基于DSP的最小开关损耗SVPWM算法实现

    李光旭，王晓明

(辽宁工业大学，辽宁锦州121001)

    摘要：给出一种基于DSP的最小开关损耗SVPWM快速算法。其采用Chebyshev多项式计算三角函数，提高了运算精度；采用零矢量象限间交错分布的优化策略，以减小开关次数，降低开关电流。实验结果表明：该方法实现了优化控制，降低了开关损耗。

    关键词：电机控制；SVPWM；优化；开关损耗；DSP

    中图分类号：TM34  文献标识码：A  文章编号：1004—7018(2008)08—0029—03

0引言

    SVPWM控制技术以其控制简单、电压利用率高(比SPWM高百分之15.47)、电流波形畸变小、转矩脉动低等优点，一经问世就在交流电机调速方面得到了广泛应用。如今，在电力机车系统等大容量高电压领域的应用中，对控制质量和降低开关器件损耗方面都有更高要求。因此，进一步改善控制算法，保证控制精度，提高控制效能将具有广泛的应用价值。

1 SVPWM原理及优化策略

    文献[1]阐述了三相逆变器中6个开关管合成8种开关模式的原理。如果规定：三相双桥逆变器上桥臂开，下桥臂关时为状态“1”；下桥臂开，上桥臂关时为状态“0”，则本文中所选电压空间组合方案如图1所示。其中，6个非零基本矢量将矢量坐标平面分成6个扇区，两个零矢量(111或000)垂直于坐标平面。对于任意待调制的电压矢量，通过选择合适的开关状态(两个相邻基本矢量与零矢量的组合)，调节其开关频率，使其平均电压矢量的合成与待调制电压矢量相等。文献[1，2]分别给出了基于连续脉宽调制原则的两种SVPWM实现方法。

    文献[3]介绍了一种不连续的脉宽调制方法。它指出，以高频载波组成的PWM逆变系统中，各种以SVPWM为基础的调制方法在电压利用率方面基本上是一致的。但在降低开关损耗方面，通过零矢量的分配，即可改变其相电压的调制函数，从而得到以降低开关次数和开关损耗为显著特点的优化策略。观察图1中电压矢量组合方式可以发现，任意相邻三个基本矢量状态都有且仅有一位相同。因此，如果在三个相邻基本矢量所夹扇区内固定选用一个适当的零矢量(111或000)，可使逆变器每一相在一个周期内有连续120^。的扇区不开关。从而在采样周期不变的前提下，可使开关总次数减少1／3。

    采用这种分配零矢量的方案有很多种。本文采用在每个扇区的中线作为零矢量选用的切换点，即构成了对称的两个互差180^。、60。宽的连续不开关区域。图1中，分界线a、b、c分别为第Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ象限的中线。a与b之间60^。扇形区域采用固定零矢量(111)，记作k=1。与此相邻的6、c之间区域采用固定零矢量(000)，记作k=0，依次将空间矢量圆

的2／3，而且使电压关断时间落在逆变器导通电流较大时刻，这样就有效减小了功率器件的开关电流，进一步使开关损耗降低。

2最小开关损耗SVPwM的DsP控制算法

2.1矢量作用时间计算

    首先，由Park^-1变换将两相旋转矢量变换成两相静止矢量，变换矩阵为：

式中：u_d、u_q为旋转坐标两相分量，u_α、u_β为静止坐标两相分量，θ∈[-π,π)为矢量旋转角度。

    假设待调制电压矢量落人扇区N，如图2所示。令u_i表示标号为i的基本矢量分量的幅值，T为PwM调制波半周期。依据伏秒平衡原则与时间总和恒定原则，得：

U_dc表示直流母线电压，t₁、t₂为工作电压作用时间，t₀为零矢量作用时间，i∈[-3，2)。将式(3)代人式(2)，令方程两边的实部、虚部相等，可求出待调制电压空间矢量的作用时间t₁和t₂：

2．2用chebyshev展开式计算三角函数^[4-5]

    由上述可以看出，矢量作用时间的计算主要