采用68HC908MR16單片機(jī)的空間矢量控制變頻電源設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于空間矢量PWM算法的變頻電源的實(shí)現(xiàn)方式。系統(tǒng)采用MOTOROLA公司的電機(jī)控制專用芯片68HC908MR16，通過(guò)PI調(diào)節(jié)將直流電逆變成頻率可調(diào)的三相正弦波交流電，同時(shí)利用串行通信實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)顯示和參數(shù)修改。 關(guān)鍵詞：空間矢量；脈寬調(diào)制；變頻器；專用芯片MR16
0 引言隨著拖動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展以及大功率電力電子器件的不斷更新，交流異步電機(jī)V/f控制PWM變頻電源在工業(yè)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。傳統(tǒng)的SPWM變頻調(diào)速技術(shù)理論成熟，原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但其逆變器輸出線電壓的幅值最大值僅為0.866U_d，直流側(cè)電壓利用率較低；而采用空間矢量PWM(SVPWM)算法可使逆變器輸出線電壓幅值最大值達(dá)到U_d，較SPWM調(diào)制方式提高了15％，且在同樣的載波頻率下，采用SVPWM控制方式的逆變器開(kāi)關(guān)次數(shù)少，降低了開(kāi)關(guān)損耗。為此，本文運(yùn)用SVPWM算法，將逆變器和電機(jī)作為整體考慮，并綜合三相電壓，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算，利用MR16單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的恒磁通變頻調(diào)速控制。

1 空間矢量PWM基本工作原理

圖1所示為三相電壓型逆變器的工作原理圖，它由6個(gè)開(kāi)關(guān)器件組成。逆變器輸出的空間電壓矢量為

（1）

根據(jù)同一橋臂的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件不能同時(shí)導(dǎo)通的原則，其三相橋臂開(kāi)與關(guān)可以有8種狀態(tài)。在這8種開(kāi)關(guān)模式中，有6種開(kāi)關(guān)模式輸出電壓，在三相電機(jī)中形成相應(yīng)的6個(gè)磁鏈?zhǔn)噶?，另?種開(kāi)關(guān)模式不輸出電壓，不形成磁鏈?zhǔn)噶?，稱之為零矢量。各種狀態(tài)形成的矢量在空間坐標(biāo)系中的位置關(guān)系如圖2所示。括號(hào)內(nèi)的二進(jìn)制數(shù)依相序A，B，C表示開(kāi)關(guān)的不同狀態(tài)，“1”表示上橋臂功率器件導(dǎo)通，下橋臂器件關(guān)閉；“0”表示的工作狀態(tài)與此相反。任意一個(gè)電壓空間矢量的幅值和旋轉(zhuǎn)角度都表示此刻輸出PWM波的基波幅值及頻率大小，它的相位則表示不同的脈沖開(kāi)關(guān)時(shí)刻。因此，三相橋式逆變器的目標(biāo)就是利用這8種基本矢量的時(shí)間組合，去近似模擬合成這樣一個(gè)磁鏈圓。

圖1 電壓型逆變器原理圖

圖2 逆變器輸出電壓空間矢量

通常將一個(gè)圓周期6等份，并習(xí)慣地稱之為扇區(qū)。每一扇區(qū)又可繼續(xù)劃分為任意的m個(gè)小等份。當(dāng)理想電壓矢量位于任一扇區(qū)之中時(shí)（如圖2所示），就用該扇區(qū)的兩個(gè)邊界矢量和兩個(gè)零矢量去合成該矢量，例如：當(dāng)理想電壓矢量處于第一扇區(qū)時(shí)就由和兩個(gè)非零矢量以及零矢量合成，其他扇區(qū)依此類推。假設(shè)理想電壓矢量位于圖3所示的位置，依據(jù)正弦定理可以得到式（2）—式（4）。

(0θπ/3) （2）

（3）

t₀=T_s－t₁－t₂ （4）

式中：U_s為逆變器輸出電壓矢量的幅值；

U₁為非零矢量的幅值；

U₂為非零矢量的幅值；