综上所述，ANPC五电平拓扑对应的稳态电能输出较为优异，有效地提升了高压变频系统的稳态性能。6结语本文研究了一种适用于矿山高压变频的ANPC五电平调速系统，进行了相关理论分析和样机实验验证，得出以下结论：（1）ANPC五电平拓扑可以输出7阶梯的线电压，该拓扑结构可以为电机提供更加优异的电压；（2）DTC策略直接对电机转矩、磁链进行控制，可以得到有效地提升系统的动态响应性能；（3）悬浮电容电压控制方法有效地抑制了电容电压的抖动，保证了变频器输出电压质量。参考文献：［1］王海波．基于ACS6000SD的变频系统在矿井提升机中的应用［J］.煤矿机械，2013，34（8）：234-236.［2］吴楠．基于神经网络的三电平双PWM变频器在提升机中的研究［J］.煤矿机械，2013，34（4）：73-75.［3］高广信．ABBACS2000系列变频器在恒压供水中的应用及节能分析［J］.电气时代，2011（8）：60-61.［4］王奎，郑泽东，李永东．五电平有源中点钳位型逆变器母线中点电压平衡问题［J］.中国电机工程学报，2012，32（3）：30-35，19.作者简介：齐美星（1976-），安徽安庆人，硕士研究生，讲师，毕业于中国矿业大学，现主要研究领域为自动控制和机电一体化系统，电子信箱：qimeixing@163.com.责任编辑：侯淑华收稿日期：2014－04－01!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!doi:10.13436/j.mkjx.2014090711SVPWM控制原理改变逆变器各桥臂的开关状态，可以得到8个基本电压空间矢量，其中6个非零矢量的幅值相同，相邻的矢量互差60°，分别记作U0、U60、U120、U180、U240、U300，2个零矢量位于坐标原点，分别记作O000和O111，它们的空间分布如图1所示。图1基本电压空间矢量*2013年江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ-13768）基于DSP的空间电压矢量控制调速系统的设计与实现*李瑾（南昌工程学院机械与电气工程学院，南昌330099）摘要：空间矢量脉宽调制(SVPWM)是控制交流异步电动机的一种控制方式。SVPWM技术应用于交流调速系统中不但改善了脉宽调制(PWM)技术存在电压利用率偏低的缺点，而且具有转矩脉动小、噪声低等优点。给出了一个以TMS320LF2407A型DSP芯片为控制电路核心的异步电机SVPWM矢量控制调速系统，对其硬软件设计进行了分析，并利用MATLAB/Simulink软件对该调速系统进行了仿真。仿真结果表明，该调速系统动、静态性能优良，控制效果较好。关键词：SVPWM；矢量控制；DSP；仿真中图分类号：TM343文献标志码：A文章编号：1003－0794（2014）09－0161－03DesignandRealizationofSVPWMSpeedRegulationSystemBasedonDSPLIJin(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,NanchangInstituteofTechnology,Nanchang330099，China)Abstract:Spacevectorpulsewidthmodulation(SVPWM)isamethodtocontroltheACasynchronousmotor．SVPWMtechnologyappliedinACspeedregulationsystemcannotonlyimprovetheshortcomingoflowvoltageutilizationinthepulse-widthmodulation(PWM)technology，buthavelittletorqueripple，lownoiseadvantages．Inthispaper,aSVPWMvectorcontrolACasynchronousmotorspeedregulationsystememployingacoreTMS320LF2407A-typeDSPchipwaspresented,analyzedthehardwareandsoftwaredesignofthesystemandsimulatedthespeedregulationsystembyMATLAB/Simulink.Theobtainedsimulationresultsindicatethatthespeedregulationsystemhasexcellentdynamicandstaticperformanceandhighcontroleffect.Keywords:SVPWM；vectorcontrol；DSP；simulation煤矿机械CoalMineMachineryVol.35No.09Sep.2014第35卷第09期2014年09月U60（110）U120（010）αβO000（000）U240（001）123456O111（111）U300（101）161

SVPWM方法的目的是通过8个基本电压矢量来逼近电机所需的电压矢量Uout，可在一个采样周期TPWM内使逆变器输出电压的平均值等于Uout，当满足TPWM很小,且在TPWM内Uout的变化很小时可通过以下方程来实现：TPWMUout=T1Ux+T2Ux±60+T0（O000orO111）（1）式（1）中，T1、T2分别为电压矢量Ux和Ux±60对应开关管的导通时间；TPWM是Uout作用的时间，有T1+T2+T0=TPWM。2系统硬件设计系统包括主电路和控制电路两大部分。主电路采用交-直-交电压型变频器结构，由二极管不控整流电路、滤波电容、IGBT逆变电路3部分组成。控制电路以TMS320LF2407A型DSP芯片为核心，包括转速检测、电流采样、PWM输出等模块电路，构成功能齐全的空间电压矢量控制变频调速系统。DSP负责电流检测，计算电机的转速和位置，然后运用矢量控制算法得到SVPWM控制信号，经光耦隔离后驱动逆变器的功率开关器件。当系统出现过流、过压、短路、过热等故障时，SVPWM信号被DSP封锁，电机停止运行。2.1驱动隔离电路驱动电路采用美国IR公司生产的IR2110驱动器，它是一种双通道高压、高速电压型功率器件栅极驱动器，具有自举浮动电源，只用一路电源可同时驱动上、下桥臂。IR2110用于驱动半桥电路的设计如图2所示，图2中C1、D1分别为自举电容和二极管，C1采用钽电容，VCC通过D1向C1充电，而C1的充放电频率就是IGBT的开关频率，因此D1选用快恢复二极管FR157（1000V/1.5A），C2为VCC的滤波电容。图2IR2110驱动电路为了使控制电路和主电路可靠隔离，系统采用了快速光耦6N136进行主电路和控制电路的进一步隔离。6N136具有体积小，寿命长，抗干扰性强，隔离电压高，速度快，能与TTL逻辑电平兼容等优点，光耦隔离设计电路如图3，考虑到光耦采用集电极输出，当输入在默认状态都为低电平时，光耦输出都为高电平。若这样直接连接IR2110来驱动半桥电路时，会使上下桥臂2个IGBT同时导通即直通，因此在光耦输出后面接有CD4049反相器，使初始输出状态为低电平。图3光耦隔离电路2.2电流检测电路本文中电流采样选用霍尔电流传感器LA28-NP，其电源电压为±15V，量程选择0～5A，输出电流为0～25mA。由于DSP的ADC的输入信号为单极性且电压幅值范围在0～3.3V，而电流传感器检测的定子电流为交流信号，因此需要进行电压调整。图4为电流检测电路，传感器输出的电流信号先通过采样电阻R1转化为电压信号，之后经R2和C1滤掉高次谐波，再经过射极跟随电路（U1A）和1.65V的电压抬升电路（U1B），最后使输出电压U0在0～3.3V，且以1.65V为中心上下波动。图4电流检测电路3SVPWM算法的数字实现TMS320LF2407A型DSP有2个事件管理器EVA和EVB，每个EV模块都具有操作十分简化的对称空间矢量PWM波形产生的内置硬件电路，本文就是利用TMS320LF2407A的这个硬件特点即采用硬件切换模式来产生SVPWM波形，从而使编程简化，大大大减少用户的工作量。3.1Uout所在扇区的判断6个非零电压空间矢量将空间分为6个区域，每个区域对应一个扇区号，如图1中的1，2，3，4，5，6。如果知道了Uout所在的扇区，就能确定用来合成Uout的2个相邻的基本电压矢量。由Uout分别在α轴和β轴上的2个分量Uα和Uβ可计算出vref1=uβvref2=－sin30°uβ+sin60°uα（2）vref3=－sin30°uβ-sin60°uα令N=Sign（vref1）+2Sign（vref2）+4Sign（vref3），则扇区号与N的对应关系如表1所示。表1扇区号与N的对应关系表N扇区号122631445365第35卷第09期Vol.35No.09基于DSP的空间电压矢量控制调速系统的设计与实现———李瑾D1U9VCCPort891011121314PortPortHOUBUSUDDHINSDLINUSSUCCCOMLO7654321IR211050Rg1VT1_GR110kΩC10.1μFVCCVT1_EC250Rg410kΩR4VT4_GVT4_E10kΩR1VCC3R13U16N13612348765U1A2404910kΩR3-15V霍尔传感器信号100R12kΩR24+--1.65V32156ADC1110kΩR510kΩR8+3.3VU1A10kΩR633kΩR7输入+-D1U1BU0D27+15V10kΩR4C10.1μF0.1μF162

3.2空间矢量作用时间计算由式（1）可得[T1T2]τ=TPWM[UxUx±60]-1Uout（3）按上述方法确定了Uout所在的扇区后可分别计算出与6个扇区对应的6个矩阵[UxUx±60]-1（x=1，2，3，4，5，6），再根据期望矢量所在的扇区，选择所对应的矩阵由式（3）计算出T1，T2。3.3SVPWM波形图这里的SVPWM波是五段式波形，其组成可表示为：Ux、Ux±60、O000或O111、Ux±60、Ux，其中Ux±60段顺时针取“－”，逆时针取“＋”。零矢量O000或O111的选择由硬件自动完成，选取原则是使相邻2个开关矢量中只有一个桥臂的开关状态发生变化。第1扇区波形图如图5所示。图5第Ⅰ扇区波形图4系统仿真模型及仿真结果本文在MATLAB软件仿真环境中采用Simulink界面模块对上述矢量控制调速系统搭建了仿真模型，图6为系统仿真框图。所用三相异步电机的基本参数为：额定功率PN=150W，额定转速nN=1380r/min，额定电压UN=220V，极对数P=2,cos准N=0.81,ηN=82.5%。图6基于SVPWM的异步电机矢量控制系统仿真框图对于该转速、电流双闭环的矢量控制系统，空载给定转速1360r/min时，转速与定子A相电流的仿真波形分別如图7和图8所示。由图7可见，电机转速变化曲线平滑，转速能在0.1s的时间内从0变化到1360r/min，与给定转速相吻合。由图8可看出电机启动时，启动电流比较大，在0.1s时电机定子电流趋于稳定，由于电机空载，定子电流较小。为了验证该调速系统的动态性能，系统空载启动，给定转速为820r/min，待进入稳态后，在0.3s时突加负载0.4Nm，所得转速波形和定子A相电流波形分别如图9和图10所示。图7空载时转速波形（n=1360r/min）图8空载时定子A相电流波形（n=1360r/min）图9突加负载时转速波形（n=820r/min）图10突加负载时定子A相电流波形（n=820r/min）由图9和图10可看出，在0.3s突加负载后,定子电流迅速增加，转速经短暂波动后上升达到稳定时的给定值，表明系统动态性能优良，符合控制要求。5结语本文给出了一种以TMS320LF2407A为主控芯片，利用电压空间矢量调制技术构成的异步电机变频调速系统，用MATLAB/Simulink软件对该调速系统进行仿真，结果表明，应用软件方法实时生成SVPWM波用于异步电动机的变频调速方案，减少了系统外围电路，系统动静态性能优良，可靠性高，具有较好的控制效果。参考文献：［1］黄少瑞，郝润科，朱军，等．基于DSP的异步电机SVPWM控制技术实现［J］.电气自动化，2010，32（5）：19-22．［2］舒州，沈安文.基于DSP的空间矢量控制的交流调速系统［J］.华中科技大学学报：自然科学版,2002（12）:47-48，55.［3］李刚，刘巍，王学敏．高速光耦6N135/6N136及其应用［J］.电子技术应用，1996（3）：51-52．［4］杜志勇，王鲜芳．基于DSP的感应电动机SVPWM矢量控制调速系统［J］.电力电子技术，2007（9）：26-28，32．［5］宋店波，王永生．基于DSP的交流异步电机SPWM变频调速系统设计［J］.煤矿机械，2008，29（12）：123-125．作者简介：李瑾（1974-），女，湖北武汉人，硕士，副教授，研究方向：电力电子，电子信箱：meimei9022@sohu.com.责任编辑：侯淑华收稿日期：2014－03－28第35卷第09期Vol.35No.09基于DSP的空间电压矢量控制调速系统的设计与实现———李瑾PWM1PWM3PWM5（100）U0（110）U60（110）U60（100）U0（111）O110t1/2t2/2t0t2/2t1/2CPhir*id*CalculationPhir*Id*iq8*CalculationId*IdVd*Iq*IqVq*Te*Iq*PhirTe*ω*ω1/zUsd*Usq*θUβUαUβUα2r/2θSVPWMVdc-+pulsesAB+CABCTmTemwmmis_abcDemux-+vVabVab（V）Scope1/z1/zψθIqψθphirwmphirFluxCalcFluxabc/dqIdIdIqIabcθ1/zpulses0.10.20.30.40.50.6t/sn/r·min-11500120090060030000.10.20.30.40.50.6t/siA/A1.51.00.50-0.5-1.0-1.50.10.20.30.40.50.6t/sn/r·min-1100080060040020000.10.20.30.40.50.6t/siA/A1.00.50-0.5-1.0163