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

1、種細(xì)率険畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題名稱(chēng)變頻器SVPWM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真學(xué)生姓名湯斌學(xué)號(hào)1341202078系、年級(jí)專(zhuān)業(yè)電氣工程系、13級(jí)白動(dòng)化指導(dǎo)教師WX職稱(chēng)教授2017年5月18日摘要隨著電力電子器件和微處理器芯片的發(fā)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(lái)使電機(jī)產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)矩，于是便產(chǎn)生電壓空間矢量PWM(SpaceWctorPulseWidthModulation,簡(jiǎn)稱(chēng)SVPWM)控制算法。變頻器SVPWM控制系統(tǒng)就是利用該算法的來(lái)對(duì)異步電機(jī)實(shí)行控制的，它的輸出諧波小，也使得直流側(cè)的電壓利用率提

2、升了15%o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)空間產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)產(chǎn)生恒定轉(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仿真iiAbstractWiththedevelopmentofpowerelectronicdevicesandniicroprocessorchips,digitalfrequencyconversi

3、onteclmologyhasbecomethetrendofmodemmotorcontrolteclmology.ThetraditionalSPWMcontrolalgorithmdoesnottakeintoaccounttheoutputcunentwavefbnn,noteasytodigitize.Therefore,theneedforfiuthercontrolalgorithms,sothatthemotorgeneratesaconstanttorque,soitwillproduceavoltagespacevectorPWM(SpaceVictorPulseWidth

4、,SVPWM).InverterSVPWMcontrolsystemistheuseofthealgoritluntocontrolthemotoi;itsoutputhannonicissmall,butalsomakestheDCsidevoltageutilizationincreasedby15%TheinvertercontrolchipisTMS320F2812DSP,usingSVPWMmodulationteclmology,PWMwavefbnn,andthe6IGBTon-offcontrol,resultinginacircularrotatingmagneticfiel

5、dinmotorspace,makesthemotorproduceconstanttorque.Inthelastchapterofthispaper,MATLAB/SIMULINKisusedtosimulatethefrequencyconverterSTWM,andthesimulationresultsverifythefeasibilityandcouectnessoftheSVPWMalgoritlun.Keywords:inverter;SpaceWctorPulseWidthModulation;Asyiichronousmotor;simulation目錄摘要IAbstra

6、ctn1緒論11.1課題研究背景及意義11.2變頻器SVPWM的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)31.3課題研究要求及任務(wù)61.4論文的主要內(nèi)容72變頻器SVPWM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理82.1變頻器SVPWM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)82.2變頻器SVPWM基本原理102.3變頻器SVPWM法則推導(dǎo)122.4變頻器SVPWM控制算法143變頻器SVPWM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)223.1總體設(shè)計(jì)223.2主電路設(shè)計(jì)223.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)243.4控制電路設(shè)計(jì)263.5軟件設(shè)計(jì)284變頻器SVPWM控制系統(tǒng)建模仿真及結(jié)果分析294.1系統(tǒng)仿真模型的建立294.2系統(tǒng)仿真結(jié)果分析34總結(jié)38參考文獻(xiàn)39致謝40邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論1

7、.1課題研究背景及意義在當(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)發(fā)展，因此，節(jié)能研究就顯得越來(lái)越重要。隨著電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步，電機(jī)越來(lái)越多的被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科技研究、國(guó)防各方面，作為主要的動(dòng)力設(shè)備。從世界范圍來(lái)看，電機(jī)的用電量超過(guò)全球各國(guó)總用電量的一半以上，約占工業(yè)用電量的70%,如此之高的一個(gè)比例數(shù)量，如能提高用電效率，優(yōu)化電機(jī)控制算法,將具有十分重大的意義。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)具備非常高控制性能。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)的高效性并且連續(xù),啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的高頻性也就容易實(shí)現(xiàn)。在上個(gè)世紀(jì)，由于電力電

8、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(lái)說(shuō)也不劃算。更無(wú)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)速要求的地方就不會(huì)出現(xiàn)異步電機(jī)。后來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體全控型器件進(jìn)一步發(fā)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高。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)體器件的出現(xiàn)，也使得電機(jī)的控制系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化。性能更高、更可靠、而且經(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)速的發(fā)展。同時(shí)，隨著微電子技術(shù)的發(fā)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

9、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(lái)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)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)揮著的作用是不可忽視的。我國(guó)是一個(gè)工業(yè)大國(guó)，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，比如我們學(xué)校隨處可見(jiàn)的電動(dòng)車(chē)，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(guó)家對(duì)于它的發(fā)展和控制處于高度重視狀態(tài)。在電氣傳動(dòng)實(shí)際邵陽(yáng)學(xué)

10、院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)用中，運(yùn)用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，給各類(lèi)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)，我們還需要對(duì)其控制精度，性能做出要求，使其既能實(shí)現(xiàn)我們的目的，乂具有穩(wěn)定、節(jié)能、高精確性的特點(diǎn)，這在以前的實(shí)現(xiàn)中還是具有問(wèn)題的。然而，在還沒(méi)有變頻器的年代，使用的電機(jī)基本上都是直流電機(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(wú)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(lái)不一樣，變頻器的出現(xiàn)與應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了此前的繁雜操作，并且減小了設(shè)備體積，大幅度的減少維修次數(shù)，使得操作更加簡(jiǎn)單和安全。SVPWM技術(shù)一出現(xiàn)，就被應(yīng)用在變頻器中。交-直-交

11、中的最后一個(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)的定子上具有三相對(duì)稱(chēng)電壓，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(lái)計(jì)算所需合成的電壓所在區(qū)間，利用最近的基本電壓矢量對(duì)其進(jìn)行平行四邊形法則矢量合成，利用公式計(jì)算出基本電壓矢量的作用時(shí)間，根據(jù)產(chǎn)生圓形電壓空間矢量的原理，防止過(guò)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)間電壓積分與參考電壓積分相等，在優(yōu)化逆變器的開(kāi)關(guān)順序，使遵循每個(gè)周期開(kāi)關(guān)相等的原則，產(chǎn)生固定的開(kāi)關(guān)順序，并且盡可能的選擇每次變換只改動(dòng)

12、一個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，此時(shí)所產(chǎn)生的PWM波用來(lái)驅(qū)動(dòng)全控型器件，從而實(shí)現(xiàn)SVPWM控制。SVPWM控制方法具有更寬的線性調(diào)制范圍，因?yàn)楫a(chǎn)生的磁鏈圓是逼近圓形的，可以十分明顯地減少諧波成分，使得轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)明顯減小，具有更高的直流電壓利用率。況且SVPWM的控制方法簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)順序還可以最大限度的降低開(kāi)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究具有現(xiàn)實(shí)意義。變頻器控制的優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)電機(jī)的調(diào)速當(dāng)采用變頻器進(jìn)行控制后，能大大減少能量的損耗，尤其是風(fēng)機(jī)、

13、泵類(lèi)負(fù)載，對(duì)電能的節(jié)約可提高20%60%,如此高的節(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，我們應(yīng)用的此類(lèi)負(fù)載很多，所以在這類(lèi)負(fù)載應(yīng)用中意義十分明顯。（2）變頻器調(diào)速在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、停止方面具有明顯的調(diào)速優(yōu)勢(shì)，通過(guò)編程改變其逆變器的開(kāi)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(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通順序，就可以對(duì)輸出換相。一般通過(guò)變頻器啟動(dòng)進(jìn)行，大部分是從低速開(kāi)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)直接

14、給電機(jī)加壓制動(dòng)，無(wú)需外接制動(dòng)電路進(jìn)行制動(dòng)。（3）能夠提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，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，變頻器是能夠按照壓頻比不變來(lái)帶動(dòng)負(fù)載運(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積。我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展政策離不開(kāi)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)的高速發(fā)展，使得我們告別了傳統(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(guó)家越來(lái)越重視能源、環(huán)境和發(fā)展的三位一體，協(xié)同發(fā)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)穩(wěn)定

15、性和保護(hù)電機(jī)，減少轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)起到積極的作用，因此，變頻器SVPWM控制技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。1.2變頻器SVPWM的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)“我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，許多產(chǎn)品的科研開(kāi)發(fā)能力仍然落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。隨著改革開(kāi)放，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，我國(guó)引進(jìn)了很多最先進(jìn)的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)許多合資公司已能生產(chǎn)當(dāng)今國(guó)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(kāi)發(fā)，為國(guó)內(nèi)外重大工程項(xiàng)目提供一流的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)”O(jiān)在變頻調(diào)速領(lǐng)域，我國(guó)雖然取得了很大成績(jī)，但應(yīng)看到由于國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品的能力弱，對(duì)外國(guó)公司的依耐性仍較為嚴(yán)重。我國(guó)電氣傳動(dòng)與變頻技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用如表11所示：交流變頻調(diào)速行業(yè)在中國(guó)興起了二十兒年，隨著我國(guó)工業(yè)

16、的進(jìn)步，它的市場(chǎng)容量正逐年的在增長(zhǎng)，最近兒年的低壓、中壓、高壓變頻器市場(chǎng)容量超過(guò)160億元，國(guó)內(nèi)外總計(jì)投資的品牌有超過(guò)140個(gè)，這其中，外資品牌占比不超過(guò)30%,但是它的市場(chǎng)份額卻有75%之多，可見(jiàn)我國(guó)自主的變頻器品牌要發(fā)展與應(yīng)用還有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走，任重而道遠(yuǎn)。當(dāng)前的交流變頻調(diào)速行業(yè)己經(jīng)初具規(guī)模，變成產(chǎn)業(yè)化，具相關(guān)從業(yè)人員分析，我國(guó)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”。表1-1我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史技術(shù)特征應(yīng)用年代帶電機(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

17、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年代中期磁放大器勵(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70年代中期晶閘管變流器勵(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)在循壞變流器供電的交流變頻調(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）PWM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

18、機(jī)的控制具有良好的調(diào)速性能。異步電機(jī)還具有制造購(gòu)買(mǎi)低成本，且投入運(yùn)行是更容易維護(hù)特點(diǎn)。從工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜度大大簡(jiǎn)化，投資成本也大大減小?？偟膩?lái)說(shuō)，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)量大大提高，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)成本做出很大的貢獻(xiàn)”o隨著全控型快速半導(dǎo)體的發(fā)展，使用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)作為控制方法己越來(lái)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

19、大，控制開(kāi)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)行調(diào)制，使實(shí)際施加的電壓作用積分的面積相等，通過(guò)此種方法對(duì)脈沖的寬度進(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(guò)改變波形的周期來(lái)實(shí)現(xiàn)同”oPWM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高。因此對(duì)電機(jī)來(lái)說(shuō)，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(jiǎn)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)

20、實(shí)意義。如圖1.1所示，脈寬調(diào)制方法的分類(lèi)如下：圖1.1脈寬調(diào)制方法分類(lèi)變頻器SVPWM調(diào)速技術(shù)是一種綜合性技術(shù)，其包括變頻器部分，實(shí)施大能量的轉(zhuǎn)化，PWM波形的調(diào)制逆變部分，整流和逆變產(chǎn)生波形，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。變頻器將電網(wǎng)側(cè)的交流電變換成直流電，然后進(jìn)行逆變，控制方法是通過(guò)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管來(lái)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(guò)改變壓頻比來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑調(diào)速。PWM是英文PulseWidthModulation脈沖寬度調(diào)制的縮寫(xiě)，按一定的調(diào)制波形方法，“有規(guī)律地改變脈沖的寬度

21、，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是電壓空間矢量控制技術(shù)，它通過(guò)六個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件的逆變器，使用特殊的開(kāi)關(guān)組合狀態(tài)來(lái)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)榇艌?chǎng)于電壓在空間中是相互垂直的，所以乂稱(chēng)為磁鏈跟蹤技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，著眼于如何使電機(jī)獲得理想圓形磁鏈軌跡。正由于變頻器能夠使得電機(jī)的調(diào)速和制動(dòng)性能提高，并且節(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(jiǎn)化了控制應(yīng)用得復(fù)雜性?！澳壳白冾l器SVPWM控制技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展的趨勢(shì)，并且發(fā)展的比較

22、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)研究也是當(dāng)今的重大課題”O(jiān)1.3課題研究要求及任務(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)發(fā)展都具有十分重大的意義。所以本文著手于SVPWM高性能控制算法，來(lái)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)基本要求如下：（1）分析變頻器SVPWM控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）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；（3）建立整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型，并調(diào)試通過(guò)；（4）論文書(shū)

23、寫(xiě)規(guī)范、文字通暢、圖標(biāo)清晰、結(jié)論明確；（5）論文字?jǐn)?shù)在1.5萬(wàn)字左右，按進(jìn)度表完成設(shè)計(jì)。1.4論文的主要內(nèi)容通過(guò)查閱大量的參考文獻(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章主要是對(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)發(fā)展和能源節(jié)約的意義。還介紹了我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷史和發(fā)展現(xiàn)狀，變頻器SVPWM控制技術(shù)以后的發(fā)展趨勢(shì)。第2章主要介紹變頻器SVPWM控制系統(tǒng)的原理，其中包括對(duì)變頻器SVPWM基本原理、法則推導(dǎo)、控制算法、物理意義的詳細(xì)分析。第3章主要內(nèi)容是對(duì)變頻器SVPWM控制系統(tǒng)的主電路，控制電路，驅(qū)動(dòng)電路的介紹。第4章使用仿真軟件搭建SVPWM控制模

24、塊，然后進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，檢測(cè)各部分是否算法正確，積分環(huán)節(jié)，反饋環(huán)節(jié)；最后分析仿真結(jié)果，驗(yàn)證該控制算法的可行性。92變頻器SVPWM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理2.1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(guò)程的差異，可將其分為交交變頻和交直交變頻”O(jiān)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所用到的是交直交變頻調(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-直-交變頻器是先對(duì)輸入變頻器的電壓進(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(guò)其內(nèi)部的逆變電路將直流電變成交流電。如圖2.1所示，其流程便是變頻器變換電壓的主要原理，該圖存在中間直流環(huán)節(jié)，所以交直交

25、變頻也稱(chēng)為間接變頻。變頻器的內(nèi)部電路還包括整流電路，濾波電路，逆變電路，制動(dòng)電路，驅(qū)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(kāi)關(guān)器件由全控型的IGBT組成，控制其開(kāi)通關(guān)斷的波形是通過(guò)其內(nèi)部的DSP芯片所產(chǎn)生的PWMo圖2.1交一直一交變頻器基本組成VDiVD3VD5圖2.2交一直一交變頻器主電路圖變壓變頻器使用SPWM控制控制算法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，主要是要產(chǎn)生正弦的輸出電壓，只照顧到了這一點(diǎn)，而沒(méi)有關(guān)注電流的波形，所以其控制方法不徹底，在高性能要求的控制場(chǎng)合，就需要更優(yōu)質(zhì)的調(diào)速方法來(lái)補(bǔ)充這個(gè)不足之處?！暗胶髞?lái)出現(xiàn)7電流滯環(huán)跟蹤控制，它使得電流按正弦規(guī)律進(jìn)行波動(dòng)，雖然它的電流正

26、弦比SPWM方法提高性能，但還不足以實(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”O(jiān)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)間的積分，況且電壓也是旋轉(zhuǎn)的，在空間上與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)垂直，方向沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的切線，如此一來(lái)，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，本控制系統(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(kāi)關(guān)管子，并且對(duì)導(dǎo)通順序進(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

27、后等于期望電壓矢量，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)，由于最終的目的是產(chǎn)生近似于圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以乂叫做磁鏈跟蹤技術(shù)。“變頻器SVPWM控制方法現(xiàn)己趨向成熟，被廣泛應(yīng)用于控制器中，電動(dòng)汽車(chē)，異步電機(jī)等的控制器，都有它的身影切”O(jiān)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SVPWMo變頻器SVPWM控制算法在近年來(lái)已經(jīng)成熟被應(yīng)用，它的最重要的部分在于逆變電路，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(kāi)關(guān)元件。通過(guò)對(duì)其原理分析以及一系列的算法處理，便能得出其合成欠量，以及如何正確

28、選擇零矢量，不同的開(kāi)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(kāi)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(lái)使其產(chǎn)生PWM波形。SVPWM技術(shù)與SPWM相比較，具有下面兒個(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)比較穩(wěn)定的狀態(tài)?！岸疫@個(gè)控制策略也產(chǎn)生電機(jī)空間上逼近圓形旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)使得母線側(cè)的直流電壓利用率提高15%,本章下面兒節(jié)對(duì)其原理進(jìn)行詳細(xì)分析問(wèn)”o邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2.2變頻器SVPWM的基本原理變頻器SVPWM的理論基礎(chǔ)就是平均值相等，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)使用基本電壓矢量對(duì)時(shí)間

29、進(jìn)行積分，在空間上進(jìn)行矢量的合成，使平均值與給定的電壓矢量相等，這就是其控制思想?！捌浠緦?shí)現(xiàn)方法就是先判斷參考矢量在哪一個(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量進(jìn)行矢量合成z”。在一個(gè)區(qū)間內(nèi)，通過(guò)控制管子的通斷來(lái)把相鄰的電壓矢量分多次施加，使得產(chǎn)生的波形對(duì)稱(chēng)。我們控制每個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間。最后優(yōu)化開(kāi)關(guān)作用順序，把一個(gè)扇區(qū)分成W個(gè)小區(qū)間，將形成62邊形，合成的電壓空間矢量所產(chǎn)生的逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這些不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)通過(guò)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%，三相相電壓在逆變器上出為八、5,它們各自加在空間上相差為2龍/3

30、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2龍/3的、幅值隨著t按正弦波形變化的三個(gè)電壓空間矢量，它們分別為匕“SMc?，F(xiàn)在我們假設(shè)為相電壓的有效值，/是電源的頻率，那么就有以下關(guān)系：匕=cos©)馳尸cos(0-2;r/3)(2.1)UCI)=cos(0+2;r/3)上表達(dá)式中，若0=2加，那么：3(/()=UA(t)+U33+u嚴(yán)B=-umeje2(2.2)由此可知空間矢量U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0=2龍按逆時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)的電壓空間矢量，“其在三相坐標(biāo)軸(abc)上的投影為三相對(duì)稱(chēng)的正弦量w”。因?yàn)槟孀兤鞯娜鄻虮凵弦?/p>

31、共有6個(gè)開(kāi)關(guān)管，為了方便研究，我們定義其開(kāi)關(guān)函數(shù)如下Sx(x=a,b,c)：(2.3)s上橋臂導(dǎo)通=|0下橋臂導(dǎo)通邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)其中(Sa、Sb、Sc)的所有組合有八種，兩個(gè)零矢量Uo(OOO)、U7(lll)六個(gè)非零矢量Ui(001)、U2(010).U3(011)>U4(100)>U5(101)>U6(110)o下面列出一種情況進(jìn)行分析：Sx(x=a,b,c)=(100)<U迥-5=JU込-UcN=5(24)J+UbN+J=0對(duì)(2.4)求解可得：UaN=2Ud/3>UbN二Ud/3、UcN=-Ud/3o同理可得其他空間電壓矢量，各種情況的空間矢量如

32、下表所示：零矢量幅值為0,位于圓心，非零矢量的值的大小一樣，都為2Udc/3,每?jī)蓚€(gè)矢量之間差兀/3,任意電壓矢量都是由相鄰兩個(gè)非零矢量根據(jù)平行四邊形法則進(jìn)行合成的：7/fdt=TxU加+C+TyUdt+U；dt(2.5)Jo回JoxJrxyJ7；+7；0進(jìn)一步等效為：uref水T=S水Tx+Uy*Tv+t/0*7i(2.6)表2-1所有開(kāi)關(guān)情況與相/線電壓之間的關(guān)系SaSbSc矢量符號(hào)線電壓相電壓UabUbcUcaUaNUbNUcN000Uo000000100u4Ude00-払-払110U6UdeUde0010U20UdeUde-払011U30UdeUde-瓠001Ui00Ude-払-払10

33、1U5Ude0Ude扭-氮111U700000011邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)在式(2.6)中U“f為期望的電壓矢量值，T是采樣周期，Tx.Ty、To這三者是指在一個(gè)釆樣周期內(nèi)，非零電壓矢量Ux、Uy和零電壓矢量Uo作用的總的時(shí)間；零矢量有兩個(gè)Uo和U7。因?yàn)槿嗾也妷涸陔妷嚎臻g矢量中合成的是一個(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(guò)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量圖形，以U4為起始位置，每次都加上一個(gè)小的增量，這個(gè)增量可由零矢量和非零矢量來(lái)合成，其增量安排應(yīng)該以減小開(kāi)關(guān)損耗為基礎(chǔ)，最終可以得到一個(gè)電壓矢量圓形軌跡，“達(dá)到我們預(yù)期的變

34、頻器SVPWM電壓空間向量脈寬調(diào)制的目的問(wèn)”o2.3變頻器SVPWM法則推導(dǎo)給定的三相電壓的電壓矢量在空間中以一定的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，它的角速度是3=2吋，周期7=1/,我們假設(shè)載波頻率為人，那么頻率比就是R=fs/f，這時(shí)我們可以把電壓旋轉(zhuǎn)平面分成R份，這樣便能求出電壓向量角度的增值，其表達(dá)式如下：d&2兀/7?=2/rf/fs2兀兀/T(2.7)我們現(xiàn)在假設(shè)Uref在1區(qū)，那么如圖2.3所示，就可以用兩個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量(U4、U6、Uo、U7)來(lái)進(jìn)行合成：U呵*Ts=U/T嚴(yán)5*耳(2.8)圖2.3空間矢量在1區(qū)的合成在靜止坐標(biāo)系中，分為a軸和卩軸，設(shè)U“f與5之間的夾角為3根據(jù)

35、三角函數(shù)關(guān)系可知：:Urefcos&=4|4-fJ6|cosT6(2.9)6|siiiTS3我們使5和5作用一樣長(zhǎng)的時(shí)間，就旬U4|=|U6|=2Udc/3,就可以得到每個(gè)非零矢量的作用時(shí)間長(zhǎng)度，其計(jì)算公式如下：7T7；=m7；siii(-0)V3(2.10)T6=mTssin。上式中，=IUreJI稱(chēng)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Ud值之比。非零向量的分配時(shí)間出來(lái)了，那么零向量作用的時(shí)間長(zhǎng)度也就出來(lái)了：T7=T0=(Ts-T4-T6)/2(2.11)或者T7=(Ts-T4-T6)(2.12)根據(jù)以上式子，我們可以得出合成Uef的每個(gè)矢量作用時(shí)間。第一步工作己經(jīng)完成，下

36、面的主要任務(wù)就是來(lái)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(kāi)關(guān)在切換的時(shí)候能夠少變化兒個(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，并且是插在頭尾和中間。讓各矢量構(gòu)成空間矢量序列,排列方式比較多，以下進(jìn)行介紹。7段式SVPWM為了就減少開(kāi)關(guān)的通斷損耗，我們可以把基本矢量的作用順序進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)每次把基本矢量加上時(shí)，盡量只變化一個(gè)開(kāi)關(guān)管子。0矢量的選定也也要具有靈活性，一般來(lái)說(shuō)，施加在一個(gè)區(qū)的開(kāi)始，中間和末尾，這樣便能產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)PWM波。通過(guò)這種方法，能夠有效的減少PWM諧波分量，控制電機(jī)的時(shí)候也不會(huì)有很大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，我們可以更平滑地調(diào)速，這對(duì)控制性能的提升具有

37、明顯的意義。下面舉例進(jìn)行分析：把U4(100)轉(zhuǎn)換到Uo(OOO),我們就只要改變A相的一對(duì)開(kāi)關(guān)。當(dāng)從U4(100)轉(zhuǎn)換到U7(lll)的時(shí)候，那就要改變B、C兩相的開(kāi)關(guān)。這樣對(duì)器件損耗非常大，兒乎翻倍了。所以，我們需要把零向量穿插其中，從而使開(kāi)關(guān)損耗降低。改變U4(100)>6(010)、Ui(001)這三個(gè)非零矢量時(shí)，要配合零矢量Uo(000)o當(dāng)要改變U6(110).5(011)、U5(100)這三個(gè)非零矢量時(shí)，要配合U7(lll)o如此便能利用靈活組合開(kāi)關(guān)順序，獲得對(duì)稱(chēng)的PWM波。其他扇區(qū)情況如下表所示。以1扇區(qū)來(lái)說(shuō)，它的三相波形如表中所示。電壓矢量的作用順序是：U。、U4、U6

38、、U7、U&、U4、Uo,我們可以從表的波形圖中看到開(kāi)關(guān)切換順序跟三相波形圖是互相對(duì)應(yīng)的。當(dāng)?shù)竭_(dá)下一個(gè)扇區(qū)時(shí)，Uref的角度加一個(gè)增量大小，使用式子(2.9)再算出下一個(gè)矢量的作用時(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。Uref將會(huì)依次到達(dá)扇區(qū)I、II、III、IV、V、VI。一個(gè)周期下來(lái)，可以產(chǎn)生R個(gè)合成矢量。2.4變頻器SVPWM控制算法SVPWM算法調(diào)制的首先公式是確定電壓空間矢量處于哪一扇區(qū)，這是由非零矢量Ua和Ub決定得。我們先假設(shè)電壓空間矢量處于第一扇區(qū)，那么U。和Ub的角度處于0到60°之間?！霸俳Y(jié)合平行四邊形法則，進(jìn)行矢量合成，就能夠判斷合

39、成的電壓空間矢量則”o表2-2Uref所處扇區(qū)和開(kāi)關(guān)順序Uref所在的位置開(kāi)關(guān)切換順序三相波形圖k-T42->U-T72-2-U<-T42->lII區(qū)(60°weW120°).2-6.7-7.6-2Ts-邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)III區(qū)（120°WeW180°）2377-3-2IV區(qū)（180°W0W24O。）1-377-3JV區(qū)（240°W0W3OO。）VI區(qū)（300°W0W36O。）對(duì)其所在扇區(qū)的充要條件進(jìn)行詳細(xì)分析可知，參考電壓矢量U點(diǎn)是U”V3U廠5和石U十5共同決定的。所以設(shè):5=up(2.13)U

40、弋U。U；22表2-3Uref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IUG>0,U3>0且U,/Ua<V3IIUa>0,且U0/|Ua|>V3IIIUa<0,UQOJL-UJUa<V3IVUa<0,U3<0且U,/Ua<V3VUbVO且-U,/|Ua|>V3VIUa>0,Ue<0且-U/Ua<V3假設(shè)Ul>0,則那么A=l,要不然A=0；假設(shè)U2>0,則那么B=l,要不然B=0；若假設(shè)U3>0,那么C=l,要不然C=0。有排列組合可知A,B,C之間可以有8種組合。根據(jù)判斷11臥所在扇區(qū)

41、可以看出A,B,C不會(huì)同時(shí)取零或者一，減去這兩種情況，其他組合還剩余6種。對(duì)6種狀態(tài)進(jìn)行判斷，我們?cè)O(shè)N=4忙+2*B+1*A,再根據(jù)下表進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算以及加減運(yùn)算就可以計(jì)算出N值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而判斷Um所在的區(qū)間。這對(duì)提升系統(tǒng)響應(yīng)速度具有非常大的意義。表2-4N值與扇區(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系N315462扇區(qū)號(hào)二二二=基本矢量作用時(shí)間和三相PWM波形合成:以前我們對(duì)SVPWM的計(jì)算是使用式(2.10)中的空間角度和正弦定理。然而這樣就使得我們計(jì)算基本矢量的作用時(shí)間變得復(fù)雜起來(lái)。其實(shí)在控制策略上面，我們可以充分利用Ua和Up這樣能使得計(jì)算大大地簡(jiǎn)化。我們假設(shè)Uref在第1區(qū)，實(shí)施如下分析：邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)

42、設(shè)計(jì)（論文）UpTs=UrefCOS0兀cos3兀sill3(2.14)經(jīng)過(guò)整理后得出:25(2.15)%兒(2.16)再根據(jù)以上公式，我們可以求得討在其他的區(qū)間的作用時(shí)間，求得的結(jié)果見(jiàn)表2-5o所以，我們可以根據(jù)公式（2.13）對(duì)空間矢量所在的扇區(qū)進(jìn)行判斷，然后再根據(jù)表25對(duì)矢量的作用時(shí)間進(jìn)行確定?！暗贸鑫覀兯枰慕Y(jié)果，計(jì)算占空比，再插入零矢量，就能實(shí)現(xiàn)電壓空間矢量PWM算法問(wèn)”。為了使變頻器SVPWM能適應(yīng)多個(gè)電壓等級(jí)的情況，我們對(duì)它進(jìn)行標(biāo)么值轉(zhuǎn)化,實(shí)際的電壓等于標(biāo)么值與電壓基值之乘積。其中電壓基值等于系統(tǒng)的額定電壓值的根號(hào)三分之二倍。Ugg可被看做是相電壓的峰值。用變頻器的的PWM模塊

43、為例，設(shè)開(kāi)關(guān)頻率八時(shí)鐘爲(wèi)，再依照PWM的預(yù)期要求，我們是想設(shè)九一定且計(jì)數(shù)器NTPWM為fdsp/fs/2時(shí)。對(duì)時(shí)間轉(zhuǎn)化成計(jì)數(shù)值的推導(dǎo)：其中：和為實(shí)際值的標(biāo)么值，設(shè)發(fā)波系數(shù)心加尸如如凹絲/JU9dc同理可得心住=U；）=KsvpwmU；由公式（2.16）可得，如果零矢量的作用時(shí)間無(wú)限小的時(shí)候，那么相反的一面,非零矢量的時(shí)間特別長(zhǎng)，這個(gè)時(shí)候合成的電壓空間矢量最大。根據(jù)圖2.5,可以得到它的最大值不會(huì)超過(guò)6邊行的外線。如果超過(guò)，稱(chēng)之為過(guò)調(diào)制。這個(gè)時(shí)候的PWM波形就會(huì)失真。表2-5每個(gè)扇區(qū)矢量作用的時(shí)間扇區(qū)時(shí)間IUz-7O-Q5TN4=KsvpwmUTN6=KsvpwniUTn4=TNxTN6=TNy

44、II7；=亦S-J-76=鳳“5TN2=KsvpwniUf2TN6=KsvpwmUfzTn2=TnxTN6=TNyIIIT,=-Jt3=邁生SJTnz=KsvpwmUTV3=KsvpwmUTn2=TnxTN3=TNyIV7Jyf3T耳=55TV1=KsvpwmUTN3=KsvpwmUTni=TnxTN3=TNyVV，Ude5-TNl=KsvpwmUf3TN5=KsvpwinUTni=TnxTN5=TNyVI久=尋u,UdesUdeTN4=KsvpwmU；TN5=KsvpwmUTn4=TNxTN5=TNy變頻器SVPWM控制系統(tǒng)，就是要使得調(diào)制的電壓矢量接近圖2.5所示的內(nèi)切圓。使逆變器輸出最大

45、正弦相電壓為三分之根號(hào)三倍相電壓。倘若使用三相SPWM進(jìn)行調(diào)制，那么逆變器它所能夠產(chǎn)生的最大相電壓只有口辦/2。很明顯，SVPWM比SPWM的算法具有更高的電壓利用率，將兩者進(jìn)行比較。通過(guò)結(jié)果可以看出SVPWM的電壓利用率高于SPWM的15.47%。邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）如圖2.5所示，若合成電壓空間矢量超過(guò)了內(nèi)切圓，證明發(fā)生了波形失真。4(011)圖2.5SATWM電壓矢量的分布我們通常所說(shuō)的過(guò)調(diào)制，那么就必須要對(duì)它采取措施。我們通過(guò)釆比例縮小算法來(lái)進(jìn)行解決這一問(wèn)題。假設(shè)每個(gè)扇區(qū)中先發(fā)生的矢量所持續(xù)的時(shí)間是Tnx，后發(fā)生的矢量所持續(xù)的時(shí)間是TNy。如果Tx+TyWTNPWM時(shí)，就沒(méi)有失真，

46、合成矢量處于圖形內(nèi)。如果TNx+TNy>T、PVM時(shí)，表明波形發(fā)生失真。這個(gè)時(shí)候就要進(jìn)行以下工作：發(fā)生過(guò)調(diào)制，致使波形失真，因?yàn)榉橇闶噶康淖饔脮r(shí)間太長(zhǎng)，而零矢量的作用時(shí)間太短。從這一點(diǎn)開(kāi)始入手，我們就增加零矢量的作用時(shí)間，把非零矢量的作用時(shí)間Tn"根據(jù)比例關(guān)系:(2-17)適當(dāng)減少。設(shè)過(guò)調(diào)制時(shí)，非零電壓矢量的持續(xù)時(shí)間為T(mén)nJ再利用一下公式得出TNxTNyTNO,TN7：丁心t斤1NPWM丄Nx+丄NyTn、丁斤斤1NP丄Nx+1NyWM(2.18)To=T7=O所以，我們可以利用這些量之間的關(guān)系，計(jì)算出每個(gè)用到的矢量的持續(xù)時(shí)間。確定Uref所在扇區(qū)，再根據(jù)變頻器SVPWM的原理

47、，算出每一相映射的比較器的值。其具體運(yùn)算如下：n=(Ts-TxTy)/2(2.19)'bon-丫“on+'conbon+人NTPWM纟舊NTPW圖2.6I扇區(qū)時(shí)廠廠tioaTOPWM比較方式，計(jì)數(shù)值相差180。段數(shù)以倒三角計(jì)數(shù)，對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的值以正二角計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器的值7N耐=TNPWM-(NTPWM-TNx-T,.)/2n=tnpwm-嘰葉-心Nz=TNPVM-NtT小<心=(N"WM一GTJ/2N皿=+TNxNuo,.=N血,“+TNy5(Nlat>ll=TNPWMNlhon=TNPWM-TNx、Ngn=TNPWMNTN、fZ億5=O1Z心”,=7z.x=Z

48、+Tzy(2.20)同理可得1扇區(qū)5段時(shí)的比較器的值:邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）同理可推出其他扇區(qū)的比較器的計(jì)數(shù)器的值。（凡嗣、Ntbon.Ntcon）各扇區(qū)時(shí)間分配見(jiàn)下表。我們給比較器加入相應(yīng)的時(shí)間，便完成了變頻器SVPWM的原理。表26各扇區(qū)比較器的計(jì)數(shù)值扇區(qū)123456TaNtaoDNtboDNtcODNtconNtbonNtaonTbNtbonNtaonNtaonNtbonNtconNtconTcNtconNtconNtbonNtaonNtagNtbcm273變頻器SVPWM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)圖3.1變頻器SVPWM控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖變頻器SVPWM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，變

49、壓變頻調(diào)速系統(tǒng)具有良好的帶負(fù)載能力，本系統(tǒng)釆用的是電壓型交-直-交變頻電路。如今應(yīng)用的變頻器，大部分是采用二極管整流、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，下面對(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(guò)保險(xiǎn)絲，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，而且串聯(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)有泵升電壓，如果只有一個(gè)電容，那很有可能會(huì)被擊穿。為了避免開(kāi)關(guān)Ki在閉合的時(shí)候，電容充電過(guò)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)

50、限流電阻也可以用電抗來(lái)替代。開(kāi)關(guān)K2的作用是將Ro短路。當(dāng)通上電源一段時(shí)間后，電容不會(huì)再產(chǎn)生大的充電電流，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，以下的計(jì)算是三相整流橋堆的一些參數(shù)。通過(guò)二極管的峰值電流Im=2V2/,=22x6.13=17.3A（3.1）流過(guò)二極管電流的有效值（3.2）二極管額定電流Id1

51、.57=11.5A（3.3）考慮濾波電容充電電流的影響，需要留一個(gè)大的電流裕量，選用In=30A,整流二極管額定電壓U（l=（23）U”,=（23）V2x380v=1200v'（3.4）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MDS400-16o限流電阻：起限制電流作用，為了避免在通電的一瞬間，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回路上串入限流電阻，用來(lái)限制通電瞬間電流過(guò)大，等電路接通一段時(shí)間之后，把開(kāi)關(guān)S閉合，使得限流電阻被短路，減少能量的損耗。因?yàn)橥娨欢螘r(shí)間之后，電容已經(jīng)處于飽和狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候己經(jīng)穩(wěn)定下來(lái)，不會(huì)出現(xiàn)大的充電電

52、流，所以此時(shí)再將限流電阻接入，就沒(méi)有必要，開(kāi)關(guān)S的設(shè)計(jì)，是基于這一點(diǎn)。中間濾波環(huán)節(jié)：整流電路輸出的直流電壓有脈動(dòng)分量，因此需要電容濾波用以減少直流電壓脈動(dòng)。當(dāng)沒(méi)加濾波電容時(shí)，三相整流輸出平均直流電壓為（3.5）%=（/l1.35x380=514V加上濾波電容后VDC的最大電壓可達(dá)到交流線電壓的峰值VDCP=V2x380=537V（3.6）濾波電容從理論上來(lái)說(shuō)是越大越好，基于經(jīng)濟(jì)考慮，就選用兩個(gè)2200hF/450V的電容相串聯(lián)，便能達(dá)到同樣效果。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(guò)功率放大后，來(lái)控制電力電子器件的開(kāi)端和通斷，這是一個(gè)弱電

53、控制強(qiáng)電的應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電路起到功率放大的作用，是一種以低輸入到輸出較大功率為目的的放大電路。它用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力必須達(dá)到控制的要求，其輸出功率必須足夠大。以輸出足夠大為目的，對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行逆向要求，對(duì)于電壓電流信號(hào)來(lái)說(shuō)，如果其基值比較大，那么在同等的放大條件下，就具有更高的驅(qū)動(dòng)輸出。所以就要求功率放大器件對(duì)這些幅值較高的電壓電流信號(hào)不失真放大。PWM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)。若是頻率不穩(wěn)定，將導(dǎo)致電機(jī)的低速性能不理想，燒壞晶體管，其至有可能使電機(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(kāi)關(guān)頻率要

54、足夠大為5Hz至20HZomlTA<i、MPVX*1rsfilT2：XNF»!1XIS715(;rioEixivn<ric>H)XIKTIUEQG>UEUEQG>UEUEQG>TCK1"rusyimiTDCirmiTESTTCK7XIS二-£<»-"CWUAOKXL"CWUAOXXMVPIHTHDIMVTTXRn71nrif?刖ottm$457MM55rz4PSJC4TW；：（'、.訂pwxru4：<iriGRI5CATRIPUriOtlH<31ItII*<；riGH

55、BC4TRIP<iri(>fl12TCVKINB<ri()niitoirb<iril»IM0CAW<iriOIWCAF5<i|*l(.>IS9CAF4<iPII)B?T4PWM74CMPiiPIOMT3PWM-1JCMPCPIOB5<>riOB4<iri(m?iJHUB：CriOB!arumrs*vmPU'MIIrs*Miol*WM9pwmxrww?<iPIOD6T4CTKIPIM5SI<iPIOD$T3CTRIFPDPIS<(B1MSJNFW12I1C1RIPlidnn.wmirto

56、7;aarifi1的6m?Irt?orn1街ry*MpnTICMPimPWMd1(11r*WKf5PWMJ05PWM'MniPWXtJn?me廣！EPI、）<inomT2CTRIFIVASicnoooTimupfdpisCiNOAISC7TRIPCiPIOAMC2TRIP<iN0A13CITRIP<iHI>Al2TCX1NA<iPIOA1l7DIRACAP、QIP1I<iH(IA9CAF2mCAFI(XFI<iril)ATIIPU'M72CMPoritJAbanoAS<irniA4<moM<iriOA2<irniAi.HVV6FWM5FW