基于DSP的最小開關損耗SVPWM算法實現

    李光旭，王曉明

(遼寧工業大學，遼寧錦州121001)

    摘要：給出一種基于DSP的最小開關損耗SVPWM快速算法。其采用Chebyshev多項式計算三角函數，提高了運算精度；采用零矢量象限間交錯分布的優化策略，以減小開關次數，降低開關電流。實驗結果表明：該方法實現了優化控制，降低了開關損耗。

    關鍵詞：電機控制；SVPWM；優化；開關損耗；DSP

    中圖分類號：TM34  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)08—0029—03

0引言

    SVPWM控制技術以其控制簡單、電壓利用率高(比SPWM高百分之15.47)、電流波形畸變小、轉矩脈動低等優點，一經問世就在交流電機調速方面得到了廣泛應用。如今，在電力機車系統等大容量高電壓領域的應用中，對控制質量和降低開關器件損耗方面都有更高要求。因此，進一步改善控制算法，保證控制精度，提高控制效能將具有廣泛的應用價值。

1 SVPWM原理及優化策略

    文獻[1]闡述了三相逆變器中6個開關管合成8種開關模式的原理。如果規定：三相雙橋逆變器上橋臂開，下橋臂關時為狀態“1”；下橋臂開，上橋臂關時為狀態“0”，則本文中所選電壓空間組合方案如圖1所示。其中，6個非零基本矢量將矢量坐標平面分成6個扇區，兩個零矢量(111或000)垂直于坐標平面。對于任意待調制的電壓矢量，通過選擇合適的開關狀態(兩個相鄰基本矢量與零矢量的組合)，調節其開關頻率，使其平均電壓矢量的合成與待調制電壓矢量相等。文獻[1，2]分別給出了基于連續脈寬調制原則的兩種SVPWM實現方法。

    文獻[3]介紹了一種不連續的脈寬調制方法。它指出，以高頻載波組成的PWM逆變系統中，各種以SVPWM為基礎的調制方法在電壓利用率方面基本上是一致的。但在降低開關損耗方面，通過零矢量的分配，即可改變其相電壓的調制函數，從而得到以降低開關次數和開關損耗為顯著特點的優化策略。觀察圖1中電壓矢量組合方式可以發現，任意相鄰三個基本矢量狀態都有且僅有一位相同。因此，如果在三個相鄰基本矢量所夾扇區內固定選用一個適當的零矢量(111或000)，可使逆變器每一相在一個周期內有連續120^。的扇區不開關。從而在采樣周期不變的前提下，可使開關總次數減少1／3。

    采用這種分配零矢量的方案有很多種。本文采用在每個扇區的中線作為零矢量選用的切換點，即構成了對稱的兩個互差180^。、60。寬的連續不開關區域。圖1中，分界線a、b、c分別為第Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ象限的中線。a與b之間60^。扇形區域采用固定零矢量(111)，記作k=1。與此相鄰的6、c之間區域采用固定零矢量(000)，記作k=0，依次將空間矢量圓

的2／3，而且使電壓關斷時間落在逆變器導通電流較大時刻，這樣就有效減小了功率器件的開關電流，進一步使開關損耗降低。

2最小開關損耗SVPwM的DsP控制算法

2.1矢量作用時間計算

    首先，由Park^-1變換將兩相旋轉矢量變換成兩相靜止矢量，變換矩陣為：

式中：u_d、u_q為旋轉坐標兩相分量，u_α、u_β為靜止坐標兩相分量，θ∈[-π,π)為矢量旋轉角度。

    假設待調制電壓矢量落人扇區N，如圖2所示。令u_i表示標號為i的基本矢量分量的幅值，T為PwM調制波半周期。依據伏秒平衡原則與時間總和恒定原則，得：

U_dc表示直流母線電壓，t₁、t₂為工作電壓作用時間，t₀為零矢量作用時間，i∈[-3，2)。將式(3)代人式(2)，令方程兩邊的實部、虛部相等，可求出待調制電壓空間矢量的作用時間t₁和t₂：

2．2用chebyshev展開式計算三角函數^[4-5]

    由上述可以看出，矢量作用時間的計算主要