80C196MC微机控制的SPWM与电压空间矢量控制的异步电机变频调速研究(2)

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由于异步电机的交流调速不断显示其本身的优越性和巨大的社会效益，交流调速电气传动已经成为电气调速转动的主流。现在要求的性能较高的中、小容量的交流调速传动，主要使用电子式电力变换器对交流异步电动机进行变频调速，这使变频器具有越来越旺盛的生命力。各种性能优越的新型电力半导体器件和各种控制方法的应用，不仅使交流调速系统控制装置体积小，效率高，而且还更容易实现各种功能复杂但在结构上简单的控制方案，更加充实和推动了变频器理论的进一步发展。其中，尤其以正弦脉宽调制（SPWM）和电压空间矢量控制的异步电机交流变频调速控制方法最受瞩目。

为了改善交流电动机变压变频调速系统的性能，在出现了全控式电力电子开关器件后，科技工作者在20世纪80年代开发了应用PWM技术的逆变器，由于它的优良技术性能，当今国内外生产的变压变频器都已采用这种技术。PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。PWM控制技术仅用一组逆变器就具有调压功能和谐波控制能力，而且输入功率因数高，所以对于交流调速极为难得，它有利于简化结构，改善性能和提高效率。因此，PWM技术颇引人注意，人们对PWM技术进行了深入的研究，经过长期的发展，PWM控制技术从控制思想上分可分为四类：（1）等脉宽PWM；（2）正弦波PWM(SPWM)；（3）电流跟踪型PWM；（4）磁链追踪型PWM又称为电压空间矢量控制（SVPWM）。

等脉宽PWM法的每一脉冲的宽度均相等，改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法可以实现电压与频率的协调变化，其缺点是输出电压除基波外，包含较多的谐波分量。

电流跟踪型PWM法是对变流电路采用电流跟踪控制，把实际电流作为反馈信号，通过二者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率器件的通断，使实际的输出跟踪电流的变化，其优点是控制简单，动态响应加快，还可以防止逆变器过电流，但是电流中高次谐波含量较多。[3]

SPWM法克服了等脉宽PWM法的缺点，它从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频、调压的三相正弦波电源，它是以一个正弦波作为基准波(称为调制波)，用等幅的三角波(称为载波)与基准正弦波相交，由它们的交点确定逆变器的开关模式，这样在输出电压中的低次谐波成分就可以大大减小。但是它对于直流母线的电压利用率不高。

SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。现在SPWM技术已成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。根据生成SPWM波形的实现方式可以分为模拟控制和数字控制两种形式。传统的模拟控制在逆变器中应用广泛，技术成熟，控制性能优良，但模拟控制也存在一些缺陷：元件众多，设计周期长，调试复杂，不易管理维护等。随着数字信号处理技术的蓬勃发展，数字控制技术已经成功地应用到电力电子与电力传动控制领域中来，逆变器的数字控制逐渐成为研究热点。

电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制技术是由德国学者H.W.Vander.Broek等提出来一种新颖的脉宽调制方法。它不是局限于如何使逆变器输出按正弦规律变化的电源,而是把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪旋转磁场来控制逆变器的工作，这种方法从电动机角度出发，其目标是使交流电动机产生圆形磁场，使之成为直流电动机模型，比SPWM控制方式又前进了一步。