SVPWM技术在蓄电池充放电装置中的应用

图５主电路控制系统结构简图 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓ“ｊｓｔｅｍ
当蓄电池充电时，装置主电路工作在整流状态， 上图中的电压ＰＩ调节器的输出，。为正值，表示主 电路交流侧输入电流与电网电压同相。蓄电池放电 时，通过直流变换电路向主电路的直流侧输送能量， 使直流侧电压玑抬高，电压ＰＩ调节器的输出，。为
若：Ｕ越＞０，则Ａ＝１，否则Ａ＝０；Ｕ。ｎ＞０，则
流的幅值，。，它与交流电压相位信号相乘后形成交
Ｂ＝１，否贝０ Ｂ＝０；Ｕ。ｏ＞０，贝《Ｃ＝１，否贝０ Ｃ＝０。 设：ｓｅｃｔｏｒ＝Ａ＋２Ｂ＋４Ｃ。当：ｓｅｃｔｏｒ＝１，Ｕ村位于图３ 所示的Ｉ扇区；ｓｅｃｔｏｒ＝２，Ｕ耐位于图３所示的Ⅱ扇
流输入参考电流信号，止。，，。。＋与实际电流，。。比较 得到电流误差，对电流误差进行ＰＩ调节，用以减缓 电流在动态过程中的突变。然后再与输入电压的空
Ｔ＝Ｔｌ＋疋＋％
（５） 期，运算速度快；②指令丰富、灵活；③定时器连续向
ＴＯ＇耐＝Ｔｌ Ｈ＋疋Ｋ
（６） 上，下计数生成对称ＰＷｂｌ波形；④３个全比较单元
写成转换到二相坐标系的矩阵形式
（≥）＝ｒ（≥：：妾）（麓）＝，（麓：
Ｍ 也
Ｍ笠 ｔｌ－●／
、ｌＩ＿，
，ｆＩ－●、，ｋ 以％＂
其中膨。卜肘。：、Ｍ：。、Ｍ笠为相邻两向量Ｌ、Ｋ
构成的矩阵的逆矩阵Ｍ中的元素，当Ｕ耐处于不同
的扇区时，不同的矩阵肠是确定的，如Ｕ心处于第
１扇区时，矩阵Ｍ为Ｋ、Ｋ构成矩阵的逆矩阵。
玑、％为输出电压矢量ｕ耐在二相坐标系口、卢轴上
的投影，０为ｕ耐与口轴的夹角。其中
玑＝Ｉ ｕ耐ｌ ｃｏｓＯ＝Ｉ ｕ。ｆＩ ｃｏｓ（２妒）
（８）
生成６路互补的ＰＷＭ；⑤具有生成ＳＶＰＷＭ的硬件 电路。
参考文献： ［１］于永谦．矿山运输机械［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，１９９３． ［２】梁庚煌．起重运输机械手册（第一册）［Ｍ］．北京：化学工业出版
社，１９８２． ［３］运输机械设计选用手册（上册）ＩＭ］．北京：化学工业出版社，１９９８． ［４］王业文．调速型液力偶器在带式输送机中的应用［Ｊ］．矿山机械，
装置中的可逆整流主电路结构如图２所示。主 要包括交流侧的电感Ｌ．、等效电阻Ｒｎ直流电容ｃ。， 以及由６个全控型器件ＩＧＢＴ和续流二极管组成的 三相全桥电路。“Ｈ、ｕ¨“。为电源电压，电阻Ｒｄ和 反电势Ｅ。串联等效支流侧蓄电池负载。设开关器 件为理想开关，其通断状态由开关函数描述。开关 函数定义为：．ｓ。＝１（Ｓ。’＝０），上桥臂ＩＧＢＴ导通，下 桥臂ＩＧＢＴ截止；Ｓｋ＝０（Ｓｋ’＝１），上桥臂ＩＧＢＴ截 止，下桥臂ＩＧＢＴ导通。
№．２
ＶＩ｛
Ｖ１ ６
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图２装置中的主电路图
Ｐｏｗｅｒ ｃｉｒｃｍｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ ｄｅｖｉｃｅ
根据开关函数的定义，若以各相上桥臂ＩＧＢＴ的
导通、截止状态为基准，则电压空间矢量共有８种基
本工作状态（０００）、（００１）、（０１０）、（０１１）、（１００）、
一个开关器件，本文采用的七段式空间矢量合成方 式为：每个零矢量均以（ｏｏｏ）开始和结束，中间的零 矢量为（１１１），非零矢量的顺序保证每次只有一个开 关切换。
上述算法无需计算反正切，也无需查表求取角 度，非常适合数字实现。 ２．３基于ＴＭＳ３２０Ｆ２４０的ＳＶＰＷＭ的算法实现
ＴＭＳ３２０Ｆ２４０是美国ＴＩ公司开发的专门用于电
ｍｙ ｕｐ Ｉ ＣＳＴ．ｅｅｔ．Ｉｔ
ｈａｖｅ ｓｏｍｅ—ｒｅｆｅｒｅｎｅｅ ｖＭｕｅ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｓｏｎ ｓｔａｒ ｕｐ ｉｎ Ｍｌｔ ｃｏｎｖｅｙｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｅｌｔ ｃｏｎｖｅｙｅｒ；ｓｏｆｔ ｓｔａｎ ｕｐ；ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍＭｕｌｍｅｄ ｈｙｄｍｕｌｉｅ ｃｏｕｐｌｅｒ；ｌｉｑｕｉｄ ｓｌｉｍｎｅｓｓ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ ｕｐ；ＣｓＴ
其中，口＝ｅ２州３
设三相电网电压平衡，且只考虑基波分量，．则 空间矢量Ｕ。，Ｊ．和Ｕ耐的关系如图４所示，并有：
Ｕ。ｆ＝Ｕ。一Ｒபைடு நூலகம்，．一Ｌ。ｄｉ。Ｉｄｔ。
ＬＨ
彩
．冀≮， ／ｌ。＼Ｕａ
Ｕ～ｄ。
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７
Ｊ∞Ｌ。ｉ。
Ｖ／州‘７
图４空间矢量的关系图
№．４ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｖｅｃｔｏｒｓ
２．２电压空间矢量的简化算法 （１）矢量作用时间的确定 根据参考电压矢量ｕ耐，可以直接计算空间矢
％＝ｌ Ｕ舶ｆＩ ｓｉｎ０＝Ｉ Ｕ耐ｌ ｓｉｎ（２７ｃｆｉ）
（９）
波周期Ｕ耐的位置，查各扇区内空间矢量及其开关
根据式（７），可以算出，两相邻向量Ｋ、Ｋ的持续作 时间表得到需要的两相邻矢量，并计算出它们分别
用时间Ｌ、瓦，在其他各个扇区内均有此类似关 系。零矢量的作用时间７＂ｏ＝Ｔ—Ｔ。一疋。
（２）扇区的确定
万方数据
．１２４．
ＳＶＰＷＭ技术在蓄电池充放电装置中的应用——吴舁，等
放电过程所要求的电流、电压和时间控制。
２００５年第４期
蛊位检嚣测Ｉｌ ｌｌ压盛检翥测ｌＩ ｌ交检藿测黔ｌ ＩＫ充／控＇制 Ｄ始ｒｌＣ制检Ｈ测篱
图１系统结构框图 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｙ翻ｌｅｍ
２电压空间矢量ＰＷＭ的简化算法 ２．１ 电压空间矢量控制的基本原理
区；ｓｅｃｔｏｒ＝３，Ｕｌｅｆ位于图３所示的Ⅲ扇区；ｓｅｃｔｏｒ＝４， 间矢量进行比较控制，最终使ＤＳＰ全比较单元输出
Ｕ。，位于图３所示的Ⅳ扇区；ｓｅｃｔｏｒ＝５，Ｕ村位于图３ ＩＧＢＴ所需的控制脉冲。
所示的Ⅵ扇区；ｓｅｃｔｏｒ＝６，Ｕ耐位于图３所示的Ｖ扇
区。 （３）开关矢量的确定 为保证系统在各种情况下，每次切换都只涉及
（１０１）、（１１０）、（１１１），即Ｋ—Ｋ。其中Ｖ。。Ｋ是有
效矢量，Ｋ和Ｋ是零矢量，电压空间矢量的分布
位置如图３所示。空间矢量ＰＷＭ控制是通过分配 电压空间矢量（尤其是零矢量）的作用时间，最终形
成等幅不等宽的ＰＷＭ脉冲波，实现追踪磁通的圆 形轨迹。
设电网电压为三相对称电压
卜２ Ｕｍｓｌ似
｛“。ｂ＝Ｕ。ｓｉｎ（以一１２００）
可控硅软起动系统是通过控制可控硅的相位角 来实现对起动电压的控制，从而实现降压起动。可控 硅软起动系统的电压控制范围更广，一般在（２０％～ １００％）Ｕ。之间，使起动电流由原来的高出正常运行 的６～１０倍降到２—３倍，因此，其起动性能优越于 传统意义上的降压起动。可控硅主回路是采用３对 反并联、利用全数字技术来实现对电机起动电压、电 流的控制，从而实现带式输送机的软起动。 ４结语
、）ｙＡＮＧ Ｘｉｎ—ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ—ｐｉｎｇ－ＨＵ Ｃｈａｎｇ—ｄｍ
（Ｄｏｎ幽蚰Ｍ蹦ｕｆ∞ｔｕＩｉｎｇ Ｃ０ｒｐｏｒＢｔｉｏｎ ｉｎ｝Ｉｅｎａｎ，Ｐｉ喇ｎｇｓｈ眦４６７０２ｌ，ＣｈｉＩｌａｌ
Ａｂｓ仃ａｃｔ：Ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ
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文章编号：１００３．０７９４（２０Ｑ５）０４．０１２３．０４
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ＳＶＰＷＭ技术在蓄电池充放电装置中的应用
吴舁，王清灵 （安徽理工大学，安徽淮南２３３００１）
摘 要：首先叙述了空间电压矢量的基本原理，同时给出一种采用矩阵求解两相邻向量作用
时间的方法，然后介绍了如何用数字信号处理器ＴＭＳ３２０脚实现对称ＳＶＰＷＭ波形，并且在此基
本文主要给出了用软件方法来实现ＳＶＰＷＭ。 即：采用全比较单元电路，根据输出电压矢量Ｕ耐所 在的不同扇区来对其相邻两向量和２个零状态矢量 进行合成。
系统硬件的初始化主要完成比较控制寄存器、 定时器控制寄存器以及周期寄存器的相关设定。在 软件设计部分，程序编写包括主程序和一个定时器 周期中断子程序，主程序根据控制策略设定好需要 的频率，等待中断的产生即可。在定时器中断子程 序中，根据此时，和Ｕ耐的当前位置确定出下一个载
采用ＣＳＴ软启动系统，用户可根据实际需要， 通过控制器设置所需要的加速度曲线和启动时间。 在收到启动信号后，电机空载启动，达到额定速度 后，液压系统开始增加离合器反应系统的压力。当 反应盘相互作用时，其输出扭矩与液压系统的压力 成正比。设在输出轴上的速度传感器检测出转速并 反馈给控制系统，该速度信号与控制系统设置的加 速度曲线比较，其差值将用于调整反应盘的压力，从 而确保稳定的加速度曲线的斜率。 ３．４可控硅软起动系统
又可作为蓄电池放电的负载；且在蓄电池充、放电的 过程中，均可以实现网侧电流正弦化和高功率因数、 低谐波污染，节能效果显著。ＤＣ／ＤＣ变换电路完成 逆变直流电能与蓄电池电能的转换，保证蓄电池充
整个硬件系统提供完整的控制。主要包括电控器、 液压控制器、数字测速器等；通过固态数字逻辑电路 提供准确的加速度控制，整个工作过程通过计算机 工作站编程控制及屏幕显示。
根据参考电压矢量Ｕ耐及其在口、ｐ坐标系的分 量Ｕ，。、Ｕ刚并定义
１ ｆ Ｕ曲２
｛ｕ曲＝，／３／２“。一１／２ｕ蝈
（１０）
Ｉ
—
Ｌ Ｕ，。ｏ＝一√３／２Ｍ。。一Ｉ／２Ｍ。口
作用的时间。 ３基于ＳＶＰＷＭ的控制策略
采用直接电流控制（即直接引入交流输入电流 反馈实行控制）实现在装置中的电压矢量脉宽调制。 图５给出了基于ＳＶＰＷＭ技术的装置主电路控制系 统结构简图。采用双环控制，其外环为直流电压控 制环，内环为交流电流控制环。直流输出电压给定 信号和实际直流电压比较后的误差信号送人ＰＩ调 节器，ＰＩ调节器的输出即为主电路交流输入参考电
础上详细地叙述了ＳＶＰＷＭ技术在蓄电池充放电装置中的具体应用。
关键词：蓄电池；整流器；空间电压矢量；数字信号处理器
中图号：嘲９ｌｌ
文献标识码：Ｂ