电压空间矢量脉宽调制技术的研究及其实现

随着全控型快速半导体自开关器件和智能型高速微控制芯片的发展,数字化PWM成为PWM控制技术发展的趋势。但是传统的SPWM法比较适合模拟电路实现,不适应于现代电力电子技术数字化的发展趋势。电压空间矢量脉宽调制(Space-Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)控制技术是一种优化了的PWM控制技术,和传统的SPWM法相比,不但具有直流利用率高(比传统的SPWM法提高了15.47%),输出谐波少,控制方法简单等优点,而且易于实现数字化。 本文首先对脉宽调制技术的发展现状进行了综述,在此基础上分析了电压空间矢量脉宽调制技术的发展现状;接着对空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基本原理进行了详细的分析和推导,SVPWM是基于磁链追踪的思想,它以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准,由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆的,在追踪的过程中,逆变器的开关模式作适当的切换,从而形成PWM波;然后详细分析了电压空间矢量脉宽调制技术的调制波,虽然SVPWM法的调制波是隐含的,但是为了揭示SVPWM法与SPWM法的内在联系,需要求出SVPWM在A-B-C坐标系上的等效调制波,也就是将SVPWM的隐含调制波显化;SVPWM实质是一种基于空间矢量在三相正弦波中注入了零序分量的调制波进行规则采样的一种变形SPWM。 文章还详细分析了SVPWM法的基本调制方式,在前人研究的基础上对现有的SVPWM控制算法进行了一些改进,重点分析了过调制和扇区过渡两种特殊情况下的控制算法。利用MATLAB6.5软件中的动态仿真工具SIMULINK对改进之后的控制算法进行了动态仿真,通过仿真分析验证了改进后控制算法的正确性。在此基础上,建立了SVPWM逆变器供电下异步电动机开环变频调速系统动态仿真模型,详细分析了该情况下系统的动态性能,并与传统SPWM逆变器供电下异步电机开环变频调速系统的动态性能进行了比较,SVPWM逆变器供电下的系统动静态性能良好,电机转矩脉动小,相电流更接近于正弦波。 最后,利用上海迅特电子科技有限公司开发的以TMS320LF2407ADSP芯片为核心的IMCD2407电机控制方案实现了SVPWM的控制算法和SVPWM逆变器