1　引　言

在电气传动中，广泛应用脉宽调制（PWM－Pulse Width Modulation）控制技术。随着电气传动系统对其控制性能的要求不断提高，人们对PWM控制技术展开了深入研究：从最初追求电压波形正弦，到电流波形正弦，再到磁通的正弦，PWM控制技术不断创新和完善。本文所采用的电压空间矢量（SVPWM－Space Vector PWM）就是一种优化的PWM方法，能明显减小逆变器输出电流的谐波成分和电机的谐波损耗，降低脉动转矩，由于其控制简单，数字化实现方便，目前已有替代传统SPWM（SinusoidalPWM）的趋势。微机技术的不断发展使得数字化PWM有了实现的可能和广阔的应用前景。本文采用美国德州仪器（TI）公司专为电机控制而推出的数字信号处理器（DPS）TMS320C24x系列中的TMS320F240实现SVPWM变频调速^〔1，2〕。本文介绍由TMS320F240实现SVPWM的两种方法。一种用TMS320F240的常规比较功能实现。称为SWSVPWM（软件SVPWM）；另一种用TMS320F240固有的生成SVPWM的硬件电路实现，称为HWSVWM（硬件SVPWM）^〔3〕。

2　SVPWM的基本原理及特点

电压空间矢量法（SVPWM，称磁通正弦PWM）是从电动机的角度出发，着眼于使电机获得幅值恒定的圆形磁场，即正弦磁通。它以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想圆形磁通轨迹为基准，用逆变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆，从而达到较高的控制性能。三相电压源型逆变桥的上桥臂和下桥臂开关状态互补，故可用3个上桥臂的功率器件的开关状态描述逆变器的工作状态，记功率器件开通状态为“1”，关断状态为“0”，则上桥臂的开关状态有8种组合，可用矢量［a，b，c］^t表示，分别为［0 0 0］^t，［0 0 1］^t，…，［1 1 1］^t。

得到相电压矢量后，再应用电机统一理论和abc－dq坐标转换：

可以将abc坐标的8种开关状态矢量转换为dq坐标的8种电压矢量，分别记为U₀，U₆₀，U₁₂₀，U₁₈₀，U₂₄₀，U₃₀₀，U₀₀₀，U₁₁₁，称为基本电压空间矢量，其中U₀₀₀，U₁₁₁为零矢量，如图1所示。

SVPWM控制技术的目标就是要通过控制开关状态组合，将空间电压矢量U_out控制为按设定的参数作圆形旋转。在某个时刻，U_out旋转在某个区域中，可由组成这个区域的两个非零矢量U_x和分别按对应的作用时间T₁、T₂组合得到所要求的U_out输出。从一个空间电压矢量旋转到另一个矢量的过程中，应当遵循功率器件的开关状态变化最小的原则，即应当只有一个功率器件的开关状态发生变化。基于这一原则，可以选定各基本空间电压矢量之间的旋转方向，先作用的U_x被称为主矢量，后作用的被称为辅矢量。于是U_out可以表示为

由于T₁、T₂之和小于T_P之和小于T_P（载波周期），需要用零矢量U_{0 0 0}或U_{1 1 1}插入，插入时间为T₀，T₁＋T₂＋T₀＝T_P。零矢量对U_out的大小无影响，仅对设定的频率起到补偿作用。在很高的开关频率下，每个转换周期中U_out可以看成是常数，由上式可写成：

用该式可以在dq平面中，分别求出T₁，T₂。
电压空间矢量U_out的大小代表三相电机线电压的有效值，其频率也是三相电机的频率，控制U_out的大小、旋转速度和方向就能实现变频调速。图1所示由基本电压空间矢量组成的六边形的内切圆是U_out所能达到最大轨迹，所以U_out的最大值为相应的电机的线电压和相电压为和V_dc／，这是普通SPWM最大值的倍，因此SVPWM的直流电压利用率也是最高的^〔4〕<