前言

    隨著計算機技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻驅(qū)動技術(shù)憑借其優(yōu)異的性能，在當(dāng)今交流調(diào)速領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。

    變頻驅(qū)動主要使用的驅(qū)動波形主要有spwm和svpwm兩種。spwm原理簡單、實現(xiàn)容易，是現(xiàn)在使用最廣的一種變頻驅(qū)動波形。但其有一個致命的弱點是其電源利用率不高（只有86%）、諧波成分大。因此，在新近開發(fā)的產(chǎn)品中其應(yīng)用逐漸被性能優(yōu)異的svpwm所取代。svpwm是一種電壓利用率、低諧波成分的變頻驅(qū)動波形，還有開關(guān)次數(shù)少、功率管功耗小等特點。同時，svpwm還能很好的結(jié)合矢量控制算法、以最大限度的發(fā)揮設(shè)備的性能。因此被越來越多的變頻設(shè)備所采用。

    芯片簡介

    spmc75系列mcu是凌陽科技公司設(shè)計開發(fā)的高性能16位通用mcu，具有很強的抗干擾能力、豐富易用的資源以及優(yōu)良的結(jié)構(gòu)，特別是增強的定時計數(shù)器和pwm輸出功能。

    spmc75系列mcu使用凌陽u’nsp內(nèi)核，u’nsp內(nèi)核是一種高效的16位cisc內(nèi)核。支持乘法、乘法累加、32/16位除法、fir等高性能運算；支持兩種中斷模式�？梢苑奖愕漠a(chǎn)生spwm波、空間電壓向量pwm（svpwm）等各種電機驅(qū)動波形。

    除了擁有高性能的cpu外，spmc75系列mcu還集成了多種功能模塊：多功能i/o口、同步和異步串行口、高性能adc、普通的定時計數(shù)器、多功能的捕獲比較模塊、bldc電機驅(qū)動專用位置偵測接口、兩相增量編碼器接口、能產(chǎn)生各種電機驅(qū)動波形的pwm發(fā)生器等。同時，spmc75系列單片機內(nèi)部集成了32k words的flash和2k words的sram。

    利用這些硬設(shè)支持，spmc75系列單片機可以完成諸如家用電變頻驅(qū)動、標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)變頻驅(qū)動器、多環(huán)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)等復(fù)雜應(yīng)用。

    svpwm合成原理

    如圖1-1所示的三相逆變橋中六個開關(guān)管有8種允許的開關(guān)組合，其中有6種有效的開關(guān)組合，稱為非零基本空間電壓矢量；有2種為無效開關(guān)狀態(tài)，稱為零空間電壓矢量。當(dāng)逆變器單獨輸出六種基本電壓空間矢量時，電動機的定子磁鏈?zhǔn)噶?的矢端的運動軌跡是一個正六邊形，如圖1-2所示。

     顯然，按照這樣的供電方式只能形成正六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場，而不是我們希望的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

    怎樣獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁場？一個思路是，如果在定子里形成的旋轉(zhuǎn)磁場不是正六邊形，而是正多邊形，我們就可以得到近似的圓形旋轉(zhuǎn)磁場。顯然，正多邊形的邊數(shù)越多，近似的程度就越多。但是非零的基本電壓空間矢量只有六個，如果相獲得盡可能多的多邊形旋轉(zhuǎn)磁場，就必須有更多的逆變器開關(guān)狀態(tài)。下面介紹這種線性時間組合方法。

    在圖1-3中和代表相鄰的兩個基本電壓空間矢量；是輸出的參考相電壓矢量，其幅值代表相電壓的幅值，其旋轉(zhuǎn)角速度就是輸出正弦電壓的角頻率。 可以由 和 線性時間組合來合成，它等于 倍的 和 倍的 的矢量和。其中分別是 和 作用的時間； 是 作用的時間。

     按照這種方式，在下一個 期間，仍然用 和 的線性時間組合，但作用的時間 t1'和 t2'與上一次的不同，它們必須保證所合成的新的電壓空間矢量 '與原來的電壓空間矢量 的幅值相等。

    如此下去，在每一個 期間，都改變相鄰的基本矢量的時間，并保證合成的電壓空間矢量的幅值都相等，因此，在 取足夠小時，電壓空間矢量的軌跡是一個近似圓形的正多邊形。

    開關(guān)時間的計算

    如上面所述，線性時間組合的電壓空間矢量 是 倍的 和 倍的 的矢量和，即：

     式中， 可以事先選定； 可以由 u/f曲線確定； 可以由輸出正弦電壓的角頻率w和 的乘積確定。因此，當(dāng)已知兩相相鄰的基本電壓空間矢量 和 后，就可以根據(jù)（式1-13）來確定。

    還有另一種確定的方法。當(dāng) 、 和 投影到平面直角坐標(biāo)系dq中時，（式1-10）可以寫成：

     當(dāng)已知逆陣 和 在平面直角坐標(biāo)系dq中的投影 后，就可以確定。

    當(dāng)逆變器單獨輸出零矢量o000和o111時，電動機的定子磁鏈?zhǔn)噶?是不動的。根據(jù)這個特點，在 期間插入零矢量t0 ，使：

     通過這樣方法，可以調(diào)整角頻率 w，從而達(dá)到變頻的目的。添加零矢量是遵循使功率開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)最少的原則來選擇o000或o111。為