| 北京交通大學(xué) 賴東林,劉志剛,李哲峰,雷 軍 1 引 言 目前,電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)有直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)、永磁無(wú)刷電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。交流電機(jī)以其體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,堅(jiān)固耐用,運(yùn)行可靠,制造成本低和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),以及交流變頻調(diào)速技術(shù)所具有的優(yōu)異調(diào)速性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)能等特點(diǎn),而得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速系統(tǒng)通常采用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM),以控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷。SPWM著眼于使逆變器的輸出電壓盡量接近正弦波,其缺點(diǎn)是電壓利用率低。從電機(jī)的角度出發(fā),SVPWM技術(shù)著眼于如何使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)。SVPWM根據(jù)逆變器的不同開(kāi)關(guān)模式產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)磁通圓。不但能達(dá)到較高的控制性能,而且具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小,噪聲低,電壓利用率高等優(yōu)點(diǎn),因此在調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)采用TMS320LF2407作為控制芯片而產(chǎn)生SVPWM波,以控制逆變器開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷。此外,采用容易實(shí)現(xiàn),且性能較優(yōu)的速度閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制法,以控制游覽車的電機(jī)。 2 SVPWM技術(shù)的原理 2.1 基本電壓空間矢量 圖1示出電動(dòng)游覽車的逆變器主電路。規(guī)定當(dāng)上橋臂的一個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí),開(kāi)關(guān)狀態(tài)為1。此時(shí),相應(yīng)的下橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷;反之亦然,開(kāi)關(guān)狀態(tài)為0。3個(gè)橋臂只有1或0的狀態(tài),因此由3個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)a,b,c可形成000～111的8種開(kāi)關(guān)模式。其中,000和111的開(kāi)關(guān)模式為零狀態(tài),其它6種開(kāi)關(guān)模式可提供有效的輸出電壓�？臻g矢量的基本思想就是用這8種開(kāi)關(guān)模式的組合來(lái)近似電機(jī)的定子電壓。  由上述假定可推導(dǎo)出三相逆變器輸出的線電壓矢量[UAB,UBC,UCA]T與開(kāi)關(guān)狀態(tài)矢量[a,b,c]T的關(guān)系為：  式中 Udc--直流輸入電壓 三相逆變器輸出的相電壓矢量[UA,UB,UC]T與開(kāi)關(guān)狀態(tài)矢量[a,6,c]T的關(guān)系為： 
將開(kāi)關(guān)狀態(tài)矢量a,b,c的8種開(kāi)關(guān)組合代入式(2),可求出UA,UB,UC在8種狀態(tài)下各自對(duì)應(yīng)的電壓,然后把在每種開(kāi)關(guān)模式下的相電壓值代入u=uA+uB+uC就可依次求出8種開(kāi)關(guān)模式下的相電壓矢量和相位角。圖2示出這8個(gè)基本電壓矢量的位置。
上述相電壓值都指三相A,B,C平面坐標(biāo)系中的值．為了計(jì)算方便,在DSP程序計(jì)算中需將其轉(zhuǎn)換到O,α,β平面坐標(biāo)系中。如果選擇在兩個(gè)坐標(biāo)系中,電機(jī)的總功率將保持不變,作為兩個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換原則,則采用下述轉(zhuǎn)換方式：  
根據(jù)式(3)可將前面算出的各開(kāi)關(guān)模式下對(duì)應(yīng)的相電壓轉(zhuǎn)換至O,α,β坐標(biāo)系中的分量。各基本矢量轉(zhuǎn)換至O,α,β坐標(biāo)系后的對(duì)應(yīng)分量如圖2所示。 2.2 磁鏈軌跡的控制 有了含6個(gè)有效矢量和2個(gè)零矢量的這8個(gè)基本電壓空間矢量后,就可根據(jù)這些基本矢量合成盡可能多的電壓矢量,以形成一個(gè)近似圓形的磁場(chǎng)。圖3示出一種電壓空間矢量的線性時(shí)間組合方法。輸出的參考相電壓矢量Uout的幅值代表相電壓的幅值,其旋轉(zhuǎn)角速度就是輸出正弦電壓的角頻率。Uout可由相鄰的兩個(gè)基本電壓矢量Ux和Ux±60的線性時(shí)間組合來(lái)合成,如：   在每一個(gè)TPWM期間都改變相鄰基本矢量的作用時(shí)間,并保證所合成的電壓空間矢量的幅值都相等,因此當(dāng)TPWM取足夠小時(shí),電壓矢量的軌跡是一個(gè)近似圓形的正多邊形。 在合成電壓空間矢量時(shí),由于對(duì)非零矢量Ux和Ux±60的選擇不同,以及零矢量的分割方法也不同,因而會(huì)產(chǎn)生多種電壓空間矢量的PWM波。目前,應(yīng)用較為廣泛的是七段式電壓空間矢量PWM波形,其Ux和Ux±60的選擇順序如圖2所示。 2.3 T1,T2和T0的計(jì)算 根據(jù)式(4),電壓空間矢量Uout可由Ux和Ux±60的線性時(shí)間組合來(lái)得到,則由圖3,且根據(jù)三角正弦定理有： 
由式(5)和式(6)可解得： 
式(7)和式(8)中,TPWM可事先選定;Uout可由U／?曲線確定：θ可由電壓角頻率ω和nTPWM的乘積確定。因此,當(dāng)Ux和Ux±60確定后,就可根據(jù)式(7)和式(8)確定T1和T2。最后再根據(jù)確定的扇區(qū),選出Ux和Yx±60即可。 為了使每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí),開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)次數(shù)最少,需要在TPWM期間插入零矢量的作用時(shí)間,使TPWM=T1+T2+T0。插入零矢量不是集中的加入,而是將零矢量平均分成幾份,多點(diǎn)的插入到磁鏈軌跡中,這不但可使磁鏈的運(yùn)動(dòng)速度平滑,而且還可減少電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 2.4 扇區(qū)號(hào)的確定 將圖2劃分成6個(gè)區(qū)域,成為扇區(qū)。每個(gè)區(qū)域的扇區(qū)號(hào)已在圖中標(biāo)出。確定扇區(qū)號(hào)是非常重要的,因?yàn)橹挥兄繳out位于哪個(gè)扇區(qū),才知道選用哪一對(duì)相鄰的基本電壓空間矢量合成Uout。下面介紹一種確定扇區(qū)號(hào)的方法,即當(dāng)Uout以O(shè),α,β坐標(biāo)系的分量形式Uoutα,Uoutβ給出時(shí),先計(jì)算Uref1=Uβ, |
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