【正文】 S（轉(zhuǎn)差功率，），通過調(diào)速裝置反饋給電動機內(nèi)部的調(diào)節(jié)繞組，反饋的功率越多，則軸輸出功率的就越少，電機轉(zhuǎn)速越低，即通過改變反饋的轉(zhuǎn)差功率的多少使電動機轉(zhuǎn)速得以連續(xù)調(diào)節(jié)。而調(diào)節(jié)繞組接受反饋功率則意味P1的減少，電能的節(jié)省。 斬波式內(nèi)反饋調(diào)速裝置主電路原理圖圖中：1KM、2KM、3KM—開關，LLL3—電抗器，R—整流橋，I—逆變橋，S—關斷橋，Sc—斬波晶閘管，Rf—啟動頻敏電阻，C—電容，D—逆阻二極管，F(xiàn)—保險，Load—電動機負載。該方法是在常規(guī)串級調(diào)速的直流回路中，加入并聯(lián)型直流斬波器。利用它對轉(zhuǎn)子整流后的直流電流進行脈寬調(diào)制?？刂茢夭ㄆ鞯恼伎毡染湍苷{(diào)節(jié)直流側(cè)的短路電流，從而間接地控制了反饋給調(diào)節(jié)繞組的轉(zhuǎn)差功率，達到調(diào)速的目的。關斷橋S的作用是關斷斬波晶閘管Sc。逆阻二極管D、電感L2和電容C起隔離緩沖作用。加入斬波器使逆變器的觸發(fā)角（β）不用調(diào)節(jié)，且固定在很小的角度，這樣既大大提高了功率因數(shù)，減少了諧波電流對電網(wǎng)的污染，提高了系統(tǒng)的可靠性，又使逆變器的容量小很多（逆變器的容量=）。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、成本低、諧波幅值低的優(yōu)點。但它只能在同步轉(zhuǎn)速以下運行，而且不能利用原有的電動機，需購置專用的內(nèi)反饋電動機（但卻省掉了昂貴的逆變變壓器）。在高電壓、大容量的水泵、風機用繞線電動機調(diào)速中，顯示出突出的優(yōu)勢。二：改變極對數(shù)p的調(diào)速方法通過改變定子繞組的接線來改變極對數(shù)，就改變了同步轉(zhuǎn)速。它可以獲得恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性和恒功率調(diào)速特性。這種方法效率高，操作筒單、成本低廉，機械特性硬。為得到好的調(diào)速精度與穩(wěn)定性，常用速度反饋的控制方式。缺點是有級調(diào)速。它和調(diào)壓調(diào)速結(jié)合起來形成“變極調(diào)壓調(diào)速”?？梢源蟠蟾纳频退龠\行性能，擴大調(diào)速范圍。三：改變頻率f的調(diào)速方法變頻調(diào)速是用變頻電源改變電動機定子繞組的頻率，從而改變同步轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)調(diào)速。這種方法具有高效率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能。規(guī)格系列齊全，可以滿足各種不同需求，因而被廣泛采用，是最具發(fā)展前途的理想調(diào)速方法。它可分為兩大類：1）交－直－交變頻調(diào)速電網(wǎng)中的交流電先被整流成直流電，再通過逆變器逆變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電。根據(jù)直流濾波方式不同，又分為電壓型（電容器濾波）和電流型（電感濾波）兩種。2）交－交變頻調(diào)速由于它只有一級功率變換，省去了直流環(huán)節(jié)，減少了損耗，進一步提高了效率。也因此結(jié)構(gòu)復雜、額定工作頻率較低，造價較高。但它能夠提供比較逼近正弦的交流電流，可以四象限運行，常用于大容量的交流調(diào)速設備中（國外單臺變頻裝置容量已超過10MW）。變頻調(diào)速的不足之處是造價較高、結(jié)構(gòu)復雜、低速時功率因數(shù)低、諧波較大。通過半導體電力變流器對電動機的電壓、頻率、功率進行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)調(diào)速，雖具有轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點，但也具有功率因數(shù)低、諧波電流大的缺點。所以，提高調(diào)速效率、提高功率因數(shù)、減少高次諧波、提高性能價格比始終是人們關注的重點。一：調(diào)速效率。其中P2和PSC之間的功率差PS，即轉(zhuǎn)差功率是上述幾種節(jié)能調(diào)速的著眼點。 異步電動機能量流圖PS=P2－PSC=Mno－Mn=M(no－n)=sP2，轉(zhuǎn)差率調(diào)速系統(tǒng)的效率主要取決于PS的利用情況。系統(tǒng)總效率η=PSC/PW。，再比較表1中各種調(diào)速方式的能量流圖不難看出，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的效率最低，因為轉(zhuǎn)差功率PS都損耗在電阻發(fā)熱上了。而且轉(zhuǎn)差率s越大，效率越低（因為，若忽略定子損耗，則η=PSC/PW≈PSC/P2=n/no=1－s）。串級調(diào)速、雙饋調(diào)速和斬波式內(nèi)反饋調(diào)速的效率較高，是因為其轉(zhuǎn)子功率P2中都含有反饋功率，其中斬波式內(nèi)反饋調(diào)速的效率最高，因為它少了一項逆變變壓器損耗ΔPTR。其效率可達90％以上。 效率曲線η=f(s)二：調(diào)速范圍電動機調(diào)速范圍D=最高轉(zhuǎn)數(shù)/最低轉(zhuǎn)數(shù)。變頻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速和電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的調(diào)速范圍較大(D=10)，其次是雙饋調(diào)速。其它各種調(diào)速方法的調(diào)速范圍都較小。但調(diào)速范圍的選擇要根據(jù)電動機運行工況來確定。三：高次諧波在變頻調(diào)速和采用轉(zhuǎn)子回路引入附加電勢的3種調(diào)速方法中都使用功率器件變換器。電動機轉(zhuǎn)子側(cè)接有整流器和逆變器，因而電流波形發(fā)生畸變，畸變電流中含有高次諧波分量。這不但降低了功率因數(shù)，也增大了噪聲和發(fā)熱損耗、產(chǎn)生干擾、污染電網(wǎng)。諧波還會引起電動機機械脈振現(xiàn)象。因此,抑制和消除諧波也是此類調(diào)速的重要課題,采用并聯(lián)斬波技術就是一種有效抑制諧波的方法。 SVPWM調(diào)制技術概述1987年日本的GIFU大學的Yoshihiro Murai教授在IEEE上發(fā)表《全數(shù)字化逆變器的新型PWM方法》一文，由此標志著SVPWM調(diào)制技術的正式問世。SVPWM調(diào)制技術一問世就受到人們的高度重視，其獨特的矢量調(diào)制方式，把電動機與PWM逆變器看為一體，著眼于如何使電動機獲得幅值恒定的圓形磁場為目標，他以三相對稱正弦電壓供電時交流電動機中的理想磁鏈圓為基準，用逆變器不同的開關模式所產(chǎn)生的磁鏈有效矢量來逼近基準圓，即用多邊形來近似逼近圓形，理論分析和實驗都表明SVPWM調(diào)制具有轉(zhuǎn)矩脈動小，噪音低，直流電壓利用率高(比普通的SPWM調(diào)制約高15%)等優(yōu)點。目前已在通用變頻器產(chǎn)品中得到了廣泛的應用。隨即于1992年，Yoshihiro Murai教授在IEEE上發(fā)表《感應電動機傳動中減少諧波的高頻劈零矢量PWM》。在SVPWM高頻調(diào)制中， Yoshihiro Murai教授引入劈零矢量，減少了電流諧波，使得低頻時電動機運轉(zhuǎn)得更加平滑。其原理就是在SVPWM調(diào)制中均勻的插入零矢量，使得等待時間變得更加均勻，從而減少了電流的高次諧波，使電動機的脈動轉(zhuǎn)矩也更小。由于大量的零矢量的插入需要更多的元件開關次數(shù)來實現(xiàn)，所以命名為高頻劈零矢量。一般來說，由于電動機在高速運行時，需要的零矢量等待時間較短，所以在較高頻率時，均勻插入零矢量的效果并不明顯(考慮到死區(qū)的影響，甚至效果會更差)，而在低頻運轉(zhuǎn)時，需要的零矢量等待時間較長，此時均勻的零矢量插入會使諧波明顯降下來。考慮到算法的實時性要求、三角載波的產(chǎn)生、時間的比較、死區(qū)的設定、安全性等等因素，所以現(xiàn)在普通的SPWM產(chǎn)生都有專門的硬件支持來實現(xiàn)，如INTEL公司的196MC系列單片機。對于SVPWM調(diào)制尤其要考慮其特殊的時間比較方式，故有專門的硬件支持來實現(xiàn)的才是最佳方案。在這方面德州儀器(TI)公司推出的TMS320F2812專門設置了空間矢量狀態(tài)機這一硬件系統(tǒng)，使得SVPWM的實現(xiàn)容易起來。 DSP芯片簡介DSP（digital signal processor）是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。DSP產(chǎn)業(yè)在約40年的歷程中經(jīng)歷了三個階段：第一階段，DSP意味著數(shù)字信號處理，并作為一個新的理論體系廣為流行；隨著這個時代的成熟，DSP進入了發(fā)展的第二階段，在這個階段，DSP代表數(shù)字信號處理器，這些DSP器件使我們生活的許多方面都發(fā)生了巨大的變化；接下來又催生了第三階段，這是一個賦能(enablement)的時期，我們將看到DSP理論和DSP架構(gòu)都被嵌入到SoC類產(chǎn)品中?！钡谝浑A段，DSP意味著數(shù)字信號處理。80年代開始了第二個階段，DSP從概念走向了產(chǎn)品，TMS32010所實現(xiàn)的出色性能和特性備受業(yè)界關注。方進先生在一篇文章中提到，新興的DSP業(yè)務同時也承擔著巨大的風險，究竟向哪里拓展是生死攸關的問題。當設計師努力使DSP處理器每MIPS成本降到了適合于商用的低于10美元范圍時，DSP在軍事、工業(yè)和商業(yè)應用中不斷獲得成功。到1991年，TI推出價格可與16位微處理器不相上下的DSP芯片，首次實現(xiàn)批量單價低于5美元，但所能提供的性能卻是其5至10倍。 到90年代，多家公司躋身DSP領域與TI進行市場競爭。TI首家提供可定制 DSP——cDSP，cDSP 基于內(nèi)核 DSP的設計可使DSP具有更高的系統(tǒng)集成度，大加速了產(chǎn)品的上市時間。同時，TI瞄準DSP電子市場上成長速度最快的領域。到90年代中期，這種可編程的DSP器件已廣泛應用于數(shù)據(jù)通信、海量存儲、語音處理、汽車電子、消費類音頻和視頻產(chǎn)品等等，其中最為輝煌的成就是在數(shù)字蜂窩電話中的成功。這時，DSP業(yè)務也一躍成為TI最大的業(yè)務，這個階段DSP每MIPS的價格已降到10美分到1美元的范圍。 21世紀DSP發(fā)展進入第三個階段，市場競爭更加激烈，TI及時調(diào)整DSP發(fā)展戰(zhàn)略全局規(guī)劃，并以全面的產(chǎn)品規(guī)劃和完善的解決方案，加之全新的開發(fā)理念，深化產(chǎn)業(yè)化進程。成就這一進展的前提就是DSP每MIPS價格目標已設定為幾個美分或更低。DSP微處理器（芯片）一般具有如下主要特點：（1）在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；（3）片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；（7）可以并行執(zhí)行多個操作；（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。本文首先對主電路進行設計，繪出系統(tǒng)電路總圖。根據(jù)設計對其控制電路提出要求，然后給出設計電路圖。對于DSP由設計任務書需設計其最小系統(tǒng)：包括對電源電路、晶振電路、復位電路、JTAG的設計。最后通過軟件編程實現(xiàn)了SVPWM空間電壓矢量脈寬調(diào)制。給出實現(xiàn)流程圖和部分程序。主電路總體結(jié)構(gòu)框圖如下所示： 主電路總體結(jié)構(gòu)框圖DSP最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下所示： DSP最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第二章 空間電壓矢量PWM技術矢量控制中所用的坐標系有兩種：一種是靜止坐標系，一種是旋轉(zhuǎn)坐標基于定子的三相繞組構(gòu)成的三相定子ABC坐標系和由固定在A軸上的α軸與之垂直的β軸所組成的兩相定子α、β坐標系均為靜止坐標系。 三相繞組與二相繞組的軸線設定 C3s/2s變換和C2s/3s變換這是三相定子ABC坐標系與兩相定子αβ坐標系之間的變換，稱為Clar變換，也叫3/2或3s/2s變換。設三相繞組(A，B，C)與兩相繞組(α，β)，A相繞組軸線與α相繞組軸線重合，都是靜止坐標，分別對應的交流電流為iA、iB、iC和、。采用磁勢分布和功率不變的絕對變換，三相交流電流在空間產(chǎn)生的磁勢F與兩相交流電流產(chǎn)生的磁勢相等。令C3/2表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變換矩陣，即采用正交變換矩陣，則其正交變換公式為： （）C2s/3s變換公式為： （） C2s/2r變換及其逆變換由兩相靜止坐標系(αβ)到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系(dq)的變換稱為Park變換。αβ為靜止坐標系，dq為任意角速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標系，αβ靜止坐標系變換為dq旋轉(zhuǎn)坐標系時，圖中θ為α軸與d軸之間的夾角，dq繞組在空間垂直放置，且加上直流Ud和Uq，并讓d，q坐標以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則產(chǎn)生的磁動勢與αβ坐標系等效。d、q和α、β軸的夾角θ是一個變量，隨負載、轉(zhuǎn)速而變化，在不同的時刻有不同的值。 αβ坐標與dq坐標軸的設定C2s/2r變換，寫成矩陣形式，其公式如下： （）其逆變換矩陣型式為： （）同樣，電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)逆變換矩陣也與電流（磁動勢）旋轉(zhuǎn)逆變換陣相同，電壓的Park逆變換陣為： （） SVPWM的工作原理 電壓空間矢量是按照電壓所加繞組的空間位置來定義的。、。互差1200的三相電壓，其矢量相加的合成矢量是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，并且幅值不變，是每相電壓的3/2倍。當頻率不變時，它以速度ω1旋轉(zhuǎn)，哪一相電壓最大，合成電壓矢量就會落在該相的軸線上。 電壓空間矢量示意圖當磁鏈矢量在空間旋轉(zhuǎn)一周時，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運動一周，其軌跡與磁鏈圓重合。這樣可將電機旋轉(zhuǎn)磁場的形狀問題轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量運動軌跡的形狀問題。電壓矢量可以表示為： （）定子電壓方程為： （）當轉(zhuǎn)速不是很低時，定子電阻壓降較小，可以忽略，則有： （）這表明電壓空間矢量的方向與磁鏈的運動方向一致。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器為電動機提供的是經(jīng)過調(diào)制的PWM電壓。，由六個功率開關器件組成。因為逆變器的上橋臂和下橋臂的開關狀態(tài)互補，所以只用上橋臂的三個功率開關器件來描述逆變器的工作狀態(tài)就足夠了。以直流側(cè)中點作為參考點，當上管導通時輸出電壓為Ud/2，下管導通時輸出電壓為Ud/2。如果把上橋臂的功率開關器件的導通狀態(tài)用“1”表示，關斷狀態(tài)用“0”表示，那么按照式（）定義的電壓空間矢量，逆變器上橋臂的三個功率開關器件的開關狀態(tài)共有八種組合，分別對應逆變器的八個開關模式。 三相電壓源型逆變器，空間八個基本電壓矢量組成一個六邊形，分六個扇區(qū)，其中有兩個矢量為零矢量位于原點，即為和。其他六個基本電壓矢量分別為、、且有效矢量長度均為2/3Ud。零