摘要：空间矢量脉宽调制算法是电压型逆变器操控方面的研讨热门，广泛运用于三相电力体系中。根据硬件的FPGA/CPLD芯片能满意该算法对处理速度、实时性、可靠性较高的要求，本文运用Verilog HDL完成空间矢量脉宽调制算法，规划24矢量7段式的完成办法，对转速调理和转矩调理进行仿真，验证了规划的完成成果与预期相符。
关键词：空间矢量脉宽调制;沟通永磁同步电动机;电压型逆变器;Verilog HDL
电压型逆变器在大容量、高电压场合已得到了广泛运用，逆变器操控战略品种繁复，其间空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法具有凋制比较大、能够优化输出电压波形、易于数字完成、母线电压运用率高级长处，是此方面研讨的热门。跟着新式电力电子器件及芯片的敏捷遍及，逆变器SVPWM算法将广泛运用于三相电力体系中，尤其是沟通永磁同步电动机(PMSM)的调速操控。现在常用的SVPWM算法完成东西是单片机或许DSP芯片，但SVPWM算法对处理速度、实时性、可靠性方面要求较高，根据硬件的FPGA/CPLD芯片恰能更好地满意这些要求，据此本文运用硬件描绘言语Verilog HDL完成SVPWM算法，根据三相两级PMSM的物理模型以及两电平电压型逆变器的原理，规划24矢量7段式完成办法，并仿真转速调理和转矩调理时的 SVPWM波形。
1 PMSM的物理模型及逆变器原理
SVPWM算法完成时，将永磁同步电机和逆变器视为一体，产生的三相波形操控逆变器各桥臂主管的开关状况，然后驱动电机作业。
1.1 PMSM的物理模型及定子坐标系
抱负情况下，疏忽定子铁芯和转子铁芯的损耗以及电动机参数的改变，三相两级PMSM的物理模型如图1所示。
其间，定子的三相绕组UX、VY、WZ在圆空间呈对称散布，U、V、W为各绕组的首端，X、Y、Z为尾端。相电流的正方向为首端流出电流、尾端流入电流，根据安培定则，各绕组产生的磁场方向为绕组轴线的正方向，即UX绕组轴线正方向为A，如图1所示，其他两相同理，正方向别离为B、C。
A、B、C三个方向构成一个三相停止坐标系——ABC坐标系(即定子坐标系，3个方向之间夹角均为120°)。SVPWM算法正是根据该三相坐标系的。
1.2 两电平电压型逆变器原理
两电平电压型逆变器是一种较为常用的逆变器，首要电路由三个桥臂组成，每个桥臂有两个三极管和两个二极管。
电压型逆变器一般选用180°导通操控办法，任何时刻都有不同的乏支主管导通，同一相的上下两个桥臂的主管替换导通，各自导通半个周期。
2 SVPWM原理
逆变器根据操控信号操控各桥臂主管的导通与截止，输出A、B、C三相到电机，驱动电机作业。经过对逆变器操控信号进行处理，能够对电机作业状况实时操控。
空间矢量脉宽调制适宜数字操控器完成，具有输出电流波形杰出、直流环节电压的运用率较高级长处，运用广泛。
用SA、SB、SC表明两电平电压型逆变器V1、V3、V5的开关状况(1表明导通)，V2、V4、V6别离与之相反。逆变器输出的根本电压空间矢量如图2所示，其间Ux(1,2,…,6)后边括号内数字别离对应SA、SB、SC。
八个电压矢量中：U0与U7为零电压矢量;其他为非零电压矢量，幅值均为|Us|=2Ud/3。当一个电压空间矢量ug坐落两个根本空间矢量之间时，根据平行四边形定则组成，图中以处于U4与U6之间的电压空间矢量为例，两个根本电压空间矢量作用的时刻别离为t1和t2，则：
因为t1+t2≤tg，剩余的时刻就均匀分配给两个零电压矢量U0与U7，两者的作用不影响逆变器输出电压矢量的积分。
选用七段式SVPWM，输出的三相电压波形对称性好，谐波比较少。扇区1中各电压矢量时刻分配图如图3所示，其他扇区同理。
3 SVPWM的Verilog HDL完成办法
SVPWM广泛运用于三相电力体系中，经过对转速和转矩的操控，完成对电机状况的实时操控。运用Verilog HDL仿真完成时，首要触及转速操控、转矩操控和SVPWM波形产生，据此规划Verilog HDL模块如图4所示。
3.1 转速模块
转速模块根据给定的转速输入信号(分频数)，经过对体系时钟进行分频，得到操控时钟。运用100 MHz体系时钟的上升沿和下降沿对操控时钟进行翻转，得到对应转速的操控时钟，不同频率的操控时钟对应电机的转速如表1所示。
3.2 转矩模块
转矩模块根据操控时钟和给定转矩，核算出4种θ对应的t1、t2、t0的值，然后得到各矢量的各开关状况下的持续时刻(即图4中的时刻参数)。由第2节可知，式(2)中θ为ug与地点扇区中的根本电压空间矢量U4、U2或U1之间的夹角。Verilog HDL完成时，选用了24个电压矢量，即每扇区4个矢量，则别离为7.5°、22.5°、37.5°、52.5°。
因为不同转矩时核算t1、t2的值，不能运用惯例乘除法，只能经过左移、右移别离进行乘以2、除以2的运算，且当t1+t2=tg时，ug的最小值为：
所以规划ug=1Ud/2和ug=1Ud/3两组根本时刻参数，跟据式(2)别离得到t1、t2的值如表2所示。转矩输入信号的MSB挑选根本时刻参数，其他比特位数值表明根本时刻参数右移位数(即根本时刻参数除以该数值)。
图3中T0、T7均等于t0/2=(tg-t1-t2)/2，根据转矩输入信号挑选根本时刻参数，并进行向右移位操作，核算出不同θ对应的7个开关状况的持续时刻。
3.3 状况机模块
状况机模块运用操控时钟进行状况转化，矢量状况有24个，开关状况有7个，24个矢量状况早年到后循环转化，每个矢量状况下的7个开关状况依先后次序转化一遍，开关次序如表3所示，各自持续时刻经过计数器计数值与对应时刻参数比较而得到。如图3所示，设两个非零电压矢量中，与零矢量U0相邻的是ua另一个是ub，可知ua有必要是U4、U2、U1中的一个，ub有必要是U6、U3、U5中的一个，详细如表3所示。
3.4 波形产生模块
波形产生模块根据矢量状况和开关状况，决议三相的输出电压矢量(U0，U1，…，U7)。24个矢量状况别离坐落6个扇区中，根据矢量对应的开关状况挑选输出电压矢量，各扇区中矢量的开关次序如表3所示。
4 仿真验证
运用Active-HDL软件进行仿真验证，树立仿真模块，供给体系时钟和复位信号，设定不同转速输入信号及转矩输入信号进行仿真，下面以部分仿真截图对规划进行验证。
4.1 转速调理仿真
转速调理仿真时，设定相同转矩ug=1Ud/3，比照两种不同转速仿真如下。
由表1可知，体系时钟分频数设定为1时，对应转速为100 r/s，即周期为10 ms，如图5所示，最下面是24个矢量状况的十六进制数，仿真显现一个周期约10 ms，因为计数器值为整数，核算时对小数进行了四舍五人，而且仿真开端存在必定时刻对变量进行初始化，所以存在很小的差错，成果契合预期。体系时钟分频数设定为4时，对应转速为25 r/s，即周期为40ms，如图6所示，仿真成果契合预期。
4.2 转矩调理仿真
转矩调理仿真时，设定相同转速100 r/s，比照3种不同转矩仿真成果。
图5(见4.1末节)、图7、图8别离是ug=1Ud/3、ug=1Ud/4、ug=1Ud/8时的仿真成果。由三相电机PWM调制原理得知，三种转矩情况下，波形的基波重量的绝对值顺次下降，仿真波形契合预期。
5 结束语
文中针对24矢量7段式SVPWM算法规划完成办法，根据Verilog HDL进行软件仿真，首要仿真不同转速、转矩时的SVPWM波形、验证了规划达到了预期的作用。
在SVPWM实践运用中，一般都会刺进死区时刻，避免逆变器桥臂产生瞬间短路，本文的规划完成没有对此进行规划，后期能够改善这一点，一起，能够运用相关FPGA/CPLD归纳软件下载到硬件，进行硬件完成。
