采用68HC908MR16單片機的空間矢量控制變頻電源設計

摘要：介紹了一種基于空間矢量PWM算法的變頻電源的實現方式。系統采用MOTOROLA公司的電機控制專用芯片68HC908MR16，通過PI調節將直流電逆變成頻率可調的三相正弦波交流電，同時利用串行通信實現系統的狀態顯示和參數修改。 關鍵詞：空間矢量；脈寬調制；變頻器；專用芯片MR16
0 引言隨著拖動技術的不斷發展以及大功率電力電子器件的不斷更新，交流異步電機V/f控制PWM變頻電源在工業上的應用越來越廣泛。傳統的SPWM變頻調速技術理論成熟，原理簡單，易于實現，但其逆變器輸出線電壓的幅值最大值僅為0.866U_d，直流側電壓利用率較低；而采用空間矢量PWM(SVPWM)算法可使逆變器輸出線電壓幅值最大值達到U_d，較SPWM調制方式提高了15％，且在同樣的載波頻率下，采用SVPWM控制方式的逆變器開關次數少，降低了開關損耗。為此，本文運用SVPWM算法，將逆變器和電機作為整體考慮，并綜合三相電壓，通過實時計算，利用MR16單片機實現了電機的恒磁通變頻調速控制。

1 空間矢量PWM基本工作原理

圖1所示為三相電壓型逆變器的工作原理圖，它由6個開關器件組成。逆變器輸出的空間電壓矢量為

（1）

根據同一橋臂的上下兩個開關器件不能同時導通的原則，其三相橋臂開與關可以有8種狀態。在這8種開關模式中，有6種開關模式輸出電壓，在三相電機中形成相應的6個磁鏈矢量，另外2種開關模式不輸出電壓，不形成磁鏈矢量，稱之為零矢量。各種狀態形成的矢量在空間坐標系中的位置關系如圖2所示。括號內的二進制數依相序A，B，C表示開關的不同狀態，“1”表示上橋臂功率器件導通，下橋臂器件關閉；“0”表示的工作狀態與此相反。任意一個電壓空間矢量的幅值和旋轉角度都表示此刻輸出PWM波的基波幅值及頻率大小，它的相位則表示不同的脈沖開關時刻。因此，三相橋式逆變器的目標就是利用這8種基本矢量的時間組合，去近似模擬合成這樣一個磁鏈圓。

圖1 電壓型逆變器原理圖

圖2 逆變器輸出電壓空間矢量

通常將一個圓周期6等份，并習慣地稱之為扇區。每一扇區又可繼續劃分為任意的m個小等份。當理想電壓矢量位于任一扇區之中時（如圖2所示），就用該扇區的兩個邊界矢量和兩個零矢量去合成該矢量，例如：當理想電壓矢量處于第一扇區時就由和兩個非零矢量以及零矢量合成，其他扇區依此類推。假設理想電壓矢量位于圖3所示的位置，依據正弦定理可以得到式（2）—式（4）。

(0θπ/3) （2）

（3）

t₀=T_s－t₁－t₂ （4）

式中：U_s為逆變器輸出電壓矢量的幅值；

U₁為非零矢量的幅值；

U₂為非零矢量的幅值；