摘要： 本文提出了一套基于TMS320F2407芯片的變頻調速系統(tǒng)設計方案，方案中的硬件平臺以DSP為，系統(tǒng)中采用SVPWM算法來實現(xiàn)變頻調速。

　　文章先通過闡述變頻調速系統(tǒng)的基本構成、SVPWM算法的基本原理、參數(shù)計算以及實現(xiàn)方法，然后給出SVPWM算法在DSP2407上實現(xiàn)的具體計算過程，經(jīng)過試驗，驗證整套系統(tǒng)能夠正常并準確工作。同時基于MATLAB/Simulink設計了仿真模型進行算法仿真，仿真波形與理論基本相符，證實了該方案的可行性。

　　1.引言

　　隨著新型電力電子器件的不斷更新，變頻調速技術得到了極大的發(fā)展，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展、豐富和完善，變頻調速技術已經(jīng)成為應用為廣泛的調速方式。

　　然而傳統(tǒng)的SPWM技術存在一些缺點，SPWM技術著重在使逆變器輸出的電壓盡量接近于正弦波，但電動機需要的是在氣隙中形成圓形旋轉磁場，產(chǎn)生恒定的轉矩，這些是SPWM技術不易做到的，而SVPWM技術是把逆變器和電機作為一個整體來考慮，控制電壓空間矢量，使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉磁場，旋轉轉矩平穩(wěn)，逆變器輸出諧波小，諧波損耗小，因此它的應用日益廣泛。

　　2.系統(tǒng)總體結構

　　變頻調速系統(tǒng)由變頻器、電動機和控制系統(tǒng)三大部分構成，有時還包括負載?？傮w結構如下圖1所示。

　　變頻器是一個能改變頻率的交流電源?？刂葡涤弥饕煽刂破骱碗娏鳌⑥D速等檢測儀器組成，用于按照給定指令，調節(jié)電動機的轉速和控制電動機的轉矩，完成傳動任務。電動機主要是異步電動機，少數(shù)場合使用同步電動機。負載即各類工作機械、設備，用于完成各種生產(chǎn)任務。

　　3.SVPWM算法原理與實現(xiàn)

　　SVPWM的工作原理是將逆變器和電動機看成一個整體，依據(jù)電機磁鏈和電壓的關系，用8個基本電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，實現(xiàn)交流電動機變頻調速。

　　3.1 兩電平逆變器

　　一般低壓逆變器的輸入為一個單一的直流電源，當對此恒定的直流電壓進行脈寬調制，輸出為幅值一定的PWM波。如果設直流電壓為，以低壓節(jié)點為零電位，經(jīng)過逆變器得到的一定的PWM波只有兩個電平，即和0,因此這種逆變器稱為兩電平逆變器，如圖2所示：

　　逆變器用6個IGBT（絕緣柵雙極性晶體管）V1-V6構成三相逆變橋，V1、V3、V5為共陽極組，V2、V4、V6為共陰極組，每個橋臂2個IGBT串聯(lián)，從連接點引出三相接線，把一個周期分為360°，將V1-V6以相隔60°的電角度依次導通，每個IGBT導通180°。任一時刻有三個IGBT導通，同橋臂的另一個IGBT必須關斷，這樣工作逆變器可以對三相負載輸出三相交流電。

　　一般情況下兩電平逆變器六拍運行時，每隔60°切換，共有8種開關狀態(tài)，按a、b、c相序可表示為100、110、010、011、001、101、000、111.每一種開關狀態(tài)輸出合成電壓空間矢量out u 分別記為u1、u2、u3、u4、u5、u6、u0、u7,統(tǒng)稱為基本矢量，其中u1-u6為有輸出數(shù)值的矢量，稱為非零矢量，u0、u7無電壓輸出，稱為零矢量。8個電壓矢量的空間分布如上圖3所示，各矢量之間可分為六個扇區(qū)（Ⅰ-Ⅵ），電壓矢量若按逆時針方向切換使電動機正轉，若按順時針方向切換使電動機反轉。

　　3.2 SVPWM算法實現(xiàn)

　　通常來說，SVPWM算法的實現(xiàn)主要分一下幾步：

　　計算電壓矢量out U 所在扇區(qū)。

　　計算out U 所在扇區(qū)起始矢量和終止矢量的作用時間T1、T2.

　　通過T1、T2計算各扇區(qū)調制波形三相導通時間。

　　3.2.1 計算電壓矢量所在扇區(qū)

　　（ 1 ）首先將電壓矢量out U 分解到α、β軸上，α軸上分量為á u 、β軸上分量為 u ,計算參考值 ref 1 U 、 ref 2 U 、 ref 3 U :

　?。?）通過N的數(shù)值從表1中查出矢量out u所在扇區(qū)#1

　　通過以上3個步驟可以確定出合成電壓矢量所在的扇區(qū)。

　　3.2.2 計算Uout所在扇區(qū)起始矢量和

　　終止矢量的作用時間T1、T2當確定合成電壓矢量所在扇區(qū)之后，設該扇區(qū)起始矢量作用時間為T1,截止矢量作用時間為T2.

　　如圖4所示U1和U2表示相鄰的兩個基本電壓空間矢量，Uout表示輸出電壓矢量，其幅值代表電壓矢量的幅值，其旋轉角速度代表正弦電壓的角頻率，Uout可由U1和U2合成，即：

　　根據(jù)正弦定理可得：

　　計算出t1、t2后還需要加入零矢量來調節(jié)矢量作用的總時間，使得矢量旋轉的角速度等于給定的角速度。要注意的是，零矢量的加入一般要放在程序的開始或結束階段，這樣可以防止電壓跳變。

　　值得注意的是，當運行的電機突然加、減速時，系統(tǒng)的電壓矢量Uout可能會超過逆變器輸出的電壓矢量值，這種情況稱為過調制。為了避免過調制，我們需要對電壓矢量的作用時間做出修正，首先我們要計算出t1、t2的和是否大于Tpwm,若t1、t2的和大于Tpwm,則我們計算修正值，設修正后的起始矢量和終止矢量的作用時間為t11、t22,有：

　　3.2.3 通過T1、T2計算各扇區(qū)調制波形三相導通時間

　　以扇區(qū)為例，扇區(qū)的起始矢量為100,作用時間為t1,終止矢量為110,作用時間為t2,加入零矢量，作用時間為t0,每次切換應該只有一個開關動作，如圖5所示：

　　在TMS320F2407中，有三個全比較單元，可生成6路PWM波。包括1個計數(shù)寄存器和三個比較寄存器，3個比較寄存器分別為CMPR1、CMPR2、CMPR3.計數(shù)器采用連續(xù)遞增遞減模式計數(shù)，當計數(shù)器在0到計數(shù)周期這段增計數(shù)周期內，計數(shù)器的值與比較寄存器的值相等時，輸出電平發(fā)生跳變；在計數(shù)器達到計數(shù)周期時，計數(shù)器將開始減計數(shù)，當計數(shù)器再次與比較寄存器相等時，輸出電平再次跳變。所以需要將計算出的aon t 、bon t 、con t 的值分別付給CMPR1、CMPR2、CMPR3.通過不斷改變比較寄存器的值，得到不同占空比的PWM信號輸出控制IGBT的導通與關斷，實現(xiàn)對電機的矢量控制。

　　4.結語

　　本文提出了一套基于TMS320F2407芯片的變頻調速技術的設計方案，該方案中的硬件平臺以DSP為，系統(tǒng)中采用SVPWM算法來實現(xiàn)變頻調速。先通過闡述變頻調速系統(tǒng)的基本構成、SVPWM算法的基本原理、參數(shù)計算以及實現(xiàn)方法，然后給出SVPWM算法在DSP2407上實現(xiàn)的具體計算過程，經(jīng)過試驗，驗證整套系統(tǒng)能夠正常并準確工作，從而證實了該方案的實用性。（作者：卜星喆，張鴻鵬，蔡增濤）