基于PIC單片機(jī)的空間電壓矢量PWM控制方法研究

0 引言
在電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用到了PWM技術(shù)。PWM控制利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把整流后的直流電變成脈沖序列，通過控制脈沖寬度和脈沖列的周期以實(shí)現(xiàn)變壓、變頻控制，同時(shí)減少輸出電壓電流諧波。早期的SPWM控制主要著眼于使逆變器輸出電壓波形盡量接近于正弦波，希望輸出PWM電壓波形的基波成分盡量的大，諧波成分盡量的小，并沒有考慮到電動(dòng)機(jī)本身旋轉(zhuǎn)磁場的影響。空間電壓矢量PWM技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題，它將逆變器和交流電機(jī)作為一個(gè)整體來考慮，其控制目標(biāo)是使磁通軌跡近似為圓，也被稱為磁鏈跟蹤PWM控制。本文在分析空間電壓矢量PWM原理的基礎(chǔ)上，提出了一種基于16位PIC24FJ64GA單片機(jī)實(shí)現(xiàn)SVPWM控制的方法。

1 空間電壓矢量PWM控制原理
空間電壓矢量PWM控制是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電狀態(tài)下交流電機(jī)的理想磁通圓為基準(zhǔn)，利用逆變器各橋臂開關(guān)控制信號(hào)的不同組合，使逆變器的輸出工作電壓矢量作用形成的實(shí)際磁通運(yùn)行軌跡逼近基準(zhǔn)圓磁通運(yùn)行軌跡。
定義基本定子電壓矢量為：

式中，ua、ub和uc分別為三相定子繞組相電壓。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，典型的三相電壓型逆變電路示意圖如圖1所示。Udc表示直流側(cè)電壓，電機(jī)定子側(cè)相電壓由三個(gè)功率器件SA、SB和SC的開關(guān)狀態(tài)決定，SA、SB和SC分別表示同一橋臂下兩個(gè)功率器件的開關(guān)狀態(tài)。若SA為1，表示上橋臂接通，下橋臂斷開，ua連接Udc；反之SA為0，表示下橋臂接通，上橋臂斷開，ua連接0。同理可得開關(guān)SA的狀態(tài)與ub的關(guān)系，開關(guān)SC的狀態(tài)與uc的關(guān)系。

根據(jù)所得功率器件SA、SB和SC開關(guān)狀態(tài)的8種組合，可以構(gòu)成8種空間電壓矢量，如圖2所示。對(duì)外部負(fù)載而言，包括6個(gè)非零矢量V1(100)、V2(010)、V3(110)、V4(001)、V5(101)、V6(011)，和2個(gè)零電壓矢量V0(000)、V7(111)的輸出電壓為零。六個(gè)非零電壓矢量在空間上相互間隔。
定子繞組Y型連接的電機(jī)三相輸入電壓為：

根據(jù)三相系統(tǒng)向兩相系統(tǒng)變換保持幅值不變的原則，三相電壓的合成空間矢量在α、β坐標(biāo)系中可表示為：

式中，Uα、Uβ為空間電壓矢量在定子靜止αβ軸上的分量。
1．1 空間電壓矢量的合成
根據(jù)矢量合成的平行四邊形法則和PWM等效面積原理，利用上述8種矢量可以合成任意角度有限模長的輸出電壓矢量，其最大模長決定了輸出電壓的最大幅度，如圖3所示。

圖中θ為Uref與空間電壓矢量Uθ之間的夾角，Uref落在矢量Uα和Uβ之間，為兩者合成后的輸出電壓矢量，

式中，Ts為采樣周期，t1、t2分別為電壓矢量Uα，Uβ的作用時(shí)間。
根據(jù)三角正弦定理有：

6種空間電壓矢量幅值相等，且等于2Udc／3，由式(5)和(6)可得：