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:ud、uq為旋轉坐標兩相分量,uα、uβ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ui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:
Udc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]
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