電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實踐電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實踐上篇 1. 脈沖寬度調(diào)制 2. 正弦波脈寬調(diào)制 3. 信號濾波 4. 反饋控制 5. 坐標(biāo)變換 6. 空間電壓矢量脈寬調(diào)制

下篇 7. 電力電子技術(shù)的PLECS仿真實驗 8. 電力電子技術(shù)的實驗箱實驗 電力電子控制技術(shù)基礎(chǔ)與實踐6. 空間電壓矢量脈寬調(diào)制

6.1 空間電壓矢量PWM信號 6.2 SVPWM的算法分析6.3 SVPWM的算法實現(xiàn)6.4 微控制器的SVPWM實現(xiàn)6.1 空間電壓矢量PWM信號（1）原理空間電壓矢量PWM（SpaceVoltageVectorPWM，SVPWM）SVPWM的理論基礎(chǔ)是平均值等效原理，即在一個開關(guān)周期內(nèi)通過對基本電壓矢量加以組合，使其平均值與給定電壓矢量相等。圖6-1三相電壓波形和合成電壓矢量圖6.1 空間電壓矢量PWM信號（2）坐標(biāo)變換假設(shè)一個三相交流電壓，其幅值為Um，角頻率ω，各相電壓相差120o，可以通過Clark變換，將其分解成兩相坐標(biāo)系的電壓uα、uβ。等幅值變換等功率變換6.1 空間電壓矢量PWM信號（3）電壓合成定義開關(guān)函數(shù)開關(guān)狀態(tài)與相電壓、線電壓對應(yīng)關(guān)系合成每個扇區(qū)內(nèi)的任意電壓矢量表6-1開關(guān)狀態(tài)與相電壓、線電壓對應(yīng)關(guān)系6.2 SVPWM的算法分析6.2.1合成電壓分解以第一扇區(qū)為例，U4為起始電壓，T4為U4的作用時間，T6為U6的作用時間，Ts為開關(guān)周期，Uref(t)的幅值為Uref，相角θ，將Uref(t)正交方向分解得作用時間m為SVPWM的調(diào)制系數(shù)要求Uref(t)的幅值恒定且不失真，Uref(t)幅值取最大值時的軌跡為正六邊形的內(nèi)切圓

，此時m=1，故m≤1。6.2 SVPWM的算法分析6.2.27段式SVPWM7段式SVPWM也稱連續(xù)SVPWM（CVSVPWM）基本電壓矢量作用順序的分配原則選定為：在每次開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，只改變其中一相的開關(guān)狀態(tài)。并且對零電壓矢量在時間上進(jìn)行平均分配空間電壓矢量與開關(guān)函數(shù)的波形圖6.2 SVPWM的算法分析6.2.35段式SVPWM5段式SVPWM也稱為離散型SVPWM，DSVPWM為了進(jìn)一步減少開關(guān)次數(shù)，一相的開關(guān)在某單個扇區(qū)中狀態(tài)維持不變，使得每個開關(guān)周期只有4次開關(guān)切換，形成5段式SVPWM，但是輸出會增大諧波含量。根據(jù)零電壓矢量位置的變化，DSVPWM有兩種調(diào)制方案。第一種方案：120o不連續(xù)調(diào)制，又包含兩種，DPWMMIN和DPWMMAX。第二種方案：60o不連續(xù)調(diào)制，又包含多種，如DPWM0、DPWM1、DPWM2等。60°不連續(xù)調(diào)制中，交替放置連續(xù)60°段的零電壓矢量。這種方式，DPWM1在的每個扇區(qū)將零電壓矢量固定在正、負(fù)直流母線上，適用于阻性負(fù)載，使用較多。6.2 SVPWM的算法分析6.2.4SVPWM的波形分析圖6-4各種不同SVPWM的顯化調(diào)制波形圖6.2 SVPWM的算法分析6.2.4SVPWM的波形分析注入的零序分量波形，對于7段SVPWM算法，也是周期波形，注入信號電壓合成波形為馬鞍波。6.2 SVPWM的算法分析6.2.5比較計數(shù)器值的計算以下以第一扇區(qū)為例分析計數(shù)器值的計算方法T4記為Tx，T6記為Ty，PWM的開關(guān)周期Ts，三個時間的計數(shù)值為Ntx、Nty、Nts。時間關(guān)系得到PWM比較寄存器的計數(shù)值6.2 SVPWM的算法分析6.2.5比較計數(shù)器值的計算PWM比較方式也可以用反三角，正三角和反三角計數(shù)二者對應(yīng)的三角載波差180度。以第一扇區(qū)為例，由Ntmin、Ntmid、Ntmax計算出PWM寄存器的計數(shù)值表格。PWM比較計數(shù)器的計數(shù)值CMP1~CMP3，7段SVPWM按照開關(guān)函數(shù)的波形圖直接列出表格6.3 SVPWM的算法實現(xiàn)6.3.1以兩相電壓為基礎(chǔ)的實現(xiàn)（1）用兩相電壓判斷扇區(qū)N的計算在三相坐標(biāo)平面上分析，決定扇區(qū)的基本變量有幾條通過原點的直線段。取其中3條線性無關(guān)的直線方程將空間電壓矢量平面分成6個分區(qū)，就可以確定合成電壓矢量在哪個扇區(qū)。令（N=4C+2B+A）

或（N=4A+2B+C）計算扇區(qū)N6.3 SVPWM的算法實現(xiàn)6.3.1以兩相電壓為基礎(chǔ)的實現(xiàn)（2）用兩相電壓計算基本電壓矢量的作用時間在第一扇區(qū)可以推出以下等式各扇區(qū)電壓矢量的作用時間與（KU1、KU2）關(guān)系6.3 SVPWM的算法實現(xiàn)6.3.1以兩相電壓為基礎(chǔ)的實現(xiàn)（3）比較計數(shù)器值的計算第1扇區(qū)從第1扇區(qū)推廣至其他扇區(qū)，每個扇區(qū)3個比較計數(shù)器的計數(shù)值。6.3 SVPWM的算法實現(xiàn)6.3.2以相角和模為基礎(chǔ)的實現(xiàn)（1）使用相角判斷的扇區(qū)數(shù)直接用uα和uβ取反正切（atan2）計算出合成相量的角度（2）用相角和模計算基本電壓矢量的作用時間（3）比較計數(shù)器計數(shù)值的計算扇區(qū)上橋臂開關(guān)（S1,S3,S5）下橋臂開關(guān)（S4,S6,S2）扇區(qū)上橋臂開關(guān)（S1,S3,S5）下橋臂開關(guān)（S4,S6,S2）1S1=T1+T2+T0/2S3=T2+T0/2S5=T0/2S4=T0/2S6=T1+T0/2S2=T1+T2+T0/24S1=T0/2S3=T1+T0/2S5=T1+T2+T0/2S4=T1+T2+T0/2S6=T2+T0/2S2=T0/22S1=T1+T0/2S3=T1+T2+T0/2S5=T0/2S4=T2+T0/2S6=T0/2S2=T1+T2+T0/25S1=T2+T0/2S3=T0/2S5=T1+T2+T0/2S4=T1+T0/2S6=T1+T2+T0/2S2=T0/23S1=T0/2S3=T1+T2+T0/2S5=T2+T0/2S4=T1+T2+T0/2S6=T0/2S2=T1+T0/26S1=T1+T2+T0/2S3=T0/2S5=T1+T0/2S4=T0/2S6=T1+T2+T0/2S2=T2+T0/26.4 微控制器的SVPWM實現(xiàn)6.4.1STM32F407用相角計算實現(xiàn)SVPWM微控制器系統(tǒng)時鐘頻率clock168MHz，將APB1timerclock和APB2timerclock設(shè)置為系統(tǒng)頻率clock/2。選TIM8作為互補(bǔ)的PWM發(fā)生器，無預(yù)分頻。選TIM2作為中斷發(fā)生定時器，無預(yù)分頻，計數(shù)脈沖ARR_value設(shè)置16800，自動重裝載，中斷開關(guān)頻率5kHz。步進(jìn)角度=360/（5kHz/50Hz）=3.6°，運(yùn)行一周需要0.02s。程序在time_calculate(void)函數(shù)中計算T1、T2、T0。在tim.c中設(shè)置外部變量ARR_value，可以在主程序中修改ARR_value的值，TIM8的周期改變。DAC、GPIO等配置可以用STM32Cube-IDE完成。程序（略）6.4 微控制器的SVPWM實現(xiàn)6.4.1STM32F407用相角計算實現(xiàn)SVPWM實驗圖6-11測得DAC的CH1和CH2輸出波形圖圖6-13CH2N通道脈沖和DAC1輸出測試波形圖6.4 微控制器的SVPWM實現(xiàn)6.4.2STM32F407用FPU單元計算SPWM信號啟用STM32F407中的浮點運(yùn)算FPU單元和DSP指令集開發(fā)環(huán)境設(shè)置方法：修改全局宏定義__FPU_USED、__TARGET_FPU_VFP、__FPU_PRESENT、ARM_MATH_CM4floatPI=3.14159語句可以使用arm_math.h中的定義。1.Va=MI*arm_sin_f32(theta1*PI/180)/2;2.Vb=MI*arm_sin_f32(theta3*PI/180)/2;3.Vc=MI*arm_sin_f32(theta2*PI/180)/2;將幅值計算語句spc_mag=sqrt(pow(Valpha,2)+pow(Vbeta,2));用以下語句代替，即：1.floatsqr_spc_mag=pow(Valpha,2)+pow(Vbeta,2);2.arm_sqrt_f32(sqr_spc_mag,&spc_mag);6.4 微控制器的SVPWM實現(xiàn)6.4.3STM32F407用兩相電壓計算實現(xiàn)SVPWM編寫用兩相電壓計算扇區(qū)數(shù)和作用時間的函數(shù)，sector_idn2()函數(shù)和time_calculate2()函數(shù)程序（略）實驗圖6-16測量兩個DAC通道波形圖圖6-17用串口顯示波形和扇區(qū)號波形圖6.4 微控制器的SVPWM實現(xiàn)6.4.4基于FOC的SVPWM的電機(jī)控制采用FOC控制電機(jī)時，需要產(chǎn)生S