基于DSP控制的三电平变频器的研究

　　２．２　恒Ｕ／ｆ控制原理

　　在进行电机调速时，要获得良好的性能指标，须保持磁通量椎ｍ额定不变。如果磁通太弱就没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁芯饱和，过大的励磁电流使绕组过热而损坏电机。

　　三相异步电动机的每相电动势的有效值为

　　要保持磁通量额定不变，变频调速中须维持Ｅ／ｆ＝　常数。但是，电机定子气隙电势难以直接测量、控制。

　　因此，变频器要维持恒磁通，只要使Ｕ与ｆ成比例改变即可。该控制方式简称恒Ｕ／ｆ控制。


　　３　控制策略

　　３．１　系统的控制结构

　　普通变频器一般采用速度开环变压变频控制，如图５所示。

　　该系统采用电压空间矢量调制技术实现变压变频控制，可以由开环给定一个频率值或者由系统中的某一参数和其反馈值经过ＰＩ　调节得到系统的输出频率，通过Ｕ／ｆ曲线得到一个电压值，再由ＳＶＰＷＭ波形发生器产生ＳＶＰＷＭ触发脉冲，这样就可以通过改变功率器件ＩＧＢＴ　的占空比实现对输出电压的控制，通过控制逆变桥的工作周期来控制输出频率。在整个控制系统中，主要包括频率斜坡函数发生器、Ｕ／ｆ函数发生器、电流限制调节器、电压限制调节器、转差补偿、低频阻抗压降补偿、ＰＩ　调节等控制环节。图５中的控制部分主要由数字化来实现，其控制核心由数字化信号处理器（ＤＳＰ）完成。其时钟频率为４０　ＭＨｚ。

　　３．２　ＤＳＰ的选型

　　ＤＳＰ是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的ＤＳＰ指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。

　　为了满足三电平逆变器的控制要求和ＳＶＰＷＭ控制算法运算量大及实时电压、电流检测、分析和计算的特点，结合本系统需要较强的数字信号处理能力和ＤＳＰ应用普及程度，ＤＳＰ选用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ。

　　３．３　系统的软件设计

　　为了获得良好的运行效果，合理地编制控制软件是十分重要的。在软件设计时，为了调试方便，系统软件采用模块化结构，即每一模块完成一定的功能。程序由主程序、ＡＤＣ中断服务子程序、功率驱动保护（ＰＤＰＩＮＴ）中断服务子程序和ＰＷＭ　中断服务子程序组成，其流程图如图６和７所示。

　　主程序的工作主要是完成初始化，并对启动、停止按钮状态及过流过压查询。

　　ＡＤＣ　中断服务子程序的工作是采样电压、电流信号。

　　功率驱动保护（ＰＤＰＩＮＴ）中断服务子程序的工作是封锁ＰＷＭ输出，保护功率器件。

　　ＰＷＭ　中断服务子程序的工作如下：

　　１）确定参考电压矢量的大小和角度，判断矢量属于哪个扇区，大的扇区比较容易判断，只要判断大小就可以确定在哪个大扇区；

　　２）确定参考电压矢量属于哪个小三角形区中；

　　３）根据所在小三角区位置确定该扇区参考电压矢量对应的空间矢量，计算各个对应空间矢量的作用时间；

　　４）再根据电压的比较（采样电压的大小）对控制因子调整，合理分配小矢量的作用时间，合理安排脉冲顺序；

　　５）根据参考电压矢量的幅值确定开关模式；

　　６）根据开关模式把相对应矢量作用时间写入对

　　应的比较寄存器中。

　　４　实验结果

　　根据前面介绍的系统硬件电路和软件控制算法，对制作的原理样机进行了实验研究。实验测试了异步电动机轻载稳态运行情况，以此来检测原理样机的可行性，对实验结果进行了波形记录，如图８、图９、图１０所示。实验用电机的参数如下：额定电压Ｕｎ＝３８０　Ｖ，额定电流Ｉｎ＝　４．８７　Ａ，额定频率ｆ＝５０　Ｈｚ，额定功率Ｐｅ＝２　２００Ｗ。

　　实验过程测试了在不同频率输出时电机的电流，从实验波形可以看出，其输出电流是正弦波，由于采用了死区补偿，即使在低频时，波形的畸变也不大。这和前面分析的理论相一致。但从实验波形也可看出，有谐波产生，产生谐波的原因主要来自以下几个方面：第一，利用ＤＳＰ产生的ＳＶＰＷＭ波形，不能严格保证输出的ＰＷＭ波形的面积与理想中相对应的正弦波面积完全相等；第二，ＳＶＰＷＭ波形控制方法本身不可避免地造成逆变器输出波形有所失真；第三，功率开关器件存在固有的开通与延时时间。