DSP的三相SVPWM变频调速系统的设计4.docVIP

基于DSP的三相SVPWM变频调速系统的设计 使得逆变电源的智能化程度更高，性能更加完美  目录第1章 设计目的及意义 1 第2章 SVPWM基本原理 2 2.1 电压空间矢量脉宽调制法（SVPWM） 2 2.2 电压空间矢量技术的基本原理 3 2.2.1 三相逆变器输出电压的矢量表示 3 2.2.2 磁链轨迹的控制 5 2.3 SVPWM波的生成 6 第3章 系统方案及硬件设计 8 3.1 系统方案 8 3.2 主电路设计 9 3.3 PWM驱动电路 10 3.4 故障保护电路 11 3.5 键盘和液晶 12 第4章 系统软件设计 14 第5章 设计总结 15 参考文献 16 附录 程序清单 17 设计目的及意义 训练学生正确地应用运动控制系统，培养解决工业控制、工业检测等领域具体问题的能力；通过课程设计，熟悉运动控制系统应用系统开发、研制的过程，软硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤；对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、高度、绘图等，使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。 SVPWM基本原理 电压空间矢量脉宽调制法（SVPWM） 随着电力电子器件和微电子技术的迅速发展，以及高性能控制方法在交流调速系统中的应用，交流调速系统的发展非常迅速。特别是采用了专为电机控制开发的数字信号处理器DSP为核心的全数字化控制系统，为高性能的控制方法提供了可靠的硬件环境。这种DSP集中了电动机控制所必须的可增加死区和灵活多变的多路PWM信号发生器，高速高精度ADC，以及用于电机速度和位置反馈的编码器接口等电路。目前国内外应用于工业生产领域的变频器，很多都把DSP作为控制核心，充分利用其高速运算能力和强大的控制功能以实现高性能的变频控制。 电压空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)为交流电机的一种控制方法，电压空间矢量PWM方法和普通的正弦PWM方法不同，它是从电机的角度出发，把电机和逆变器看作一个整体考虑，不简单从得到电压电流正弦出发，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场，即正弦磁通。其以三相对称正弦波电压供电时交流电机的理想磁通圆轨迹为基准，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，并由它们比较的结果决定逆变器的开关状态，形成PWM波形。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的，所以又称“电压空间矢量PWM（space vector PWM，SVPWM）控制”。 SVPWM较之于SPWM，SVPWM在输出电压或电机线圈的电流都将产生更少的谐波，提高了对电压源逆变器直流供电电源的利用率。图 2.1所示电路为三相逆变器供电给异步电动机的原理图。图中有6个功率开关管，当当上桥臂开关管处于 “开” 状态，下桥臂开关管处于“关”状态时，则用“1”表示；当下桥臂开关管处于“开”状态，上桥臂开关管处于“关”状态时，则用“0”表示。三个桥臂共有000、001、010、011、100、101、110、111八种开关模式，其中000、111开关模式使逆变器输出电压为零，称这两种开关模式为零状态。只要控制这些基本空间矢量的组合，同时再将零矢量合理分配，就能使瞬态输出空间电压矢量按一定的圆形轨迹旋转。 图 2.1 三相逆变器主电路 电压源逆变器可由2.2所示的6个开关来等效表示。如2.2所示，当上桥臂开通、下桥臂关断时，即Sa=1时，；当上桥臂关断、下桥臂开通时，即Sa=时， Sc亦同。 逆变器的8种开关模式对应有8个电压空间矢量。采用坐标变换，将三相电压变换到dq轴系。 （2.1） 式中： 通过不同的矢量组合可以合成新矢量，设相邻两个有效矢量V1和Vm，零矢量为Vo，合成新矢量Vout，矢量作用时间分别是T1、Tm、To。Tpwm是PWM脉宽周期。合成新矢量的表达式为 （2.2） （2.3）矢量分别投影到横、纵坐标轴，得 （2.4） 图 2.2 逆变器等效图 （2.5）整理可得SVPWM的基本公式为 （2.6） （2.7） 磁链轨迹的控制 逆变器按照所示电压依次输出给电动机供电，则电动机定子磁链矢端的运动轨迹将是一个正六边形，而不是所希望的圆形磁场，电动机电流波形将会出现较大的尖峰。从而改善点击电流波形和提高电力电子半导体器件的实用效率的角度考虑，可以适当提高开关频率，这样可以利用空间矢量的线性持续时间组合使产生的磁链轨 图 2.3 基本空间电压矢量 迹逼近圆形。若逆变器的采样周期为T，则有：