1　引　言

在電氣傳動中，廣泛應(yīng)用脈寬調(diào)制（PWM－Pulse Width Modulation）控制技術(shù)。隨著電氣傳動系統(tǒng)對其控制性能的要求不斷提高，人們對PWM控制技術(shù)展開了深入研究：從最初追求電壓波形正弦，到電流波形正弦，再到磁通的正弦，PWM控制技術(shù)不斷創(chuàng)新和完善。本文所采用的電壓空間矢量（SVPWM－Space Vector PWM）就是一種優(yōu)化的PWM方法，能明顯減小逆變器輸出電流的諧波成分和電機(jī)的諧波損耗，降低脈動轉(zhuǎn)矩，由于其控制簡單，數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方便，目前已有替代傳統(tǒng)SPWM（SinusoidalPWM）的趨勢。微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展使得數(shù)字化PWM有了實(shí)現(xiàn)的可能和廣闊的應(yīng)用前景。本文采用美國德州儀器（TI）公司專為電機(jī)控制而推出的數(shù)字信號處理器（DPS）TMS320C24x系列中的TMS320F240實(shí)現(xiàn)SVPWM變頻調(diào)速^〔1，2〕。本文介紹由TMS320F240實(shí)現(xiàn)SVPWM的兩種方法。一種用TMS320F240的常規(guī)比較功能實(shí)現(xiàn)。稱為SWSVPWM（軟件SVPWM）；另一種用TMS320F240固有的生成SVPWM的硬件電路實(shí)現(xiàn)，稱為HWSVWM（硬件SVPWM）^〔3〕。

2　SVPWM的基本原理及特點(diǎn)

電壓空間矢量法（SVPWM，稱磁通正弦PWM）是從電動機(jī)的角度出發(fā)，著眼于使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場，即正弦磁通。它以三相對稱正弦波電壓供電時交流電動機(jī)的理想圓形磁通軌跡為基準(zhǔn)，用逆變器不同的開關(guān)模式產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)磁通圓，從而達(dá)到較高的控制性能。三相電壓源型逆變橋的上橋臂和下橋臂開關(guān)狀態(tài)互補(bǔ)，故可用3個上橋臂的功率器件的開關(guān)狀態(tài)描述逆變器的工作狀態(tài)，記功率器件開通狀態(tài)為“1”，關(guān)斷狀態(tài)為“0”，則上橋臂的開關(guān)狀態(tài)有8種組合，可用矢量［a，b，c］^t表示，分別為［0 0 0］^t，［0 0 1］^t，…，［1 1 1］^t。

得到相電壓矢量后，再應(yīng)用電機(jī)統(tǒng)一理論和abc－dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：

可以將abc坐標(biāo)的8種開關(guān)狀態(tài)矢量轉(zhuǎn)換為dq坐標(biāo)的8種電壓矢量，分別記為U₀，U₆₀，U₁₂₀，U₁₈₀，U₂₄₀，U₃₀₀，U₀₀₀，U₁₁₁，稱為基本電壓空間矢量，其中U₀₀₀，U₁₁₁為零矢量，如圖1所示。

SVPWM控制技術(shù)的目標(biāo)就是要通過控制開關(guān)狀態(tài)組合，將空間電壓矢量U_out控制為按設(shè)定的參數(shù)作圓形旋轉(zhuǎn)。在某個時刻，U_out旋轉(zhuǎn)在某個區(qū)域中，可由組成這個區(qū)域的兩個非零矢量U_x和分別按對應(yīng)的作用時間T₁、T₂組合得到所要求的U_out輸出。從一個空間電壓矢量旋轉(zhuǎn)到另一個矢量的過程中，應(yīng)當(dāng)遵循功率器件的開關(guān)狀態(tài)變化最小的原則，即應(yīng)當(dāng)只有一個功率器件的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化�；谶@一原則，可以選定各基本空間電壓矢量之間的旋轉(zhuǎn)方向，先作用的U_x被稱為主矢量，后作用的被稱為輔矢量。于是U_out可以表示為

由于T₁、T₂之和小于T_P之和小于T_P（載波周期），需要用零矢量U_{0 0 0}或U_{1 1 1}插入，插入時間為T₀，T₁＋T₂＋T₀＝T_P。零矢量對U_out的大小無影響，僅對設(shè)定的頻率起到補(bǔ)償作用。在很高的開關(guān)頻率下，每個轉(zhuǎn)換周期中U_out可以看成是常數(shù)，由上式可寫成：

用該式可以在dq平面中，分別求出T₁，T₂。
電壓空間矢量U_out的大小代表三相電機(jī)線電壓的有效值，其頻率也是三相電機(jī)的頻率，控制U_out的大小、旋轉(zhuǎn)速度和方向就能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。圖1所示由基本電壓空間矢量組成的六邊形的內(nèi)切圓是U_out所能達(dá)到最大軌跡，所以U_out的最大值為相應(yīng)的電機(jī)的線電壓和相電壓為和V_dc／，這是普通SPWM最大值的倍，因此SVPWM的直流電壓利用率也是最高的^〔4〕<