SVPWM技术在电动游览车中的应用
北京交通大学 赖东林,刘志刚,李哲峰,雷 军
1 引 言
目前,电动汽车的驱动有直流电机、交流感应电机、永磁无刷电机和开关磁阻电机。交流电机以其体积小,结构简单,坚固耐用,运行可靠,制造成本低和易于维护等优点,以及交流变频调速技术所具有的优异调速性能、高效率、高功率因数和节能等特点,而得到了广泛的应用。变频调速系统通常采用正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM),以控制功率开关器件的通断。SPWM着眼于使逆变器的输出电压尽量接近正弦波,其缺点是电压利用率低。从电机的角度出发,SVPWM技术着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形磁场。SVPWM根据逆变器的不同开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆。不但能达到较高的控制性能,而且具有转矩脉动小,噪声低,电压利用率高等优点,因此在调速系统中得到了广泛的应用。该系统采用TMS320LF2407作为控制芯片而产生SVPWM波,以控制逆变器开关管的导通和关断。此外,采用容易实现,且性能较优的速度闭环转差频率控制法,以控制游览车的电机。
2 SVPWM技术的原理
2.1 基本电压空间矢量
图1示出电动游览车的逆变器主电路。规定当上桥臂的一个开关管导通时,开关状态为1。此时,相应的下桥臂开关管关断;反之亦然,开关状态为0。3个桥臂只有1或0的状态,因此由3个桥臂的开关状态a,b,c可形成000～111的8种开关模式。其中,000和111的开关模式为零状态,其它6种开关模式可提供有效的输出电压。空间矢量的基本思想就是用这8种开关模式的组合来近似电机的定子电压。
由上述假定可推导出三相逆变器输出的线电压矢量[UAB,UBC,UCA]T与开关状态矢量[a,b,c]T的关系为：
式中 Udc--直流输入电压
三相逆变器输出的相电压矢量[UA,UB,UC]T与开关状态矢量[a,6,c]T的关系为：
将开关状态矢量a,b,c的8种开关组合代入式(2),可求出UA,UB,UC在8种状态下各自对应的电压,然后把在每种开关模式下的相电压值代入u=uA+uB+uC就可依次求出8种开关模式下的相电压矢量和相位角。图2示出这8个基本电压矢量的位置。
上述相电压值都指三相A,B,C平面坐标系中的值．为了计算方便,在DSP程序计算中需将其转换到O,α,β平面坐标系中。如果选择在两个坐标系中,电机的总功率将保持不变,作为两个坐标系的转换原则,则采用下述转换方式：
根据式(3)可将前面算出的各开关模式下对应的相电压转换至O,α,β坐标系中的分量。各基本矢量转换至O,α,β坐标系后的对应分量如图2所示。
2.2 磁链轨迹的控制
有了含6个有效矢量和2个零矢量的这8个基本电压空间矢量后,就可根据这些基本矢量合成尽可能多的电压矢量,以形成一个近似圆形的磁场。图3示出一种电压空间矢量的线性时间组合方法。输出的参考相电压矢量Uout的幅值代表相电压的幅值,其旋转角速度就是输出正弦电压的角频率。Uout可由相邻的两个基本电压矢量Ux和Ux±60的线性时间组合来合成,如：
在每一个TPWM期间都改变相邻基本矢量的作用时间,并保证所合成的电压空间矢量的幅值都相等,因此当TPWM取足够小时,电压矢量的轨迹是一个近似圆形的正多边形。
