可以看出，逆變器輸出的線電壓是按正弦規律變化的，轉速在啟動后稍有波動，之后一直處于穩定的狀態，從而證明對SVPWM調制算法的分析是正確的。
結語 本文利用SPMC75F2313A和FSBB20CH60智能功率模塊構成了變頻調速系統的主要部件，采用優秀的SVPWM調制技術，通過對空間電壓矢量的控制逼近磁鏈圓，使其輸出轉矩恒定，有效地降低了開關損耗和交流側的諧波畸變率，提高了直流側電壓利用率。目前，該調速系統已經成功地應用于實驗室的教學和研究。 參考文獻 1. 李愛文,張承慧.現代逆變技術及其應用[M].北京:科學出版社,2000. 2. 明正峰,鐘彥儒.SVPWM技術在零電壓過渡三相逆變器中的應用研究[J].中國電機工程學報,2002,22(6):56-61. 3. 于飛,張曉鋒,王素華.空間矢量PWM的比較分析[J].武漢理工大學學報,2006,30(1):52-55. 4. 周衛平,吳正國,唐勁松.SVPWM的等效算法及SVPWM與SPWM的本質聯系[J].中國電機工程學報,2006,26(2):133-137. 5. 李峰,矢量控制系統中優化PWM控制策略的研究[D].天津:天津大學,2004. 作者：沈陽理工大學 張宏嶺 王大志 來源：《單片機與嵌入式系統應用》 2009（10） |
