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第三章 VVVF控制与PWM方法 3.1 VVVF变频调速原理 控制方法特点： 2.这是在忽略定子漏阻抗的影响得到的，在频率比较低时，这种忽略会带来偏小，电机力矩不够，一般要进行补偿。 V/F曲线 不同的负载应采用不同的V/F控制曲线 3．2
PWM逆变器的模型
相电压 3.3
规则采样的SPWM方法 图3.3 规则采样SPWM示意图
同步调制与异步调制 图3.4
规则采样的SPWM波形 3.3.2
规则采样SPWM的直流电压利用率问题分析 PWM控制的理论基础 分析之一 分析之二 3.3.3规则采样SPWM谐波分析 SPWM谐波分量 不同载波比下THD比较 不同开关频率和输出频率下，THD变化曲线
三次谐波注入的规则采样SPWM 直流电压利用率问题分析 谐波分量 THD 3.4
磁通轨迹SVPWM的原理及生成 SVPWM原理与生成 SVPWM原理与生成 图3.6
空间电压矢量和磁通轨迹分区 图3.7
一个采样周期内的磁通轨迹和SVPWM波形 SVPWM规则 图3.8:电机定子磁通的轨迹, ??=6.67? 相电压分析 线电压分析 电压分析 SVPWM波形 谐波分量 THD 3.4.1
SPWM和SVPWM的比较 SPWM和SVPWM的比较 2．产生方法不一样
SPWM产生需要一定的载波信号，而SVPWM产生不需要载波信号。 3．直流电压利用率不一样
SPWM直流电压利用率只有86.6%，注入三次谐波的SPWM直流电压利用率最大可达100%，SVPWM的直流电压利用率最大为100%。 4．零矢量插入方法不一样
SVPWM中每开关周期内两个零夭量作用时间相等，而在SPWM中两个零夭量作用时间有差别，特别是在调制比较小时，这种差别比较明显。研究表明零矢量均分有利于减小转矩的脉动。 联系 附3.1:常用的具有PWM功能芯片 PWM发生芯片：SA808 SA808结构图 SA808的波形发生功能 SA808发生波形的类别 自动死区功能 窄脉冲自动丢弃功能 SA808的接口功能 PWM发生芯片：SA828 PWM发生芯片：SA866 8XC196MC：简介
High-Performance CHMOS 16-Bit CPU
16Kbytes of On-Chip OTPROM/actory-Programmed OTPROM
488 bytes of On-Chip Register RAM
Register to Register Architecture
Up to 53 I/O Lines
Peripheral Transaction Server (PTS) With 11 Prioritized Sources
Event Processor Array (EPA)
–4 High Speed Capture/CompareModules
–4 High Speed Compare Modules Two 16-Bit Timers with Quadrature Decoder Input
3-Phase Complementary Waveform Generator
13 Channel 8/10-Bit A/D with Sample/Hold w Flexible 8-/16-Bit External Bus
1.75 ms 16 x 16 Multiply
3 ms 32/16 Divide 内部结构图 PWM波形发生器 The on-chip waveform generator (WFG) of 8xC196MC allows generation of three independent complementary PWM pairs.
TheWFG is divided into three functional areas: the timebase generator,
the phase driver channel
and the control section.
自动死区功能 自动保护功能 应用举例：实现SPWM 应用举例：空调变频器 8XC196MH 结构图
TMS320F240 TMS320LF 电流滞环PWM控制方法 控制原理 特点 极易实现。 逆变器电流可以得到很好控制，具有很好的静态和动态性能，几乎不含谐波 。 电流滞环PWM控制方式下，逆变器开关周期不固定，随输入、输出电压和输出电流的变化而变化。 开关频率反比于滞环宽度h和电感L，加大h可以降低系统的开关频率，但h的加大会降低电流跟
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基于DSP的异步电机VVVF调速系统仿真与实现研究
维普资讯 http://www.cqvip.com基于 D P的异步电机 w V S F调速系统仿真与实现研究史琴庄圣贤董行健 中图分 类号 :T 4 .
M3 3 2文献标 识码 :A
文章编号 :1 1 8 2 0 )4 )2 4
0 ~ ( 07 0 40 1 ) 4基 于 D P的异 步 电机 V V S V F调速 系统 仿真 与实现研究 史 琴 ,庄圣贤 ,董行健 ( 西南交通 大学 电气工程 学院 ,成 都 6 0 3 ) 1 1 摘
要 :给 出 了 V V 交 流 变 频 调 速 基 本 原 理 和 S P VF V WM 控 制 算 法,详 细 介 绍 了用
T S2 L 20 A实现的三相异步电机 变频调速系统,最后对所提 出的 S P M 30 F 47 V WM 算法及所设计的
调速系统进行 了仿真和实验验证.结果表 明,该交流调速 系统结构简单,性能可靠,可广 泛应
用于 电气传 动装 置 中.
关键词:三相异步电动机 ;变频调速 ;空间矢量脉宽调制;仿真 ;实验 D s na dI lme tt n o
p e ?dutbeI Dr eB sdO
f g o V F S ed a j s l M
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p e ― a b e d e s se h ssmp e sr c u e a d h【 r la l y, i i s b i c
q i me t . e w d l
r e e u p n s i
ORDS: I ; VV W M VF;S W M ; S E p rme t VP i lt o xe i n 0 引
言 Uf / 控制是指在调速过程 中保持 电压和频率 的
比值不变 ,即在改变 电源频率 的同时 ,保证 电机
的定子磁通恒定.由于其具有软,硬 件实现简单 ,
性价 比合理等优点 ,而在交 流调速 中得 到了广泛 应用 .空 间矢 量 P WM( V WM) SP .从 电动 机 角度 出
发 ,控 制逆变 电路 向交 流 电动 机 提 供 可 变频 电源 ,
V F变 频 调 速 原 理 1 1 Uf控 制
/根据电机学 理论 ,交流异 步电机定 子绕组 的
感应 电动势有效值为… :
() 1 式中,k 是与电动机结构有关的常数 , 为定子磁
通 , 为定 子 电压 ,
,为 定 子 电 压频 率 ,E为 感 应 电势 .
并保证 电动机形成 圆形定子磁链 ,实现 了电动 机 的变频调 速 .S P V WM 具 有谐 波 含 量少 ,开关 损 耗 由式 ( ) 1 可知 , 进行电机变频调 速时 , 在
变的情况下,如果厂 下降, 将增加,而
会 引起 磁饱 和 ,造 成 实 际 磁 通 量 增 加 不 上 去 , 电 低 ,直流 电压利 用率高等优点 ,已逐渐成 为数字 控制系统 中的一种优 选方案.T S2 L2 0A具
M 30 F4 7 有强大的 IO控制功能和高速数字信 号处理能力 , /
控制电路简单,可靠. 本文基 于 Uf控制模式 ,结
/ 合 SP V WM算法 ,设计 了用 D P实现的三相异 步
S 电机变频调速方案,并对文中设计的 S P V WM控制
系统进行了仿真验证.
收稿 日期 :2 0 -72
0 60 -5流波形产生畸变 ,从而削弱 电磁转矩 ,严重 影响
机械特性.反之 ,若 上升 , 下降,将导致负载
能力下降.因此 ,为了保持
的恒定 ,应在改变,
的同时改变
= 即 /= 常数.
但是在 电压较低 的情况下 ,定子压 降不能忽
近似 E的误差较大.因此 ,在
应使 u / f比值适当增大 ,也就是所谓的转矩提升.
1维普资讯 http://www.cqvip.com微 电机20 0 7年第4 o卷第 4期 ( 总第 10期 ) 6
V WM 算 法 1 判 断
所 在扇 区
) 在 ― B坐标 系上 ,定义 :
S P M 算法的核心是保证电压空间矢量 ￡ 三
VW , ( 相定子 电压矢量和 ) 的运行轨迹 为圆形 ,并产生谐 波
含量较少,直流母线电压利用率较高的输 出.根据
伏秒平衡原理,利用逆变器功率开关管的 8个开关
状态所 确定 的基 本 电压矢 量 和顺 序组 合 ,以及 开关
管导通时间的调整,可以获得所要求 的参考 电压空
间矢量 ,从而实现交流电动机 的变频调速 .典型的 电压型 P WM逆变器 如图 1 示 . 所
B =i 0 一i 0 1 s6. s3. n
B2= 一sn 0. i6
() 3 一sn 0. J i3
P= s n B )+ s n B ) i ( o
( ) 4 i ( 2 2 i ( 1 +s n B ) g g g 4 式 中 ,s n x 为符号 函数 .如 果
& ,s n )= i () g 0 i ( g
1 ;如果 & ,s n x = ,然后根据 P值查表 1 0 i () 0 g ,
可确定参考电压空间矢量所处的扇区号 .
2 导通时间计算
)首 先 ,在平 面直 角坐标 系
中 ,利用 下式 :
可求 出每个 P WM 周期 中两 个非 零 矢量 的导通 时间
t 和 t. 由于 逆 变 器输 出零 矢 量 D0,O .
0 0 Ⅲ对 电动
机 的定 子 磁链 矢 量
不 会 产 生 影 响 ,根 据 这 个 特
期 间插 入零 矢量 作用 时 间 t,不 会 改变
.=t + 2 o 1 t +t
() 6 的大小 .因此 ,每个 P WM 的周期 为 :
式中 t为零矢量的作用时间.通过这种方法 ,可调
. 整角频率 ,从而达到变频调速的 目的.然后,将
图2中8 个基本空间电压矢量分别代入式 () 结合
6,式() 7 可得 每个 扇 区 中主矢 量 和辅 矢 量 的导 通 时 间 t t
,如表 1所示.表中的参数分别定义为:
]二 嘲 五 =
? A=( 一t 一 2 / ,
B= t 2 A+ 】
() 7 表 1 比较寄存器值的换算
扇 区 C l mp
最 后 ,根 据 每 个 扇 区 的 零 矢 量 与 非 零 矢 量 的
施 加顺 序 以及对应 的作 用 时间 ( 2 ,可 得 到每 个
图 )P WM 周期 中所需 要 的 比较 寄存器 的 比较计数 值 Cmp l～C 3
mp .3 系统仿真模型
) 为了验证上 述 S P V WM算 法 的调速性 能,在 M tb s uik平 台 上 建 立 了 基 于 Uf 控 制 的
aa/i l l m n /图 2 基本 电压空间矢量及导通顺序 SP V WM变频调速系统 .所采用 的仿真模 型框 图如 图 3所 示 .逆 变 器 开 关 状 态 的选 择 及 控 制 方 法 如 一22 ―
维普资讯 http://www.cqvip.com基于 D P的异步电机 w V S F调速系统仿真与实现研究史琴庄圣贤董行健 下 :首先根据式 ( ) 4 ,式( ) 5 ,计算 出 P值 ,对应 查表 1 ,求出 所在扇区和每个 P
WM周期中的 t, ,
作为三角波的周期值 ,与对应 比较值 比 较即可得到输 出脉冲 p m ― w 6 控制 I B
w l pm , G T的导通 与关 断 .
t ,以及 对应 的 比较 值 C p ,C p ,C p ,
值 m l m 2 m 3 图 3 仿 真系统模 型框图 2 系统 设 计 及 实 现 2 1 硬件 设计
.2 2 软 件实现
.系统 软 件 由 主 程 序 和 中 断 服 务 子 程 序 构 成 .
主程序主要完成系统初始化 ,主要有 系统初始化
和软件变量初始化.当 P WM 下溢事件发生或 S I C
接收数据时,向 C U申请 中断 ,如图 5 P 所示.
本 系统采 用 直 一交 电 压 型 变 频 电路 . 主 电路 由滤波 电路及智 能功率模块 IM逆 变 电路 构成 , P
控制部分 以 D P芯片 T S2 L 20 A为核心 ,构
S M 30 F4 7 成了功能齐全的全数字化 Uf / 控制系统.系统结构 如 图 4所示 .
母 线 寄存器 初始化 f 外 设初始化逆 变器 电流检测 M .J 开放定时器中断, I
接 断 S= C收 =转速检 测 /
I 塑圣笙重I 幽
图 4 系统结构框图 系统参数 由上位机通过 R 22接 口传给下位
S3机 .D P负 责采样 各相 电流 , 电压 ,计 算转 速 和位
J 务程序 JL―
――二―J 置,以及在每个 P WM周期采用 S P V WM 算法,计
算下个周期中所需要 的 3个 比较寄存器的 比较值 ,
并送 到 比较 寄存 器 中 ,得 到 P WM 控制 信 号 .输 出 脉冲经过光耦 隔离后 ,控制 功率 开关器件 的导通
和关断 .IM模块 内部带有短路,过流,过压及欠
P 压等 自动保 护功 能,当有 故 障信 号输 出的时候 ,
送到 D P的功率驱动保护中断引脚 P PN A,D P S D IT S 立即将 E A的 P V WM 输 出引脚置为 高阻状态 ,保 护变频器 .
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但在 P WM& 瞬间 ,电流上 升 不稳 定 ,也 不 易 采
开&本 调 速 系 统 试 验 对 象 为 三 相 异 步 电机 . 电机
参 数如 下 :额 定 电压 30V,额 定 电流 28A,额
. 样 .所以采样时刻应该在 P WM周期& 期间的中 开&
部 .S I C 中断程序主要完成上位机与下位机之间通 信 .本 系统采 用 R 4 5点 对 点 通讯 ,并 且 选 用
S一 8定功率 11k .
W,极对 数 2 .电机起 动,制动过程
平稳 ,可在 2H ～ 0H 之 间任意频率稳定运行 ,
滤 波后 采样 相 电流波形 对称 .图 7为 5
0H的相 电流波形 .
地址位多处理器模 式.主要有键盘输 入和显示输 出 .键 盘 输 入 包 括 起 动 ,停 车 ,正 转 ,反 转 ,制 动等.显示输 出主要 包括直 流母 线 电压 ,相 电流
以及转速等.通讯 时,设 置 S I的 S IT 1寄存
C CC L 器的 SE P L E 位为 1 ,进入接收睡眠模式 ,只有探测 到地址 帧才 中 断 .进 入 中 断后 ,将 接 收 到 的 地 址 /I
厂 . ,\ 一/
与本 D P设 置 的地 址 进行 比较,若 相 符 ,则 将
S SE P位设为 0 LE ,继续接收数据块 中剩余 的数据 ,
若不相符 , 则保持 S E P为 1 LE ,等待下一个地址帧 的到来 .
3 仿 真 及 试 验 结 果 为 了验证 上述 S P V WM 算 法 的稳定性 和 模 型参 4 结论 仿 真 和 试 验 结 果 表 明 ,基 于 T 30 F4 7
MS2 L 2 0A数的合理性 ,本仿真系统采用 oe3 d2 变步长法对 图
3 所述模型进行仿真.图6 a ,( ) ( ) b 分别是运行频
z时 的转 速 响 应 波 形 和 电 磁 转 矩 响 应 波
0H 形.由仿真结果可知 ,输 出转矩,输 出转速等都
与理论分析相吻合 ,可以认为在 S P V WM变频调速
系统中参数设定合理.
的 Uf / 变频调速系统充分利用 了 D P的高速运算
S 能力和片 内外设资源 ,使所设计 的变频调速 系统
具有外 围电路少 ,结构简单 ,控制 精度高 ,响应
快等优点 ,可广泛 用于 以异步 电机 驱动 的电气传 动装 置 中.
参考文献 [ ] 陈 伯 时. 电力 拖动 控 制 系 统 [ . 北 京 :中央 电大 出 版
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.18 ,1 -1 4 :9710 . 9 5 A2 ( ) 8―00 作 者 简 介 :史琴 (9 1一),女 ,硕 士 研 究 生 ,研 究 方 向 为
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