變頻器SVPWM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、摘要隨著電力電子器件和微處理器芯片的開展，使得數(shù)字化變頻調(diào)速技術(shù)成為當(dāng)代電 機(jī)控制技術(shù)的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的SPWM控制算法未顧及輸出電流波形，不易于數(shù)字化。 所以需要更進(jìn)一步的控制算法，來使電機(jī)產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，于是便產(chǎn)生電壓空間矢星 PWM(Space Vector Pulse Width Modulation.簡稱 SVPWM)控制算法。變頻器 SVPWM控制系統(tǒng)就是利用該算法的來對(duì)異步電機(jī)實(shí)行控制的，它的輸出諧波小， 也使得宜流側(cè)的電壓利用率提升了 15%。本課題變頻器的控制芯片是TMS320F2812DSP.采用SVPWM調(diào)制技術(shù). 產(chǎn)生PWM波形，并對(duì)6個(gè)IGBT的通斷進(jìn)行控制，從而在電機(jī)空冋

2、產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)，使電機(jī)產(chǎn)生也定轉(zhuǎn)矩。本文最后一章還使用MATLAB /SIMULINK對(duì)變頻 器SVPWM進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了變頻器SVPWM算法的可行性 和正確性。關(guān)鍵詞：變頻器：SVPWM：異步電機(jī)：MATLAB/SIMULINK仿典AbstractWith the development of power electronic devices and niicroproc essor chips, digital fiequency conversion teclmology has become the trend of modern motor control te

3、clmology. The traditional SPWM control algoritlun does not take into account the output current waveform, not easy to digitize. Therefore, the need for fiirther control algorithms, so that the motor generates a constant torque, so it will produce a voltage space vector PWM (Space Vector Pulse Width,

4、 SVPWM). Inveiter SVPWM control system is the use of the algoritlun to control the motor, its output harmonic is small, but also makes the DC side voltage utilization increased by 15%.The inverter control cliip is TMS320F2812DSP, using SVPWM modulation technology, PWM wavefoim, and the 6 IGBT on-off

5、 control, resulting in a circular rotating magnetic field in motor space, makes the motor produce constant torque. In the last chapter of this paper, MATLAB SIMULINK is used to simulate the fiequency converter SVPWM, and the simulation results verify the feasibility and correctness of the SVPWM algo

6、ritluu.Keywords: inverter;Space Wctor Pulse Width Modulation;Asyncluonous inotor;siinulatioii目錄 TOC o 1-5 h z 摘要IAbstractn1緒論1課題研充背景及意義1變頻器SVPWM的開展現(xiàn)狀和趨勢(shì)3課題研究要求及任務(wù)6論文的主要內(nèi)容7 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2變頻器SVPWM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理8 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 2.1變頻器SVPWM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)82.2變頻器

7、SVPWM根本原理io2.3變頻器SVPWM法那么推導(dǎo)122.4變頻器SVPWM控制算法14 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document 3變頻器SVPWM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)223.1總體設(shè)計(jì)22 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 3.2主電路設(shè)計(jì)22 HYPERLINK l bookmark127 o Current Document 3.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)24控制電路設(shè)計(jì)26 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 3.5軟件設(shè)計(jì)28 HYPERLINK l boo

8、kmark139 o Current Document 4變頻器SVPWM控制系統(tǒng)建模仿真及結(jié)果分析29 HYPERLINK l bookmark142 o Current Document 系統(tǒng)仿真模型的建立29系統(tǒng)仿真結(jié)果分析錯(cuò)誤!未定義書簽。4總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書簽。8參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽.9 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document 致謝401緒論課題硏究背景及意義在當(dāng)今工業(yè)社會(huì)，能源的有效利用一直是科學(xué)研究的重要方向，這關(guān)乎與我們的 可持續(xù)開展，因此，節(jié)能研究就顯得越來越重要。隨著電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步，電機(jī) 越來越多的被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)

9、業(yè)生產(chǎn)、科技研究、國防各方面，作為主要的動(dòng)力 設(shè)備從世界范附來看，電機(jī)的用電量超過全球各國總用電量的一半以匕約占工業(yè) 用電匿的70%,如此之高的一個(gè)比例數(shù)雖，如能提高用電效率，優(yōu)化電機(jī)控制算法， 將R冇十分或大的意義。使異步電機(jī)和變頻器相結(jié)合，所組成的交流調(diào)速系統(tǒng)具備非 常髙控制性能。如果能夠?qū)﹄姍C(jī)的調(diào)速控制容易實(shí)現(xiàn)。那么對(duì)電機(jī)的高效性并旦連續(xù), 啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的髙頻性也就容易實(shí)現(xiàn)。在上個(gè)世紀(jì)，由于電力電子器件的限制， 電機(jī)控制技術(shù)的不成熟。對(duì)電機(jī)實(shí)施高性能控制就很難實(shí)現(xiàn)，即便能提高性能，從經(jīng) 濟(jì)上來說也不劃算。更無法大范圍的推廣此項(xiàng)技術(shù)，被人所接受。所以在控制要求高 的地方，或是精確調(diào)速要

10、求的地方就不會(huì)出現(xiàn)異步電機(jī)。后來，隨著電力電子技術(shù)的 開展，半導(dǎo)體全控型器件進(jìn)一步開展，這使得對(duì)電機(jī)的調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，對(duì)其控 制精度也大大的提髙。于是使得異步電動(dòng)在工業(yè)上被慢慢應(yīng)用。同時(shí)這些半導(dǎo)體溶件 的出現(xiàn)，也使得電機(jī)的控制系統(tǒng)大大簡化。性能更尚、更可箒、而旦經(jīng)濟(jì)，這就在很 大程度上促使了對(duì)異步電機(jī)的高性能變頻調(diào)速的開展。同時(shí)，隨若微電子技術(shù)的開展, 微控制器芯片的推陳出新，結(jié)合功率半導(dǎo)體裝置和數(shù)字控制技術(shù)，使變頻器的控制更 加穩(wěn)定，所產(chǎn)生的波形更標(biāo)準(zhǔn)，以前不能實(shí)現(xiàn)的SVPWM電機(jī)控制方法也能實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在可以使用變頻器SVPWM控制技術(shù)來對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而滿足對(duì)電機(jī) 在工業(yè)中的要求，節(jié)

11、能與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，具有很高的控制精度。所以對(duì)變頻器SVPWM 控制技術(shù)進(jìn)行深入研究很有必要，它所在工業(yè)控制中所發(fā)揮者的作用是不可無視的。我國是一個(gè)I：業(yè)大國，使用電動(dòng)機(jī)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行傳動(dòng)是不可或缺的，一些大型 的鋼廠、制造業(yè)加工廠更加如此，電動(dòng)機(jī)也被廣泛應(yīng)用在生活中，比方我們學(xué)校隨處 可見的電動(dòng)車，電梯等等驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備，還有其他社會(huì)應(yīng)用方面。正因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)具有 重要的應(yīng)用，所以我們國家對(duì)卜它的開展和控制處高度重視狀態(tài)。在電氣傳動(dòng)實(shí)際 應(yīng)用中，運(yùn)用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力來源，給各類生產(chǎn)機(jī)械提供原始動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)這些要求的同時(shí)，我們還苗要對(duì)其揑制精度，性能做出要求，使其既能實(shí)現(xiàn)我們的目的，又具有 穩(wěn)定、節(jié)能、髙精

12、確性的特點(diǎn)，這在以前的實(shí)現(xiàn)中還是具有問題的。然而，在還沒有 變頻器的年代，使用的電機(jī)根本上都是直流電機(jī)，對(duì)其調(diào)速方法主要是調(diào)節(jié)它的電樞 供電電壓的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速、改變電機(jī)的主磁通，實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速、改變電樞回路電阻， 進(jìn)行電樞回路外串電阻的有級(jí)調(diào)速。而后來不一樣，變頻器的出現(xiàn)與應(yīng)用，大大簡化 了此推的繁雜操作，并且減小了設(shè)備體枳，大幅度的減少維修次數(shù)，使得操作更加簡 單和平安。SVPWM技術(shù)出現(xiàn)，就被應(yīng)用在變頻器中交-宜-交中的最后個(gè)逆變環(huán)節(jié)，SVPWM算法對(duì)三相逆變器控制產(chǎn)生PWM波，進(jìn)行電機(jī)調(diào)速，這種調(diào)速方式是基 于電動(dòng)機(jī)氣隙的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的上一步是使電機(jī)的定子上具冇三相對(duì)稱電 壓，

13、電壓與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相互垂直，逆推SVPWM方法，是根據(jù)參考電壓的大小， 來計(jì)尊所需合成的電壓所在區(qū)冋，利用最近的根本電壓矢量對(duì)其進(jìn)行平行四邊形法那 么矢景合成，利用公式計(jì)尊出根本電壓矢最的作用時(shí)間，根據(jù)產(chǎn)生圓形電壓空間矢信 的原理，防止過調(diào)試，使得電壓矢量不超調(diào)，還需計(jì)算出零矢量的作用時(shí)間，總的時(shí) 間電壓枳分與參考電庶枳分相等，在優(yōu)化逆變器的開關(guān)順序，使遵循伍個(gè)周期開關(guān)相 等的原那么，產(chǎn)生固定的開關(guān)順序，并且盡可能的選擇每次變換只改動(dòng)一個(gè)開關(guān)的狀 態(tài),此時(shí)所產(chǎn)生的PWM波用來馳動(dòng)全控型器件，從而實(shí)現(xiàn)SVPWM控制0 SVPWM 控制方法具有更寬的線性調(diào)制范用，因?yàn)楫a(chǎn)生的磁鏈圖是逼近圓形的，可

14、以十潔楚顯 地減少諧波成分，使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小，具冇更高的直流電壓利用率。況旦 SVPWM的控制方法簡單、容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，這就使得該控制方法被廣泛的應(yīng)用在 交流調(diào)速中。采用不同的開關(guān)順序還可以最大限度的降低開關(guān)損耗，SVPWM控制 方法還能夠解決壓頻比的矛盾。正是因?yàn)镾VPWM控制算法的具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以 本課題的應(yīng)用有現(xiàn)實(shí)意義使得本課題的研充具有現(xiàn)實(shí)意義.變頻器控制的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)電機(jī)的調(diào)速當(dāng)采用變頻器進(jìn)行控制后，能大大減少能低的損*們 尤其 是風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，對(duì)電能的節(jié)約可提高20%60%,如此髙的節(jié)電率是由于風(fēng)機(jī) 的功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系。所以，這個(gè)節(jié)能是巨大的。由于在實(shí)際生產(chǎn)之 中

15、，我們應(yīng)用的此類負(fù)載很多，所以在這類負(fù)載應(yīng)用中意義十清楚顯。變頻器調(diào)速在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、停止方而具有明顯的調(diào)速優(yōu)勢(shì)，通過 編程改變其逆變器的開關(guān)狀態(tài)，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，對(duì)電機(jī)實(shí)施控制。改變其逆變 單元的開關(guān)管的導(dǎo)通順序，就可以對(duì)輸岀換相。一般通過變頻器啟動(dòng)進(jìn)行，大材部是 從低速開始的，所以其加速減速控制都很平穩(wěn)，可以進(jìn)行高頻率的啟動(dòng)控制。使用變 頻器制動(dòng)的時(shí)候，變頻器能夠使用內(nèi)部電路將電能回饋電網(wǎng)或是內(nèi)部電阻進(jìn)行消耗。 當(dāng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，變頻器將會(huì)仃接給電機(jī)加斥制動(dòng)，無需外接制動(dòng)電路進(jìn)行制動(dòng)。能夠提髙工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)景，變頻調(diào)速是可以在零電壓的時(shí)候?qū)﹄姍C(jī) 進(jìn)行啟動(dòng)，當(dāng)其進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行之后，

16、變頻器是能夠按照壓頻比不變來帶動(dòng)負(fù)我運(yùn)行, 這樣可以充分減小啟動(dòng)電流，提高繞組的使用壽命，可以減少維修費(fèi)用，同時(shí)變頻器 進(jìn)行集成，也大大減小了控制器的體枳。我國的可持續(xù)開展政策離不開環(huán)境與能源的相互協(xié)調(diào)，正因?yàn)檫@變頻調(diào)速技術(shù) 的高速開展，使得我們辭別了傳統(tǒng)的粗放型經(jīng)濟(jì)體質(zhì)，放眼全世界，能源和環(huán)境的現(xiàn) 狀，各個(gè)國家越來越重視能源、環(huán)境和開展的三位一體，協(xié)同開展。而此時(shí)，變頻器 對(duì)電機(jī)調(diào)速正好與此切合，各種高性能的電機(jī)控制方法得以發(fā)揮，滿足了，對(duì)節(jié)電節(jié) 能，增加系統(tǒng)槍定性和保護(hù)電機(jī)，減少轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)起到枳極的作用，因此，變頻器 SVPWM控制技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用開展諭景變頻器SVPWM的開展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

17、“我國是一個(gè)開展中國家，許多產(chǎn)品的科研開發(fā)能力仍然落后于興旺國家。隨著 改革開放，經(jīng)濟(jì)高速開展，我國引進(jìn)了很多最先進(jìn)的產(chǎn)品。國內(nèi)許多合資公司己能生 產(chǎn)當(dāng)今國際上最先進(jìn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品，并對(duì)它進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)，為國內(nèi)外重大工 程工程提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)” 0在變頻調(diào)速領(lǐng)域，我國雖然取得了很大成績，但應(yīng)看到由于國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能力弱，對(duì)外國公司的依耐性仍較為嚴(yán) 重。我國電氣傳動(dòng)與變頻技術(shù)的開展應(yīng)用如表1-1所示：交流變頻調(diào)速行業(yè)在中國興起了二十兒年，隨若我國工業(yè)的進(jìn)步，它的市場(chǎng)容雖 正逐年的在增長，最近兒年的低壓、中壓、高壓變頻器市場(chǎng)容后超過160億元，國 內(nèi)外總計(jì)投資的品牌有超過1

18、40個(gè)，這其中，外資品牌占比不超過30%,但是它的 市場(chǎng)份額卻冇75%之多，可見我國自主的變頻器品牌要開展與應(yīng)用還有相當(dāng)長的路 要走，任重而道遠(yuǎn)。當(dāng)前的交流變頻調(diào)速行業(yè)已經(jīng)初貝規(guī)模，變成產(chǎn)業(yè)化，具相關(guān)從 業(yè)人員分析，我國市場(chǎng)上的變頻器預(yù)計(jì)將在以后十年之內(nèi)飽和?！霸诘蛪鹤冾l器廣泛 應(yīng)用的今天，交流變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)己在市場(chǎng)中占有相當(dāng)大的比例了，它的性能要更 優(yōu)于直流機(jī)械調(diào)速時(shí)0表11我國變頻調(diào)速技術(shù)開展簡史技術(shù)特征應(yīng)用年代帯電機(jī)擴(kuò)大機(jī)的發(fā)電機(jī)電機(jī)機(jī)組傳動(dòng)20世紀(jì)50年代初期70年代中期汞弧整流器供電的直流調(diào)速傳動(dòng)20世紀(jì)50年代后期60年代中期磴放大器勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)-電機(jī)機(jī)組傳動(dòng)20世紀(jì)60年代初期

19、70年代中期iViwrr變流器勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)電機(jī)機(jī)組20世紀(jì)60年代后期70年代后期晶閘管變流器供電直流調(diào)速傳動(dòng)20世紀(jì)70年代初期現(xiàn)在飽和磁放大器供電的交流調(diào)速傳動(dòng)20世紀(jì)60年代初期60年代后期靜止串級(jí)調(diào)速交流調(diào)速傳動(dòng)20世紀(jì)70年代中期現(xiàn)在循環(huán)變流腸供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng)20世紀(jì)80年代后期現(xiàn)在電壓 .電流型六脈沖逆變器供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng)20世紀(jì)80年代初期現(xiàn)在BJT(IGBT)PVM逆變器供電的交流變頻調(diào)速傳動(dòng)20世紀(jì)90年代初期、現(xiàn)在變頻器的體積特別小、振動(dòng)小、噪聲小、它對(duì)異步電機(jī)的控制具仃R好的調(diào)速性 能。異步電機(jī)還具冇制造購置低本錢，旦投入運(yùn)行是更容功維護(hù)特點(diǎn)。從工藝設(shè)計(jì)其 雜

20、度大大簡化，投資本錢也大大減小?？偟膩碚f，使用變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制大 大提高了電機(jī)性能，使其運(yùn)行更符合工業(yè)生產(chǎn)期望，生產(chǎn)質(zhì)景大大提高，并且改善了 工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，也使得機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程度更高，“與此同時(shí)，還為我們節(jié)約能 源和降低企業(yè)生產(chǎn)本錢做出很大的奉獻(xiàn)O隨著全控型快速半導(dǎo)體的開展，使用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)作為控制方法己越來越 普遍，并且在傳統(tǒng)的PWM調(diào)制方法上面對(duì)電機(jī)的控制更進(jìn)一步。PWM調(diào)制即產(chǎn)生 PWM波(幅值相等而寬度不等的脈沖).對(duì)逆變器進(jìn)行控制，當(dāng)信號(hào)較小時(shí),還需 外加驅(qū)動(dòng)器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，控制開關(guān)管子的通斷，提供對(duì)電機(jī)控制調(diào)速所需的電 壓。使用一定的調(diào)制方法，對(duì)不同波形進(jìn)行

21、調(diào)制，使實(shí)際施加的電壓作用枳分的面枳 相等，通過此種方法對(duì)脈沖的寛度進(jìn)行調(diào)制,“就可以改變逆變電路實(shí)際輸出電壓值。 同時(shí)，也可改通過改變波形的周期來實(shí)現(xiàn)。PWM調(diào)速控制方法具有調(diào)節(jié)電壓， 對(duì)諧波進(jìn)行抑制的作用，也正因?yàn)镻WM波形調(diào)制方法能夠使產(chǎn)生的脈沖接近正弦波, 并且其控制方法輸入因素髙。因此對(duì)電機(jī)來說.要高性能調(diào)速，使用PWM波形控制 方法就能實(shí)現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)代電力電子技術(shù)，將之與變頻器相結(jié)合，便能大大簡化控制控 制電路，并且還能夠改善電機(jī)控制性能。所以，綜合以上分析，PWM技術(shù)具備如此 多的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其研究就非常有現(xiàn)實(shí)意義。如圖1.1所示，脈寬調(diào)制方法的分類如下：圖1.1脈寬調(diào)制方法分類變頻器

22、SVPWM調(diào)速技術(shù)是一種綜合性技術(shù)，其包括變頻器局部，實(shí)施大能紙 的轉(zhuǎn)化，PWM波形的調(diào)制逆變M部，整流和逆變產(chǎn)生波形，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。變 頻器將電冋側(cè)的交流電變換成宜流電.然后進(jìn)行逆變，控制方法是通過電力半導(dǎo)體開 關(guān)管來實(shí)現(xiàn)的，變頻器變換有兩種方法，第一種是交流直接變成另一頻率的交流電, 還有一種是交直交，正因?yàn)樗羞@種變換功能，所以變頻器是作為一種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng) 用中通常通過改變壓頻比來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑調(diào)速。PWM是英文Pulse Width Modulation脈沖寬度調(diào)制的縮寫，按一定的調(diào)制波形方法，“有規(guī)律地改變脈沖的 寬度，使其具有正弦電壓同樣面積大小,從而對(duì)電路進(jìn)行控制。SVPWM

23、是電 壓空間欠屆控制技術(shù)，它通過六個(gè)功率開關(guān)元件的逆變器，使用特殊的開關(guān)組合狀態(tài) 來調(diào)節(jié)脈寬波形，從而使電機(jī)定子繞組得到三相電壓，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因?yàn)槠茍?chǎng)于電 壓在空間中是相互垂直的，所以乂稱為磁鏈跟蹤技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是從三相輸出電圧的 整體效果出發(fā)，者眼于如何使電機(jī)獲得理想圖形磁鏈軌跡。正由于變頻器能夠使得電機(jī)的調(diào)速和制動(dòng)性能提髙，并11節(jié)約電網(wǎng)電能，還能改 善功率因素，以及SVPWM技術(shù)使得直流側(cè)電壓的利用率提高15%,使用變頻器 也能讓控制方法數(shù)字化，大大簡化了控制應(yīng)用得復(fù)雜性。“目前變頻器SVPWM控 制技術(shù)己經(jīng)成為開展的趨勢(shì)，并旦開展的比擬成熟，對(duì)這種經(jīng)濟(jì)合理的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 的繼續(xù)研究也

24、是當(dāng)今的重大課題伊廣。課題硏究要求及任務(wù)目前社會(huì)資源短缺，作為主要能源的電能的產(chǎn)生需要消耗一些不可再生能源，例 如火力發(fā)電的煤，所以，如果我們能在電能的利用上更加高效，這對(duì)能源對(duì)可持續(xù)開 展都具有十分重大的意義。所以本文a T T SVPWM高性能控制算法，來設(shè)計(jì)變頻 器SVPWM控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和具有良好控制性能的電機(jī)的要求。本課題的設(shè)計(jì) 根本要求如下：分析變頻器SVPWM控制系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)和工作原理：設(shè)計(jì)變頻器SVPWM控制系統(tǒng)的硬件電路(包括主電路、驅(qū)動(dòng)電路、控 制電路)，完成器件選型：建立.整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型，并調(diào)試通過：論文書與標(biāo)準(zhǔn)、文字通暢、圖標(biāo)清晰、結(jié)論明確：論文字?jǐn)?shù)在萬字左右

25、，按進(jìn)度表完成設(shè)計(jì)。論文的主要內(nèi)容通過査閱大最的參考文獻(xiàn)，并對(duì)變頻器SVPWM的原理進(jìn)行深入分析，本文有 以下內(nèi)容：第1親主要是對(duì)變頻器SVPWM控制技術(shù)的背景分析以及這項(xiàng)技術(shù)對(duì)社會(huì)開展 和能源節(jié)約的意義。還介紹了我國變頻調(diào)速技術(shù)的開展歷史和開展現(xiàn)狀，變頻器 SVPWM控制技術(shù)以后的開展趨勢(shì)。第2飛主要介紹變頻器SVPWM控制系統(tǒng)的原理，其中包括對(duì)變頻器SVPWM 根本原理、法那么推導(dǎo)、控制算法、物理意義的詳細(xì)分析。第3章K要內(nèi)容是對(duì)變頻器SVPWM控制系統(tǒng)的主電路，控制電路，駆動(dòng)電路 的介紹。第4章使用仿真軟件搭建SVPWM控制模塊，然后進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，檢測(cè)務(wù)后 部是否算法正確，枳分環(huán)節(jié)，反

26、應(yīng)環(huán)節(jié)；最后分析仿真結(jié)果，驗(yàn)證該控制尊法的可行 性。2變頻器SVPWM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理變頻器SVPWM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)“變頻器就是將固定頻率的交流電轉(zhuǎn)變成頻率可調(diào)的靈異交流電的轉(zhuǎn)換裝置，根 據(jù)其調(diào)速方式中間過程的差異，可將其分為交交變頻和交宜交變頻“。本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中所用到的是交宜交變頻調(diào)速，所以在本文中將對(duì)其變換方法進(jìn)行詳細(xì)講解。交-r-交變頻器是先對(duì)輸入變頻器的電斥進(jìn)行整流成直流電，直流環(huán)節(jié)作為它的 中間環(huán)節(jié)，再通過*內(nèi)部的逆變電路將向流電變成交流電。如卜圖，其流程便是變頻 溶變換電壓的主要原理，該圖存在中間I流環(huán)節(jié)，所以交白交變頻也稱為間接變頻。變頻器的內(nèi)部電路還包括夠流電路，濾波電路，逆變

27、電路，制動(dòng)電路，駆動(dòng)電路， 檢測(cè)電路，控制電路。本文所介紹的交直交變頻的逆變電路開關(guān)器件由全控型的 IGBT組成，控制其開通關(guān)斷的波形是通過其內(nèi)部的DSP芯片所產(chǎn)生的PWM。間流節(jié) 中直環(huán)負(fù)載圖交一直一交變頻器根本組成VDi VD3VD5r/ N,VD12 W丕_WnuVDio=I=H rn rnVD4 VT6 vd?圖交一直一交變頻器主電路圖變壓變頻器使用SPWM控制控制尊法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，主要是要產(chǎn)生正弦的輸 岀電壓，只照顧到了這一點(diǎn)，而沒有關(guān)注電流的波形，所以其控制方法不徹底，在髙 性能要求的控制場(chǎng)合，就需要更優(yōu)質(zhì)的調(diào)速方法來補(bǔ)充這個(gè)缺乏之處?！暗胶髞沓霈F(xiàn) 了電流滯環(huán)跟蹤控制，它使得電流

28、按正弦規(guī)律進(jìn)行波動(dòng)，雖然它的電流正弦比SPWM 方法提高性能，但還缺乏以實(shí)現(xiàn)提高電能利用的目的，所以，便產(chǎn)生了本課題所研究 的空間電壓矢量控制方法”。進(jìn)行反向考慮，SVPWM的控制方法是要在電機(jī)的定子上加上三相正弦電流， 這樣便能在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，然而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在物理上的意義是電壓作用時(shí)間的枳 分，況且電壓也是旋轉(zhuǎn)的，在空間上與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)垂宜，方向沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的切線，如此 一來，便能使電機(jī)產(chǎn)生一個(gè)恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，從而滿足生產(chǎn)需要。 于是，木控制系統(tǒng)基于這一點(diǎn)，對(duì)電機(jī)控制方案實(shí)施如下：即將逆變器與電機(jī)當(dāng)做一 個(gè)整體，利用DSP芯片產(chǎn)生PWM波形，控制逆變器的開關(guān)管子，并旦對(duì)導(dǎo)通順序

29、 進(jìn)行優(yōu)化處理，從而使得作用在電機(jī)上實(shí)際的電壓矢量后等丁期望電壓矢量，進(jìn)行這 些工作之后，電機(jī)空間上便會(huì)形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)所期望的高性能控制。這 種控制方法叫做電壓空間矢量PWM控制。同時(shí)，由f最終的目的是產(chǎn)生近似J圖 形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以乂叫做磁鏈跟蹤技術(shù)?！白冾l器SVPWM控制方法現(xiàn)已趨向成 熟，被廣泛應(yīng)用于控制器中，電動(dòng)汽車，異步電機(jī)等的控制器，都有它的身影”。 本系統(tǒng)中，該算法處于核心控制地位，主要控制電路設(shè)計(jì)也是SVPWM。變頻器SVPWM控制算法在近年來已經(jīng)成熟被應(yīng)用，它的最朮要的局部在逆 變電路，這是它發(fā)揮作用的實(shí)際應(yīng)用處，對(duì)三相進(jìn)行逆變要使用六個(gè)功率開關(guān)元件。 通過對(duì)其原

30、理分析以及系列的聳法處理，便能得出其合成矢世，以及如何正確選擇 零矢盅不同的開關(guān)模式會(huì)產(chǎn)生特定的脈寬調(diào)制波形，利用這些個(gè)開關(guān)器件，能夠讓 輸出電流的波形最大程度接近正弦函數(shù)的波形，我們通常使用對(duì)其芯片進(jìn)行編程的方 法，來使其產(chǎn)生PWM波形o SVPWM技術(shù)與SPWM相比擬，具有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 繞組電流波形的諧波成分特別小，可減少配電系統(tǒng)本身或聯(lián)接在該系統(tǒng)上的設(shè)備故障: 使電機(jī)運(yùn)行在一個(gè)比擬穩(wěn)定的狀態(tài)?！岸┻@個(gè)控制策略也產(chǎn)生電機(jī)空間上遍近圓形 旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)使得母線側(cè)的仃流電壓利用率提高15%,本章下面兒節(jié)對(duì)其原理進(jìn)行詳 細(xì)分析。2.2變頻器SVPWM的根本原理變頻器SVPWM的理論根底就是平均值

31、相等，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)使用根本電壓矢51:對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，在空間上進(jìn)行矢鼠的合成，使平均值與給定的電壓矢量:相等, 這就是其控制思想。根本實(shí)現(xiàn)方法就是先判斷參考矢晨在哪一個(gè)區(qū)間，然后把這 個(gè)扇區(qū)內(nèi)相鄰的電壓矢量和零矢最進(jìn)行矢景合成冋O在一個(gè)區(qū)間內(nèi)，通過控制管子 的通斷來把相鄰的電壓矢星分屢次施加，使得產(chǎn)生的波形對(duì)稱。我們控制每個(gè)電壓矢 最的作用時(shí)冋。最后優(yōu)化開關(guān)作用順序，把一個(gè)扇區(qū)分成N個(gè)小區(qū)間，將形成6N邊 形，合成的電圧空間矢M：所產(chǎn)生的逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這些不同的開關(guān)狀態(tài)通過變 頻器的控制單元產(chǎn)生。最終所產(chǎn)生的近似圓形磁通，便是本控制系統(tǒng)所要控制的目的。假設(shè)在直流母線側(cè)電壓為U&,三相

32、相電壓在逆變器上出為U,、U,、U,它 們各口加在空間上相差為2/T/3的坐標(biāo)上面，這個(gè)時(shí)候我們可以定義方向始終在各相 軸上的、相位相隔24/3的、幅值隨著t按正弦波形變化的三個(gè)電壓空間矢最，它們分 別為U”卩皿卩期?，F(xiàn)在我們假設(shè)匕為相電壓的有效值，/是電源的頻率，那么就 有以下關(guān)系：阻)=cos(Q)W%)=cos(0-2;r/3)(2.1)=cos(0 + 2/3)上表達(dá)式中，假設(shè)0 = 2中,那么：UQ)=財(cái))+ 如)/3 + %35 =汎井Q 2)由此可知空間矢它是可以旋轉(zhuǎn)的，它的最大值為相電壓峰值的3/2倍，它 是以角頻率切=2按逆時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn)的電壓空間矢晨，“其在三相坐標(biāo)軸”

33、b c)上的投影為三相對(duì)稱的正弦暈 o因?yàn)槟孀兤鞯娜鄻虮凵弦还灿?個(gè)開關(guān)管，為了方便研究，我們定義其開關(guān)函 數(shù)如 f:Sx(x = a,b,c)：(2.3)、n上橋臂導(dǎo)通 下橋普導(dǎo)通其中(Sm Sb、Sc)的所有組合有八種，兩個(gè)零矢星Uo(OOO)、U7(lll)六個(gè)非零矢量 Ui(001). U2(010)x U3(011)、U100)、Us(lOl)、U6(110)o 下面列出一種情況進(jìn)行分析：Sx(x=a,b,c)=(100)(24)0湖=九，* = 0垣=七U“N_UbN=U&,UuN_UcN=Udc虬 + %+UtN =0對(duì)(2.4)求解可得：UbN=Ud/3、UcN=-Ud/3o

34、同理可得其他空 間電壓矢量，各種情況的空間矢量如下表所示：零欠/幅值為0,位于圖心，非零矢髭的值的大小一樣，都為2U&/3,每兩個(gè)矢 量之冋差市3,任意電壓矢量都是由相鄰兩個(gè)非零矢量根據(jù)平行四邊形法那么進(jìn)行合 成的:J； = ；財(cái) + J：M U0 + J：., U0 (2.5)進(jìn)一步等效為：UyT = ULTi + U：T,+U。叮。(2.6)表2-1所有開關(guān)情況與相/線電壓之間的關(guān)系S,SbSc矢量符號(hào)線電壓相電壓U,bUbeUcUwUwUcN000Uo000000100u4U*00110U6UdeUde0-汎010u：0u&Ude011V30u&Ude-汎001Ui00Ude払*101u

35、5Ude0u&-汎111U7000000在式2.6)中Uw為期望的電壓矢景值，T是采樣周期，E、T)、To這三者是 指在一個(gè)采樣周期內(nèi)，非寫電反矢量:Ux、U、.和零電壓矢或U。作用的總的時(shí)冋：寫矢 最冇兩個(gè)Uo和U7。因?yàn)槿嗾也妷涸陔妷嚎臻g矢量:中合成的是-個(gè)等效的旋轉(zhuǎn)電壓，它以電源角頻率為速度進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，所走過的軌跡是一個(gè)圓。那么如果要 合成三相正弦電壓，可以按照上面的電壓空間矢玷圖形，以Uq為起始位置，每次都 加上一個(gè)小的増量，這個(gè)增量可由零矢量和非零矢量來合成，其增量安排應(yīng)該以減小 開關(guān)損耗為根底，最終可以得到一個(gè)電壓矢量圖形軌跡，“到達(dá)我們預(yù)期的變頻器 SVPWM電壓空間向

36、景脈寬調(diào)制的目的逐02.3變頻器SVPWM法那么推導(dǎo)給定的三相電壓的電壓矢鼠在空間中以一定的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，它的角速度是 3=8，周期1 = 1/，我們假設(shè)載波頻率為。，那么頻率比就是R =,這時(shí)我們可以把電壓旋轉(zhuǎn)平面分成R價(jià)，這樣便能求出電壓向吊角度的增值，其表達(dá)式 如下：d() = 2兀 i R = 2兀f 1 fs - 2tcTs / T(2.7)(2.8)我們現(xiàn)在假設(shè)Ug&l區(qū)，那么如下圖，就可以用兩個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量U、 U6、Uo、U7)來進(jìn)行合成：U4*Ts=WU6*T&圖2.3空間矢屋在1區(qū)的合成在靜止坐標(biāo)系中，分為a軸和P軸，設(shè)Uief與U4之間的夾角為0,根據(jù)三角函數(shù)關(guān)

37、系可知：(2.9)我們使UmU作用一樣長的時(shí)間，就有|U=|U6|=2Udc/3,就可以得到每個(gè)非 零矢量的作用時(shí)冋長度，其計(jì)算公式如下：(2-10)T4 - mT5 sin(；_。)T6 = mTs sin。上式中，蟲丄藝稱為調(diào)制比，調(diào)制比是調(diào)制波基波的峰值與載波基波峰Ua值之比。非零向鼠的分配時(shí)間出來了，那么零向宗作用的時(shí)間長度也就出來了：T7=To=(Ts.T“T6)/2(2.11)或占T7=(Ts-T4-T6)(2.12)根據(jù)以上式子，我們可以得出合成U血的每個(gè)矢量作用時(shí)間。第一步工作已經(jīng)完 成，下面的主要任務(wù)就是來確定怎樣產(chǎn)生脈寬調(diào)制波形。在SVPWM調(diào)制方案里， 我們可以盡量讓開關(guān)

38、在切換的時(shí)候能夠少變化幾個(gè)，這樣是為了降低損耗。而對(duì)于這 個(gè)要求就可以靈活插入零矢量，井旦是插在頭尾和中冋。讓各矢量構(gòu)成空間矢量序列, 排列方式比擬多，以下進(jìn)行介紹。7段式SVPWM為了就減少升關(guān)的通斷損耗，我們叮以把根本矢信的作用順序 進(jìn)行調(diào)整.當(dāng)每次把根本矢最加上時(shí)，盡常只變化一個(gè)開關(guān)管子。0矢最的選定也也 要具有靈活性，一般來說，施加在一個(gè)區(qū)的開始，中間和末尾，這樣便能產(chǎn)生對(duì)稱 PWM波。通過這種方法，能夠有效的減少PWM諧波分暈，控制電機(jī)的時(shí)候也不會(huì) 有很大的轉(zhuǎn)矩豚動(dòng)，我們可以更平滑地調(diào)速，這對(duì)控制性能的提升具有明顯的意義。 卜面舉例進(jìn)行分析：把UJIOO)轉(zhuǎn)換到Uo(000),我們就

39、只要改變A相的一對(duì)開關(guān)。當(dāng) 從U4(100)轉(zhuǎn)換到U7(1U)的時(shí)候，那就要改變B、C兩相的開關(guān)。這樣對(duì)器件損耗 非常大，幾乎翻倍了。所以，我們需要把零向屈穿插其中，從而使開關(guān)損耗降低。改 變U4(100)s U2(010)、U|(00I)這三個(gè)非零矢量時(shí)，要配合零矢信Uo(OOO)ft當(dāng)要 改變U6(110)、U3(011)、Us(lOO)這三個(gè)非零矢量時(shí)，要配合U7(lll).如此便能 利用靈活組合開關(guān)順序，獲得對(duì)稱的PWM波.其他扇區(qū)情況如卜表所示。以1崩區(qū)來說，它的三相波形如表中所示。電壓矢晨的作用順序是：Uo、UU6、U7 U6、U4、Uo,我們可以從表的波形圖中右到開關(guān)切換順序跟三

40、相波形圖 是互相對(duì)應(yīng)的。當(dāng)?shù)竭_(dá)下一個(gè)扇區(qū)時(shí)，Uw的角度加一個(gè)增量大小，使用式子(2.9) 再算出下一個(gè)矢星的作用時(shí)間，然后得到這個(gè)區(qū)域的三相波形。這樣能夠合成一個(gè)新 的矢量。Uw將會(huì)依次到達(dá)扇區(qū)I、II、1【1、IV、V、VIo 一個(gè)周期下來，可以 產(chǎn)生R個(gè)合成矢信。2.4變頻器SVPWM控制算法SVPWM第法調(diào)制的計(jì)先公式是確定電圧空間矢吊處哪一扇區(qū)，這是由非零 矢屆Ua和Ub決定得。我們先假設(shè)電壓空間矢屆處于第一扇區(qū)，那么Ua和Us的角度 處于0到60。之冋?！霸俳Y(jié)合平行四邊形法那么，進(jìn)行矢宗合成，就能夠判斷合成的 電壓空間矢量3廣表2-2 Uief所處扇區(qū)和開關(guān)順序HIE （120 W。

41、180 ）2.37732IV 區(qū)180。W 0240，）vii240 w e W3（xrvi區(qū)300。we W360。457754“對(duì)其所在扇區(qū)的充要條件進(jìn)行詳細(xì)分析可知，參考電壓矢ttUref是U” 找U.-U,.和共同決定的、所以設(shè):U=U(2.13)U、=U 一丄2 a 2Ul-馭*表23 Um處于第幾扇區(qū)的充要條件扇區(qū)落在此扇區(qū)的充要條件IUft0 , Ub0 且 Ub/Uo/3IIUo0 ,且 U0/|U|J5IIIUa0 iL-UB/U.V3IVUa0 , Ub0 且Ufl/UaV3VUV3VIUa0 , U0 JLUft/Ua1期以坦n再 物。間仙混甜叫？!叫傾由心但川”1 承k

42、wjmiz専折點(diǎn)由呼”m叫祥坦（817） + *，V/V J 丄 丄=W J/“N丄 .匕3丄+ %火MdN丄 亠=N 丄XN丄 . 丄2N丄ONI &N丄xn丄田母卓年丄一出時(shí)蛍（17）3丄丄疝=專:羅策的犯爵引心丄卄N丄伝兇閉而甜鞏|専苗期車全非腫剛氏混。泯璋柬 回目出叫専金非苗回如由劫団轡全叩辟堆印會(huì)圭Y斯：If草一冥V 世辛創(chuàng)如出助網(wǎng)曹毎業(yè)沖辛回加出羽叫曾全非堂*須絕剃站伸剛卩帀倒:劫工4k封珥孤堆到抑力冥簞帀奪胡聚臨架向gdN丄N丄+XN丄咨四M 殂圖丄叫専Y沖號(hào)堂身在堆知e&I5l+x丄鑿【1$財(cái)XI書回仙印荔首地喜陽帀耳鳥隊(duì)丄者間別陽薦料地冉苗陽玉耳王巾X啊&冊(cè)浪游神何一及訕洌，

43、預(yù)外長及W舫同羽咨代皿叫推。馴群観歩旦整添形0弊7W 轉(zhuǎn)航料所瑚坷黒風(fēng)卩I祥少所刃我蓄出帀WA/AS $7ftl(TOT)5/?(TOO)1/)0I0)*/7（o【nmd3SAI 書(110)， asriiv/avn + Tx(2-19) =y + T、圖2.6 I扇區(qū)時(shí)PWM比擬方式，計(jì)數(shù)值相差180。段教以倒三角計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的值以正三角計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器的伍7iNg = TNPWM -(NTPWM 一7*v, -TVi )/2NhLTNPWM-NgfNLTNPWM-NfN皿= WtPWM-TnlTQNg = Ng, + TwN = Nm + 孩5= TNPWM膈“ =TNPWM - TNxJ=

44、TNPWM-NM-f.z=oZ=丁zn_Z=Z fg+ 7v(2-20)同理可得1扇區(qū)5段時(shí)的比擬器的值:同理可推岀其他扇區(qū)的比擬器的計(jì)數(shù)器的值。(Nw Na、N(con)各扇區(qū)時(shí) 間分配見下表。我們給比擬器參加相應(yīng)的時(shí)冋，便完成了變頻器SVPWM的原理。表2-6各扇區(qū)比擬器的計(jì)數(shù)值扇區(qū)1-4、6t3NgNcboaNgNgNbooJTbNtbonNgNeonNgNtCODNsTcNtcgJNgNuoaNgN3變頻器SVPWM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)變頻器SVPWM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有良好的帯 負(fù)載能力，本系統(tǒng)采用的是電壓型交-直-交變頻電路。如今應(yīng)用的變頻器，大局部是

45、采用二極管整流、全控型器件IGBT進(jìn)行逆變的所組成的。變頻器SVPWM控制系 統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖中主要包括了主電路、驅(qū)動(dòng)電路和控制電路，卜面對(duì)其電路進(jìn)行分析。3.2主電路設(shè)計(jì)根據(jù)圖3.1的控制系統(tǒng)主電路先通過保險(xiǎn)總，作為防護(hù)的第一關(guān)。然后再利用二 極管進(jìn)行整流，把三相電先變成直流。設(shè)置的大電容是為了濾波，而旦串聯(lián)兩個(gè)，是 為了串聯(lián)分壓，因?yàn)殡姍C(jī)啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)有泉升電壓，如果只有一個(gè)電容，那很有可能 會(huì)被擊穿。為了防止開關(guān)Ki在閉合的時(shí)候，電容充電過快產(chǎn)生非常大的充電電流, 所以就加了電阻Ro.起到限流作用，這個(gè)限流電阻也可以用電抗來替代。開美Kj 的作用是將&短路。當(dāng)通上電源一段時(shí)間后，電容不會(huì)再產(chǎn)生

46、大的充電電流，這個(gè) 時(shí)候如果不把Ro短路的話，它會(huì)影響變頻器的正常工作，還會(huì)消耗電能。VTb和Rb是泵升限制電路，也是泵升電壓的釋放回路。通常在設(shè)計(jì)的時(shí)候，我 們?yōu)榱俗屪冾l器具有良好的散熱性能,把制動(dòng)電阻單獨(dú)作為一個(gè)附件，將它安裝到機(jī) 箱的外面驅(qū)動(dòng)。下面對(duì)各個(gè)分電路和各個(gè)元器件參數(shù)選擇性進(jìn)行介紹：整流模塊環(huán)節(jié)：采用三相不控整流模塊將交流電變成直流電，以下的汁算是三相整流橋堆的一些 參數(shù)。通過二極管的峰值電流/, = 2 死=2梔 * 6.13 = 17.3A3.1)流過二極管電流的冇效值I | 120|二極管額定電流/v=- = 11.5A157(3.3)考慮濾波電容充電電流的影響，需要留一個(gè)

47、大的電流裕最，選用In=30A, 整流二極管額定電壓U =(2- 3)心,=(2 3)2 x 380i = 1200v3.4本設(shè)計(jì)所選擇的三相整流模塊是杭州拓直公司的MDS的一個(gè)系列，型號(hào)是MDS40CM6。限流電阻：起限制電流作用，為了防止在通電的一瞬間，兩個(gè)串聯(lián)電容充電時(shí)產(chǎn) 生大的充電電流。所以在整流器和濾波電容間的直流網(wǎng)路上串入限流電阻，用來限制 通電瞬間電流過大，等電路接通-段時(shí)冋之后，把開關(guān)S閉合，使得限流電阻被短 路，減少能最的損耗。因?yàn)橥娨欢螘r(shí)間之后，電容己經(jīng)處飽和狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候己 經(jīng)穩(wěn)定下來，不會(huì)出現(xiàn)大的充電電流，所以此時(shí)再將限流電阻接入，就沒有必要，開 關(guān)S的設(shè)計(jì)，是基于這

48、一點(diǎn)。中間濾波環(huán)節(jié)：整流電路輸出的直流電壓冇脈動(dòng)分戲，因此需要電容濾波用以減少直流電壓脈動(dòng)。 當(dāng)沒加濾波電容時(shí)，三相整流輸出平均直流電壓為VDC = 135x380 = 514V”3.5）加上濾波電容后VDC的最大電壓可到達(dá)交流線電壓的峰值竄心=y/2UL = Vi x 380=537V（3.6）濾波電容從理論I.來說是越大越好，基經(jīng)濟(jì)考慮，就選用兩個(gè)2200卩F/450V的電 容相串聯(lián)，便能到達(dá)同樣效果。3.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路是將微機(jī)控制電路所產(chǎn)生的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)一個(gè)大的功率場(chǎng)效應(yīng)管。 然后經(jīng)過功率放大后，來控制電力電子器件的開端和通斷，這是一個(gè)弱電控制強(qiáng)電的 應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電路起到功率放大

49、的作用，是-種以低輸入到輸出較大功率為冃的的放大電 路。它用來宜接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶我能力必須到達(dá)控制的要求，其輸出功率必須足夠大. 以輸出足夠大為目的，對(duì)其駆動(dòng)電路進(jìn)行逆向要求，對(duì)電壓電流信號(hào)來說，如果其基值比擬大，那么在同等的放大條件下，就H冇更高的驅(qū)動(dòng)輸出。所以就要求功率放 大器件對(duì)這些幅值較髙的電壓電流信號(hào)不失真放大oPWM脈沖頻率對(duì)電機(jī)中的電樞 電流的連續(xù)性起作用，從而也決定了電機(jī)運(yùn)行是否電流不穩(wěn)。假設(shè)是頻率不穩(wěn)定，將 導(dǎo)致電機(jī)的低速性能不理想，燒壞晶體管，甚至有可能使電機(jī)產(chǎn)生劇烈顫抖。所以, 在設(shè)計(jì)PWM的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，要慎重選擇切換頻率。所選用的晶體管的開關(guān)頻率要 足夠大為5Hz至20H

50、z。 * UFM MAh nruM wi* FW *m rwvn nm* rwuio5.: PWM*yilllUM KIWI.min IIMW C MRF 4iTwr4 CTItir c nni? niKrm ne imbm“。c* WE * (AHf 14* mr Fmi nnr rrw SxnrrvMi MW*AIMT*A5MXT*A4 MTZSMrrtu圖3.3 DSPM小系統(tǒng)3.4控制電路設(shè)計(jì)變頻器的控制電路現(xiàn)質(zhì)大都以具有極髙計(jì)聳運(yùn)行速度的微處理器為控制器，主要被用來對(duì)各種輸入輸出進(jìn)行設(shè)定。在變頻器中就是根據(jù)算法，控制其內(nèi)部電路功能模 塊，使共產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的輸出，例如產(chǎn)生PWM逆變電路的

51、驅(qū)動(dòng)信號(hào)。微機(jī)芯片一般 用單片機(jī)，隨著芯片技術(shù)的開展，具有極高計(jì)算速度的DSP被用于變頻器?，F(xiàn)在的 通用變頻器DSP芯片一次性能處理32位數(shù)據(jù)，并旦具有RISC架構(gòu)。PWM信號(hào) 能夠通過軟件對(duì)芯片編寫代碼產(chǎn)生，從PWM端口進(jìn)行輸出。由于變頻器的開展， 現(xiàn)在芯片已被集成在變頻器的主電路板上，不需單.獨(dú)進(jìn)行軟件編程控制，宜接調(diào)設(shè)變 頻器參教即可實(shí)現(xiàn)目的波形的生成，本系統(tǒng)中的變頻器所使用用的芯片是關(guān)國德州儀溶公司的TMS320F2812DSP.以下對(duì)DSP2812進(jìn)行介紹:數(shù)字信號(hào)處理器DSP是為獨(dú)立快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算而專門設(shè)計(jì)的一 種處理器件?，F(xiàn)本系統(tǒng)中的芯片是目前C2000系列中應(yīng)用最

52、為廣泛、最R代表性的 芯片。它不僅具有多數(shù)DSP芯片廣泛使用的32位內(nèi)核結(jié)構(gòu)、片內(nèi)/外存儲(chǔ)器映射、 時(shí)鐘和中斷管理機(jī)制，而且還具有事件管理器（EV）、串行通信接口 （SCI）、多 通道緩沖串行口（MCBSP）、eCAN總線模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）等多種 片內(nèi)外設(shè)。正因?yàn)镈SP集成了這些模塊，所以在數(shù)字控制領(lǐng)域中，它能實(shí)現(xiàn)高性能、 高精度控制，尤其在本變頻器設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)PWM波產(chǎn)生所起的作用。DSP28112芯片所具有的根本特點(diǎn)：內(nèi)部采用將程序和數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)的哈佛結(jié) 構(gòu)，這樣便使得讀取和R入速度翻一倍：還采用4級(jí)流水線操作包括取指令、指令 詳碼、讀操作數(shù)、執(zhí)行；具有專門的硬件乗法器，可以在単

53、個(gè)周期內(nèi)取兩個(gè)操作數(shù)到 乘法器中進(jìn)行乘法運(yùn)算，這樣使得算法具有高速性：提供特殊的DSP指令，可以用 來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。本芯片對(duì)于電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制數(shù)字化優(yōu)化具有高控制性能，特別適用于三相異步電 機(jī)。它集C2xx內(nèi)核増強(qiáng)型TMS320設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和對(duì)控制電機(jī)的低功耗、高性能于一 體。更加上它內(nèi)部的四級(jí)流水線，使得其對(duì)指令的控制速度在34ns左右。不僅具有 這些優(yōu)良的控制功能，而且其價(jià)格也不貴，性價(jià)比很高，它的使用也使得控制系統(tǒng)的 體積大大減小了。它的事件管理器還提供了三個(gè)功能強(qiáng)大的16位定時(shí)器GP TIMERx（x=l, 2, 3）.將其組合可產(chǎn)生12路PWM信號(hào)。TMS320F2812芯片在

54、電機(jī)矢林控制中所起的作用：根據(jù)光學(xué)編碼器輸入的兩相増皐數(shù)字脈沖信號(hào)A、B,判別電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的正負(fù)。 根據(jù)光學(xué)編碼器輸人的信號(hào)A、從C、U、V. W確定對(duì)定子轉(zhuǎn)于相對(duì)人相繞組 軸線的夾角。速度比擬，提供參考轉(zhuǎn)矩作為校正補(bǔ)償將采集的三相電流進(jìn)行人/轉(zhuǎn)換，然 后再進(jìn)行3/2變換。將電流信號(hào)與反應(yīng)電流信號(hào)進(jìn)行比擬，得出校正偏差，作3/2變換。最后確定 PWM的脈寬系數(shù)，產(chǎn)生PWM揑制波。對(duì)反應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行處理，如出現(xiàn)故障信號(hào)，將執(zhí)行中斷。將會(huì)通過切斷主電路電 源，同時(shí)中斷PWM輸出，并對(duì)故障診斷。DSP2812的控制流程：系統(tǒng)初始化，電流栗樣處理格式，等待中斷，速度采樣 處理格式，電流模塊運(yùn)尊，位罟.、

55、速度調(diào)節(jié)器，外部中斷處理模塊，電流調(diào)節(jié)器，磁 極位置檢測(cè)，SVPWM模塊運(yùn)算。信號(hào)采集局部電路如圖3.4圖3.5.電壓、電流、溫度等檢測(cè)信號(hào)經(jīng)信匕處理電路進(jìn)行分壓、光電隔離、濾波、放大等綜合處理，再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，輸入給CPW 作為控制算法的依據(jù)，井同時(shí)作用顯示和故障保護(hù)。3.5軟件設(shè)計(jì)將DSP初始化后，其執(zhí)行步殘如下圖:圖(a)系統(tǒng)初始化程序(b)主程序4變頻器SVPWM控制系統(tǒng)建模仿真及結(jié)果分析“MATLAB是關(guān)國MathWorks公司研發(fā)出的用于商業(yè)的數(shù)學(xué)軟件，它廣泛 應(yīng)用在算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式 環(huán)境，主要包括MATLAB和SiinulH

56、ik兩大局部。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科 學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使 用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域 提供了一種全面的解決方案g”，所以本控制系統(tǒng)就使用的是MATLAB的 Simuliiik來仿真的。在MATLAB的SIMULINK環(huán)境下，能夠很方便的實(shí)現(xiàn) SVPWM控制算法。4.1系統(tǒng)仿真模型的建立根據(jù)第二章的變頻器SVPWM控制算法的工作原理，利用MATLAB的 simuliiik仿真平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真模型的建立。整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜繁瑣，由于MATLAB 具有很好的封裝模塊模型，把系統(tǒng)進(jìn)行封裝后，各個(gè)局部實(shí)

57、現(xiàn)各自的功能，系統(tǒng)模塊 功能便明了起來。以下便是對(duì)變頻器SVPWM控制系統(tǒng)仿真模塊的搭建： 對(duì)扇區(qū)的判斷：根據(jù)第二章對(duì)SVPWM的原理的分析，我們知道了期望電壓的組成.它包括兩 個(gè)根本電壓矢量，所以，計(jì)先我們要對(duì)參考電壓所在扇區(qū)進(jìn)行判斷。圖扇區(qū)位置B。=七14.1)R V3 1白 1N = sign(B) +2sign(Bl)+4咖(B2)式中，站、叫為電機(jī)繞組在靜止兩相坐標(biāo)系下的電壓。其N值與扇區(qū)伉對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2.5。Constant圖所住扇區(qū)的判斷再對(duì)扇區(qū)的根本電壓矢/作用時(shí)冋進(jìn)行判斷，假設(shè)7+兀7；，可以得出:T、=T；rjE+T“），心二心7；/（7；+乙），根本矢最作用時(shí)間計(jì)算的仿真

58、模塊如下圖:Multiport Switch 1EUW* 玄%玄毛圖根本矢鼠作用時(shí)間圖開關(guān)作用時(shí)間圖PWM波形生成模塊開美作用時(shí)間J的計(jì)算:令與盤?必兀皿 + g二皿+勻，那么每個(gè)區(qū)N與矢量作用時(shí)間 4422J-,之間的關(guān)系見表2.6。仿真模塊搭建見圖。生成PWM波形J Sequence歸Scopel圖4.6 SVPWM整個(gè)算法模塊通過以上仿真的搭建，我們就在MATLAB的Simulmk模塊中模擬產(chǎn)生出SVPWM波形，通過控制逆變器的開關(guān)管通斷，便能對(duì)電機(jī)進(jìn)行SVPWM控制.系統(tǒng)的仿真模型圖:Continuouspowergui TmL -repCcnn-tlUniversal Bflflge

59、LDC1斗IniIniOiHouDsystemsConstant1400 By CPemenent MagnetSynchronous Machines.abciqIdmwmTe-Cemuxl ScopeT.Volti-a* MeajurenitrtScope2AddConsent*PIspeedOutl In1。幽遺妙SVPWM控制系統(tǒng)SuDsvstem4.2系統(tǒng)仿真結(jié)果分析參數(shù)設(shè)定如卜：本仿真模以搭建使用1氣流逆變?yōu)榻涣麟?，直流電壓源電壓?00V,轉(zhuǎn)速給定為1400r/mm：采樣周期，三角載波的周期為,圖4.8逆變器輸出的PWM波形圖以和七波形為。仿立結(jié)果如下：使用SVPWM在滿調(diào)制時(shí)，

60、對(duì)丁電壓的利用率為86.6%,我們從仿真的結(jié)果可以得知，SVPWM較SPWM方式對(duì)于直流電壓利用率可以提高0.15。通過仿真可以得到期望電壓矢信所在扇區(qū)波形。圖扇區(qū)判斷波形N對(duì)合成的電壓矢量進(jìn)行扇區(qū)判斷之后，再利用最近的兩個(gè)非零矢量進(jìn)行期望電壓 合成，其中為了調(diào)制出適口的電壓空間矢員:，防11:岀現(xiàn)過調(diào)制，需要參加零電壓矢址,對(duì)矢量的作用時(shí)間其波形圖如圖。圖根本矢信作用時(shí)間當(dāng)確定根本合成電壓矢宗的作用時(shí)間，對(duì)其開關(guān)順序進(jìn)行優(yōu)化，在本揑制算法中 使用5段調(diào)制，此調(diào)制方法會(huì)比七段轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)稍大，但波形仍然對(duì)稱，其開關(guān)狀態(tài)仿 真如下圖。圖開關(guān)狀態(tài)圖電機(jī)電流波形圖調(diào)速波形通過示波器對(duì)電機(jī)上的電流進(jìn)行監(jiān)控