1 引言
pwm控制技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展為整流器性能的改進(jìn)提供了變革性的思路和手段，結(jié)合了pwm控制技術(shù)的新型整流器稱為pwm整流器?？臻g電壓矢量pwm控制策略是依據(jù)變流器空間電壓矢量來(lái)控制變流器的一種新穎思路的控制策略，最早由日本學(xué)者在20世紀(jì)80年代初針對(duì)交流電動(dòng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)而提出的，目前已成為電壓源型pwm整流器（vsr）控制研究的熱點(diǎn)[1]。
在分析了電壓空間矢量控制原理的基礎(chǔ)上，提出一種便于數(shù)字實(shí)現(xiàn)的控制算法，采用輸入電壓空間矢量定向，直接計(jì)算空間電壓矢量的位置和作用時(shí)間，從而大大簡(jiǎn)化了計(jì)算，并利用數(shù)字處理器（dsp）實(shí)現(xiàn)了三相pwm 整流器空間矢量的全數(shù)字控制,得出了最終實(shí)驗(yàn)波形。
2 電壓空間矢量控制的基本原理
電壓源型三相pwm整流器如圖1所示。
圖1 pwm整流電路結(jié)構(gòu)
三相整流電路由6個(gè)igbt構(gòu)成。設(shè)電網(wǎng)電壓三相對(duì)稱:
（1）
設(shè)合成電壓矢量為:
（2）
開(kāi)關(guān)函數(shù)sk定義為：
sk=1 上橋臂igbt導(dǎo)通；
下橋臂igbt截止。
sk=0 上橋臂igbt截止；
下橋臂igbt導(dǎo)通。
k=a,b,c。
根據(jù)以上定義，共有8種工作狀態(tài)：(000)、(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)、(111)，即v0～v7。8種開(kāi)關(guān)狀態(tài)依次帶入式（2），可得到模為2/3vdc，相位依次相差
的6個(gè)非零矢量v0～v5和兩個(gè)零矢量v6，v7。電壓空間矢量的分布位置如圖2所示?？臻g矢量pwm控制就是通過(guò)分配電壓空間矢量（尤其是零矢量）的作用時(shí)間，最終形成等幅不等寬的pwm脈沖波，實(shí)現(xiàn)追蹤磁通的圓形軌跡[2]。
以圖2所示v*矢量所處位置為例,產(chǎn)生pwm輸出的一個(gè)簡(jiǎn)便方式就是利用扇區(qū)1的相鄰矢量v4和v6,使其各自工作部分時(shí)間,從而使平均輸出滿足參考矢量的要求[3]。
圖2 電壓空間矢量分布
3 電壓空間矢量的簡(jiǎn)化算法
為避免傳統(tǒng)算法中的反正切計(jì)算，采用了一種電壓空間矢量的簡(jiǎn)化算法，可直接采用參考電壓來(lái)判斷扇區(qū)和作用時(shí)間。
3.1 扇區(qū)的確定
為計(jì)算電壓合成空間矢量的區(qū)間號(hào)（sector=1,2……6），定義一種新的二相到三相的變換，其中uα、uβ為空間矢量v*在α，β軸上的坐標(biāo)值。
若： va>0，則a=1，否則a=0；
vb>0，則b=1，否則b=0；
vc>0，則c=1，否則c=0。
設(shè)sector=a+2b+4c
當(dāng)sector=3，則v*位于圖3所示的ⅰ扇區(qū)；
sector=1，則v*位于圖3所示的ⅱ扇區(qū)；
sector=5，則v*位于圖3所示的ⅲ扇區(qū)；
sector=4，則v*位于圖3所示的ⅳ扇區(qū)；
sector=6，則v*位于圖3所示的ⅴ扇區(qū)；
sector=2，則v*位于圖3所示的ⅵ扇區(qū)。
3.2 開(kāi)關(guān)矢量及其作用時(shí)間的確定
為保證系統(tǒng)在各種情況下，每次切換都只涉及一只開(kāi)關(guān)，電壓空間矢量采用七段空間矢量合成方式：每個(gè)矢量均以（000）開(kāi)始和結(jié)束，中間零矢量為（111），非零矢量保證每次只切換一只開(kāi)關(guān)，見(jiàn)表1所列。由于后三段的矢量及其作用時(shí)間與前三段時(shí)間對(duì)中間零矢量（111）對(duì)稱，為簡(jiǎn)化計(jì)算，表1中沒(méi)有列入后三段矢量[2]。
根據(jù)參考電壓，可直接計(jì)算空間矢量在各扇區(qū)的工作時(shí)間。以圖2所示位置為例，參考電壓v*由其所在扇區(qū)的兩個(gè)相鄰矢量v4，v6合成。
其中ts為開(kāi)關(guān)周期，vdc為直流側(cè)電壓矢量。在其余各扇區(qū)均有此類似關(guān)系。根據(jù)以上關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)歸納，t1，t2可通過(guò)下面計(jì)算形式并結(jié)合合成電壓矢量所在扇區(qū)進(jìn)行判斷。
電壓矢量的作用時(shí)間按扇區(qū)號(hào)分配如表2。
4 基于dsp的軟件實(shí)現(xiàn)
在分析了電壓空間矢量的基本原理及簡(jiǎn)化算法的基礎(chǔ)上，采用ti公司的32位高性能數(shù)字信號(hào)處理器tms320f2812為控制核心，實(shí)現(xiàn)了三相pwm整流器的全數(shù)字化控制。
系統(tǒng)采用了直流電壓外環(huán)和輸入電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方式。其中電壓外環(huán)保證直流輸出電壓的穩(wěn)定，輸入電流內(nèi)環(huán)用于提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)。采集的反饋信號(hào)有輸入線電壓uab、ubc，輸入相電流ia、ib，網(wǎng)壓頻率f和直流母線電壓vdc。
系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖3，直流輸出電壓給定信號(hào)
和實(shí)際直流電壓vdc比較后的誤差信號(hào)送入pi調(diào)節(jié)器，pi調(diào)節(jié)器的輸出即為交流側(cè)電流d軸分量指令值
，為使交流側(cè)無(wú)功功率為零，取q軸指令值
，與實(shí)際反饋比較得到電流誤差，對(duì)電流誤差進(jìn)行pi調(diào)節(jié)，用以減緩電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的突變。然后再與交流側(cè)電壓的空間矢量進(jìn)行比較控制，得到參考矢量v*，再通過(guò)svpwm調(diào)制算法，即可生成相應(yīng)6路驅(qū)動(dòng)脈沖控制三相脈沖整流器igbt的通斷。
圖3 三相pwm整流器控制結(jié)構(gòu)圖
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
基于以上分析,主電路igbt采用eupec公司200a/600v的低損耗igbt模塊bsm200gb60dlc，交流側(cè)輸入電壓為三相交流167v，頻率50hz。主回路電感2.25mh，直流側(cè)電容4400μf，直流側(cè)電壓vdc=300v。開(kāi)關(guān)頻率為6khz?？刂齐娐凡捎胻i公司的32位高性能數(shù)字信號(hào)處理器tms320f2812為主控芯片。
電壓電流波形如圖4所示。
圖4 整流時(shí)網(wǎng)側(cè)電壓、電流波形
ch1：b相電壓波形；
ch2：b相電流波形；
ch3：a相電壓波形；
ch4：a相電流波形。
備注：由于系統(tǒng)以逆變電流方向?yàn)檎虼苏鲿r(shí)電壓與電流相位互差180°。
6 結(jié)束語(yǔ)
本文提出了一種便于數(shù)字實(shí)現(xiàn)的三相pwm整流器的控制算法，大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明此控制算法的有效性。從波形可以看到，穩(wěn)態(tài)時(shí)三相電壓型pwm整流器交流側(cè)電流為正弦波且基本與電網(wǎng)電壓同相位，功率因數(shù)接近于1。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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