1小序

比年来，在高性能全部字控制的电气传动体系中，作为电力电子逆变技能的关键，PWM技能从最初寻求电压波形正弦，到电流波形正弦，再到磁通的正弦，获取了突飞大进的生长［1］。在浩繁正弦脉宽调制技能中，空间电压矢量PWM（或称SVPWM）是一种优化的PWM技能，能明显减小逆变器输出电流的谐波因素及电机的谐波斲丧，低落脉动转矩，且其控制大略，数字化实现方便，电压利用率高，已有代替传统SPWM的趋势。本文对空间电压矢量PWM的原理举行了深入阐发，重点推导了每一扇区开关矢量的导通时间，并在TI公司生产的DSP上实现三相逆变器的控制，证明白阐发的精确和可行性。

2　空间电压矢量PWM原理

图1为三相电压源逆变器表示图，Sa、Sb、Sc为逆变器桥臂的开关，此中任一桥臂的上下开关组件在任临时候不克不及同时导通。不思量去世区时，上下桥臂开关互逆。将桥臂输入点a、b、c的开关状态用下面的开关函数表现：

Sk＝1（桥臂k，上桥臂导通，下桥臂关断）；Sk＝0（桥臂k，上桥臂关断，下桥臂导通）。　　由a、b、c的差别的开关组合，可以有23＝8个开关矢量（Sa Sb Sc），即V0（000）～V7（111），此中有六个有效开关矢量V1～V6和两个零开关矢量V0和V7。利用V0～V78个矢量的线性组合可以雷同模仿等幅旋转向量，由磁链和电压间大略的得分干系，可知此时实际的电机气隙磁通轨迹靠近圆形。图2为SVPWM矢量、扇区及每个扇区开关方向图。按图2，有表1所示扇区号与k的干系。

此中k为以a轴为出发点，以π/3为单位，逆时针方向分列的序号，若θ为矢量与α轴夹角，则有

SVPWM技能的目标是通过合成与根本矢量相应的开关状态，得到参考电压Uout。对付恣意小的时间周期T，逆变器输出均匀值与Uout均匀值相称，如式（3）所示：

此中Tx、Tx＋60（或Tx－60）分别为一个周期内，开关状态Ux、Ux＋60（或Ux－60）映射的作用时间，Ux与Ux＋60（或Ux－60）是合成Uout的根本空间矢量。要是假定在很小的时间T内参考电压Uout的变革很小，则式（3）可以变为式（4）：

在一个完备的调制周期T内，除了Tx和Tx±60的导通时间，别的为零矢量O000和O111作用时间（零状态时间）T0，当作用时间相称时，直流利用率可以大大进步，故可将（4）式表现为（5）式：

根据三相体系向两相体系更改保持幅值稳固的原则，定子电压的空间矢量可以表现为：Us＝

式中，Vdc为逆变器的直流母线电压，而两个零矢量则用O000和O111表现，着实际值为0。

思量到在详细实现SVPWM时，零状态存在于每一个地区中，一样平常每个调制周期均以O000开始，同时为淘汰开关斲丧，相邻两个作用矢量只有一个开关量变革，即（Sa Sb Sc）中只有一个变革，故在O000之后应将U0、U120、U240选作作用矢量，即在每个扇区中非零矢量的作用次序如图2所示。同时，细致到相反方向的两个矢量（即空间上相差180°的两个矢量，如U60与U240），其开关量（110）与（001）完全互补，故我们可以通过谋略0～180°范畴内（即3、1、5扇区）每个矢量的作用时间推出180°～360°矢量作用时间，进而谋略出全部扇区的矢量作用时间。
当k＝1时，相应的电压矢量为U0和U60，由（7）式知：

3　开关矢量开关时间的谋略

由上述阐发，我们可以画出如图3所示的开关矢量开关时间谋略图［3］，图3是k＝1时开关时间谋略图，细致到为使谋略方便，坐标系如图3定义：

其 中Ui——线电压有效值；
Up——相电压有效值；
　　Λ——每相磁链有效值；
Upm——相电压幅值。
代入式（10），可得：

综合以上三式，可得出k＝1、2、3时一个周期内两个相邻矢量的作用时间：

由前面的阐发可知，k＝4、5、6时一个周期内相应矢量的作用时间分别与k＝1、2、3时作用矢量次序相反而时间值相称，即

式（14）、（15）构成了SVPWM中各扇区相应电压矢量的作用时间表达式，本文背面的软件实现中将直接利用该结果。

4　基于TMS320F240的空间矢量脉宽调制技能的算法实现

采取TMS320F240体系实现SVPWM具有精度高且实现方便的特点。TMS320F240体系的指令周期为50 ns，运算速率快；指令体系丰富机动，指令服从高；有544k字片内RAM，16k字闪存（FlashEEPROM）；3个全比较单位输出六路互补PWM［4］。在实现SVPWM的进程中，可以采取定时器连续加／减计数从而天生对称PWM。

软件实现中，以Uα、Uβ作为输入，直流母线电压Vdc为参数，输出为三相对称PWM模式。步伐编写包括主步伐和一个定时器周期寄存器停止子步伐，主步伐根据电机控制战略谋略出所必要的频率f，等待停止的孕育产生。在定时器中，根据此时f和Uout确当前位置确定出下一个载波周期中Uout的位置，查转换模式表得到必要的两个作用矢量，并谋略出它们的作用时间T1，T2。

图4为SVPWM停止的子步伐流程图。在进入停止前，体系配置、外设、I／O、GP定时器及各变量均已初始化完毕。

下面对该流程图详细实现作一阐明。
（1）果断矢量Uout所处扇区

（2）确定每个扇区中相应电压矢量的作用时间

究竟上，由前面的阐发可知，由于三角函数具有对称性和周期性，两个相邻电压矢量的作用时间Tx、Tx±60只有三个数值，详细实现时，由于是对称PWM，故将Tx、Tx±60分成对称的两个部分，即下述的X，Y，Z：

（3）确定开关次序，为比较寄存器赋值
定义电压矢量变革点间隔时间零点的时间隔断分别为Ta、Tb、Tc，则有：

由每个扇区的事变图，为每个扇区的比较寄存器赋值如表3：

5　实行结果

本文连合电动汽车电机控制体系，采取TMS320F240 DSP汇编语言编写了开环、载波频率为10 kHz、变频范畴为0～100 Hz的SVPWM控制步伐。逆变器逆变开关采取IGBT，直流电源为蓄电池，驱动的电机为三相异步电机，定子绕组星形接法，并带一它励直流发电机作为负载。步伐每周期内只产生一次定时器周期停止，及时性好，且占用CPU较少，使CPU有很大本领去完成别的任务，实现更巨大、美满的电机控制。实行结果证明白该算法的精确性。图5、图6分别为控制器输出颠末低通滤波后的相电压、线电压波形和实际测得的电流波形图。由图中可见，电压电流的正弦性很好，消除谐波明显，SVPWM是一种较为优化的PWM。

6　结论

本文细致叙述了空间电压矢量SVPWM技能的原理，推导了每个扇区开关矢量的作用时间，提出了用一半扇区的开关时间代替全部开关时间的算法，并在TI公司生产的DSP上实现。颠末阐发和实行，结果表明：

（1）在雷同的直流母线电压下，采取SVPWM方法有效地扩展了逆变器输出基波相电压的线性范畴，其线性范畴内的输出最大基波相电压幅值是传统SPWM输出最大基波相电压的1．15倍，能有效进步电源电压利用率。

（2）只谋略0～180°范畴内（即3、1、5扇区）每个矢量的作用时间，再利用各扇区间矢量的干系及开关次序，推出180°～360°矢量的作用时间，进而谋略出全部扇区的矢量作用时间，是完全大概及精确的。

（3）在高性能全部字化的矢量控制体系中，应用DSP处理惩罚器，如TI公司生产的TMS320F24x系列产品，由于DSP快速的运算本领和数据处理惩罚本领，空间电压矢量PWM技能实现更正确、方便，更靠近抱负正弦磁通控制。