空间电压矢量PWM
SVPWM电压矢量控制ppt课件
2 3
(u
A
uBe j
uCe j2
)
13
8个基本空间矢量
PWM逆变器共有8种工作状态
当 SA SB SC 1 0 0
uA
uB
u
C
Ud 2
Ud 2
Ud 2
u1
2 Ud (1 e j e j2 ) 32
2
Ud
j 2
(1 e 3
j 4
e 3
)
32
2 Ud [(1 cos 2 cos 4 ) j(sin 2 sin 4 )]
3
2 Ud (1 j 3) 32
2U 3
d
e
j
3
依此类推，可得8个基本空间矢量 。
15
8个基本空间矢量
6个有效工作矢量
u1 u6
幅值为
2U 3
d
空间互差
3
2个零矢量 u0、u7
16
基本电压空间矢量图
图5-24 基本电压空间矢量图
17
正六边形空间旋转磁场
6个有效工作矢量 u1 u6
顺序分别作用△t时间，并使
SPWM的基波线电压最大幅值为
U' lm m ax
3U d 2
两者之比
U lm max U'
lm m ax
2 1.15 3
SVPWM方式的逆变器输出线电压基波最大 值为直流侧电压，比SPWM逆变器输出电压 最多提高了约15%。
33
SVPWM的实现
通常以开关损耗和谐波分量都较小为 原则，来安排基本矢量和零矢量的作用 顺序，一般在减少开关次数的同时，尽 量使PWM输出波型对称，以减少谐波 分量。
Ud
SVPWM原理介绍
SVPWM 原理介绍SVPWM 原理介绍PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调整，这是⼀种利⽤⾯积等效原理实现的控制技术。
SVPWM（Space Vector PWM）空间⽮量PWM控制，因为控制电动机内部的圆形旋转磁场，最终需要控制的是电压空间⽮量。
⼀般控制电机的三相电压相互成120度，以正弦的形式变换。
我们需要控制的就是这三相电压呈现这种形式来最终控制到电磁转矩。
主电路图如下所⽰：由于逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的空间电压⽮量，特定义开关函数Sx(x=a、b、c) 为：(Sa、Sb、Sc)的全部可能组合共有⼋个，包括6个⾮零⽮量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和两个零⽮量 U0(000)、U7(111)，下⾯以其中⼀种开关组合为例分析，假设Sx(x=a、b、c)=(100)，此时：求解上述⽅程可得：UaN=2Ud/3、UbN=-Ud/3、UcN=-Ud/3。
同理可计算出其它各种组合下的空间电压⽮量，列表如下：⼋个基本电压空间⽮量的⼤⼩和位置如下图所⽰：如果某⼀瞬间要求的电压控制键⽮量在第⼀扇区，那么可以根据第⼀扇区的⽮量U4以及U6以及零⽮量U0或U7合成所要求的⽮量U。
经过计算，可以得到各⽮量的状态保持时间为：式中 m 为 SVPWM 调制系数（调制⽐）：若要求Uref的模保持恒定，则Uref的轨迹为⼀圆形；若要求三相电压波形不失真（即不饱和），则Uref的轨迹应在正六边形内部；结合此两点可知Uref的模取最⼤值时的轨迹为正六边形的内切圆，此时m=1，故m<=1。
我们以减少开关次数为⽬标，将基本⽮量作⽤顺序的分配原则选定为：在每次开关状态转换时，只改变其中⼀相的开关状态。
并且对零⽮量在时间上进⾏了平均分配，以使产⽣的 PWM 对称，从⽽有效地降低PWM的谐波分量。
空间电压矢量控制PWM
空间电压矢量控制PWM
空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形.此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通).
具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式.磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量,若采样时间足够小,可合成任意电压矢量.此法输出电压比正弦波调制时提高15%,谐波电流有效值之和接近最小.磁通闭环式引
入磁通反馈,控制磁通的大小和变化的速度.在比较估算磁通和给定磁通后,根据误差决定产生下一个电压矢量,形成PWM波形.这种方法克服了磁通开环法的不足,解决了电机低速时,定子电阻影响大的问题,减小了电机的脉动和噪音.但由于未引入转矩的调节,系统性能没有得到根本性的改善.。
基于空间电压矢量的三相电压型PWM整流器的研究
＝
－
Ｔ 封
２ 空 间电压 矢量 （ Ｖ ＷＭ） 制原 理 ＳＰ 控
斗，
２ １ 扇 区 判 断 ． 由图 １ 根据功率管不同的开通 和关 断状态 ， 整流 器有 ８
，
＝
一
种导通模 式 ， 对应 ８个 空 间 电压矢 量状 态 （ ０ ００—１１ ， １ ） 矢
量 分 布 如 图 ３所 示 。
‰ ＝一
（） ３
分析 Ｐ ＷＭ整流器要从其数学模 型人手 ， 推导整 流器 的数 在 学模 型之前 ， 先作 出以下假设 ： １ ）忽略分布参 数的影响 ；
２ ）三 相 电 源 为 理 想 电 压 源 ；
０
３ ）主回路 等效 电阻和电感相等 ；
４ ）忽略功率器件的导通压降和开关损耗 ；
中图分类号 ：Ｍ ６ Ｔ ４１
文献标识码 ： Ａ
０ 引言
随着电力电子装 置在各个领 域的广泛应用 ， 中大量低 其 功率因数的不控整流设备 只能实现能量的单向传输 ， 并且对 电网的谐波污染 十分严 重 。而新 型 Ｐ ＷＭ 整流 装置具 有高 功率因数 、 输入 电流 波形 为正 弦 、 低谐 波 污染 、 能量双 向流 动、 小容量储能环节和恒定 直流 电压控 制等优点 ， 正实现 真
了“ 色 电能 变 换 ” 在 电 力 系 统 有 源 滤 波 、 功 补 偿 、 阳 绿 ， 无 太 能 发 电 以及 交 直 流传 动系 统 等 领 域 ， 来 越 具 有 广 阔 的 应 用 越 前 景 ０ ， 中 Ｓ Ｐ 其 Ｊ Ｖ ＷＭ （ 间矢 量 调 制 ） 具 有 直 流 电 压 利 空 因
律 ， 以列 写 如 下 方 程 ： 可
三相静 止坐标系 下 的数 学模型物理 意义清 晰、 观 ， 直 但 由于整流器交流侧均为时变交流量 ， 不利于控制系统的设 计 。三 相静止 坐标系到两 相静 止坐标系的变换矩 阵 ｃ ｓ ２ ３／ ｓ ，
空间电压矢量调制SVPWM技术详解
对应两个非零电压矢量 Ux、Uy 和零电压矢量 U0 在一个采样周期的
作用时间；其中 U0 包括了 U0 和 U7 两个零矢量。式(1-6)的意义是，
矢量 Uref 在 T 时间内所产生的积分效果值和 Ux、Uy、U0 分别在时
间 Tx、Ty、T0 内产生的积分效果相加总和值相同。
由于三相正弦波电压在电压空间向量中合成一个等效的旋转电
尽可能避免在负载电流较大的时刻的开关动作，最大限度地减少开关
损耗。
一个开关周期中空间矢量按分时方式发生作用，在时间上构成一
个空间矢量的序列，空间矢量的序列组织方式有多种，按照空间矢量
的对称性分类，可分为两相开关换流与三相开关换流。下面对常用的
序列做分别介绍。
第 6 页 共 19 页
1.2.1 7 段式 SVPWM
Ts
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
T2/2
T6/2
T7/2
T7/2
T6/2
T2/2
Ⅲ区（120°≤θ≤180°） …2-3-7-7-3-2…
Ts
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
表 1-2 UREF 所在的位置和开关切换顺序对照序
UREF 所在的位置
开关切换顺序
三相波形图
Ts
0
1
1
1
1
1
1
0
Ⅰ区（0°≤θ≤60°）
…0-4-6-7-7-6-4-0…
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法PWM（脉宽调制）是一种广泛应用于电子设备中的控制方法，通过控制信号的脉冲宽度来改变电路或设备的输出功率。
以下是几种常见的PWM 控制方法：1.定频PWM控制定频PWM控制是一种简单而常见的PWM控制方法，通过将固定频率的脉冲信号与一个可变的占空比相乘来实现控制。
脉冲的高电平时间代表设备处于工作状态的时间比例，而低电平时间代表设备处于停止状态的时间比例。
定频PWM控制可通过调整脉冲的占空比来改变输出功率，但频率固定不变。
2.双边PWM控制双边PWM控制是一种可调节频率和占空比的PWM控制方法。
与定频PWM不同的是，双边PWM控制可以根据需求调整脉冲的频率和占空比。
通过改变脉冲的频率和占空比，可以获得较高的精度和更灵活的控制效果。
3.单脉冲宽度调制（SPWM）单脉冲宽度调制是一种通过调整脉冲宽度的PWM控制方法。
与常规PWM不同的是，SPWM控制中只有一个脉冲被发送，其宽度和位置可以根据需求进行调整。
SPWM控制常用于逆变器和交流驱动器等高精度要求的应用，可以实现比其他PWM控制方法更精确的波形控制。
4.多级PWM控制多级PWM控制是一种在多个层次上进行PWM调制的控制方法。
通过将一系列的PWM信号级联起来，每个PWM信号的频率和占空比不同，可以实现更高精度和更复杂的波形控制。
多级PWM控制常用于高性能电机驱动器、中央处理器(CPU)和功率放大器等需要高精度信号处理的应用。
5.空间矢量调制（SVPWM）空间矢量调制是一种通过调整电压矢量的方向和大小来实现PWM控制的方法。
SVPWM通过控制电压矢量之间的切换来生成输出波形，可以实现较高的电压和电流控制精度。
空间矢量调制常用于三相逆变器、电子制动器和无刷直流电机等高功率应用中，可以实现高质量的输出波形。
6.滑模PWM控制滑模PWM控制是一种通过添加滑模调节器来实现PWM控制的方法。
滑模调节器可以通过反馈控制来实现系统的快速响应和鲁棒性，从而实现更好的控制效果。
SVPWM原理介绍和特点汇总
SVPWM 原理介绍和特点汇总
SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由3 三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。
空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同，它是从三三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。
SVPWM 技术与SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。
下面将对该算法进行详细分析阐述。
SVPWM 的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM 波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM 方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术
高压直流输电（HVDC）
适用于高压直流输电系统的电压调节 和电流控制。
电机控制
用于无刷直流电机（BLDC）、永磁 同步电机（PMSM）等电机的控制。
不间断电源（UPS）
用于不间断电源系统的电压调节和能 量转换。
智能电网
用于智能电网中的分布式电源接入和 能量调度。
电压空间矢量PWM(SVPWM)的特点
高电压输出
高效节能
易于数字化实现
降低谐波干扰
能够实现高电压的输出， 适用于高压直流输电
（HVDC）等应用场景。
通过优化PWM脉冲宽度 和角度，实现更高的电 压输出和更低的损耗。
基于数字信号处理（DSP）等 数字技术，实现SVPWM算法
的快速计算和控制。
通过优化PWM脉冲的形 状和角度，降低对电网
电磁干扰
SVPWM控制技术产生的 电磁干扰较小，对周围环 境的影响较小。
04
电压空间矢量 PWM(SVPWM)控制优 化策略
电压空间矢量分配优化
考虑电机参数
根据电机的具体参数，如电感、 电阻等，优化电压空间矢量的分 配，以提高控制精度和响应速度。
降低谐波影响
通过优化电压空间矢量的分配，降 低PWM控制过程中产生的谐波， 减小对电机和整个系统的负面影响。
电压空间矢量 PWM(SVPWM) 控制技术
目录
• 电压空间矢量PWM(SVPWM)技 术概述
• 电压空间矢量PWM(SVPWM)控 制算法
• 电压空间矢量PWM(SVPWM)控 制性能分析
目录
• 电压空间矢量PWM(SVPWM)控 制优化策略
• 电压空间矢量PWM(SVPWM)控 制技术发展趋势
电流输出精度
SVPWM和SPWM的比较
SPWM与SVPWM之比较首先，先分别了解SPWM和SVPWM的原理SPWM原理：正弦PWM的信号波为正弦波,就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形,其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的.正弦波波形产生的方法有很多种,但较典型的主要有:对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种.第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小,所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波,显然输出电压高于前者,但对于微处理器来说,增加了数据处理量当载波频率较高时,对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的,它兼顾了前两种方法的优点. SPWM虽然可以得到三相正弦电压,但直流侧的电压利用率较低, 最大是直流侧电压的倍,这是此方法的最大的缺点.SVPWM原理：电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同,SPWM调制是从三相交流电源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源.而SVPWM是将逆变器和电动机看成一个整体,用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量,建立逆变器功率器件的开关状态,并依据电机磁链和电压的关系,从而实现对电动机恒磁通变压变频调速.若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨迹为圆形. SVPWM比SPWM的电压利用率高15%,这是两者最大的区别,但两者并不是孤立的调制方式,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,因此SVPWM有对应SPWM的形式.反之,一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的,只不过SPWM易于硬件电路实现,而SVPWM更适合于数字化控制系统.接下来对SPWM和SVPWM进行具体的对比。
按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。
SPWM与SVPWM之比较 (2)
一、 原理比较
(1)、SPWM 正弦 PWM 的信号波为正弦波,就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉 冲波形,其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的 .正弦波波形产生的方 法有很多种,但较典型的主要有:对称规则采样法、 不对称规则采样法和平均对称 规则采样法三种.第一种方法由于生成的 PWM 脉宽偏小,所以变频器的输出电压 达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波 ,显然 输出电压高于前者,但对于微处理器来说,增加了数据处理量当载波频率较高时, 对微机的要求较高 ; 第三种方法应用最为广泛的 , 它兼顾了前两种方法的优点 . SPWM 虽然可以得到三相正弦电压 ,但直流侧的电压利用率较低 , 最大是直流侧 电压的倍,这是此方法的最大的缺点. (2)SVPWM 电压空间矢量 PWM(SVPWM)的出发点与 SPWM 不同,SPWM 调制是从三相交流电 源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源 .而 SVPWM 是将逆变器和电动机看成一个整体 ,用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量 , 建立逆变器功率器件的开关状态 ,并依据电机磁链和电压的关系 ,从而实现对电 动机恒磁通变压变频调速 .若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电 压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨 迹为圆形. SVPWM 比 SPWM 的电压利用率高 15%,这是两者最大的区别,但两者并不 是孤立的调制方式,典型的 SVPWM 是一种在 SPWM 的相调制波中加入了零序分量后 进行规则采样得到的结果,因此 SVPWM 有对应 SPWM 的形式.反之,一些性能优越的 SPWM 方式也可以找到对应的 SVPWM 算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的, 只不过 SPWM 易于硬件电路实现,而 SVPWM 更适合于数字化控制系统.
电压空间矢量PWM控制
文章编号：1009-0193(1999)04-0086-05电压空间矢量（磁链追踪）PWM控制研究与仿真翁颖钧，吴守箴(上海铁道大学电气工程系，上海200331)摘要：为了提高电机的功率因数，降低开关损耗，基于气隙磁通控制原理，以电压矢量组合来逼近圆形磁链轨迹，而电压矢量的选择对应不同开关模式，因此构成电压矢量控制PWM逆变器。
利用C语言仿真，该法输出电压较一般SPWM 逆变器提高15%，每次状态切换只涉及一个元件，开关损耗降低，且模型简单，适用于各种PWM调速装置。
关键词：电机；空间矢量；PWM控制中图分类号：TM301.2 文献标识码：A1 基本原理由电机学可知，在由三相对称正弦电压供电时，电机的定子磁链的幅值是恒定的，并以恒速ω1旋转。
磁链矢量顶端运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场（简称磁链圆），我们可以用定子磁链的矢量式来表述：式中，λm 为的幅值，ω1为旋转角速度。
当转速不是很低时，定子电阻压降较小，可以忽略不计，则定子电压与磁链的近似关系可表示成：上式表明，电压矢量V1的大小等于λ1的变化率，而其方向则与λ1的运动方向一致。
由式(1)，(2) 可得：由(3)式可见，当磁链幅值λm 在运动过程中一定时，的大小与ω1(或供电电压频率f1)成正比，其方向为磁链圆轨迹的切线方向。
当磁链矢量在空间旋转一周时，电压空间矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动经过2π弧度，其轨迹与磁链圆是重合的。
这时,我们就把气隙旋转磁场的轨迹与电压空间矢量联系起来。
从三相逆变器—异步电机原理图(见图1)可知，为了使电动机对称工作，必须三相同时供电，从逆变器的拓扑结构以及式(2)来看，每个输出电势Vao ，Vbo，Vco都具有二个值，例如±Vd/2，如此线性组合即可得到矢量23=8种电压类型。
图(2)表示了电压空间矢量的放射状分布。
每个矢量标注了0(000)～7(111)，0表示同一桥臂的二个晶闸管的下面一个导通，1表示上侧的导通，k表示对应二进制数的十进制数。
空间电压矢量PWM算法的SIMULINK仿真实现
３ 空间电 压矢量 Ｐ ＷＭ 的算法
利 用 Ｓ ＷＭ 技 术进 行 实 时 调制 ， 将 ＶＰ 需 周 期 。 量作 为输 入 。 ３１ 计 算参 考电 压矢 量 ｆ ｄ分 量和 ｑ分量 ． 的 由 ｄ ｑ变 换 可 得 到 －
（ 西南交通大学 电气工程 学院 ， 成都 ６ ０ ３ ） 四川 １ ０ １
要 ： 绍 了空 间电压 矢量 Ｐ Ｍ （ ＶＰ 介 Ｗ Ｓ ＷＭ ） 术 的基 本 原理 及其 实现 的算 法 ， 技 并对 该 Ｓ ＷＭ 算法 用 ＭＡＴ— ＶＰ
Ｌ ６ ５ＳＭＵＬＮＫ进 行 了仿真 ， 后给 出 了仿 真 结果 。 ＡＢ ．／ Ｉ Ｉ 最 关键词 ： 空间 电压矢 量 Ｐ Ｍ ； Ｗ 仿真 ； ＭＡＴＬ ＡＢ函数 中图分类 号 ： ＴＭ７ ４２ １． 文献 标 识码 ： Ｂ
Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｇ ｒｔ ｍ ｆＶｏ ｔ ｇ ｐ ｃ ｃ ｏ ｉ ｌｔｏ ｆＡｌ ｏ ｉｈ ｏ ｌａ ｅ Ｓ ａ ｅ Ｖｅ ｔ ｒＰＷ Ｍ
ＨＵＡ ａ － ｐｉｇ Ｗ ＡＮＧ ｎ Ｍ ＥＮＧ ｎ － ｌ ｇ ＬＡＮ ｉ Ｘｉ ｏ ｎ Ｂｅ Ｌｉ ｇ－ ｉ ｎ Ｊ ｎ一 Ｍ ＥＮＧ ｎ ｂ Ｑｉ － ｏ （ ｏ ｔ ｗｅ ｔｒ ｉｏ ｏ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ， ｅ ｇ ｕ ６ ０ ３ ， ｉ ａ Ｓ ｕ ｈ ｓ ｅ ｎ Ｊａ ｔ ｎ ｉｅ ｓｔ Ｃｈ ｎ ｄ １ ０ １ Ｃｈ ｎ ）
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｉ ｐ ｐ ｒｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ａ ｉ ｒｎ ｉｌ ｆｐ ｌｅ ｗｉｔ ｄ ｌｔｏ ａ ｅ ｎ ｖ ｌａ ｅｓ ａ ｅ ｖ ｃｏ ｓ ｔ ａ ｔ Ｔｈｓ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓｔ ｅｂ ｓｃｐ ｉｃｐ ｅ ｏ ｕ ｓ ｄ ｈ ｍｏ ｕａ ｉｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｔｇ ｐ ｃ ｅ ｔ ｒ
空间矢量_svpwm_调制_共模电压问题_概述说明以及解释
空间矢量svpwm 调制共模电压问题概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文旨在对空间矢量(SVPWM)调制技术中的共模电压问题进行全面概述和解释。
SVPWM是一种高性能的电力电子调制方法，被广泛应用于各个领域，如交流电机驱动、无线充电系统等。
然而，在SVPWM调制过程中，常常会出现共模电压问题，这会导致系统性能下降、噪声增加甚至设备损坏。
1.2 文章结构本文将分为五个主要部分来讨论空间矢量SVPWM调制中的共模电压问题。
首先，引言部分将介绍文章的背景和目的。
其次，在第二部分将对SVPWM调制原理进行详细介绍，并探讨其实现方法及应用领域。
第三部分将对共模电压问题进行概述，包括该问题的定义和背景以及影响因素的分析和解决方法综述。
接着，在第四部分将深入解释共模电压问题，包括其原因分析、特征和表现形式以及影响因素的详细解释。
最后，在第五部分给出主要观点总结，并展望未来可能的研究方向。
1.3 目的本文的目的是全面阐述和解释空间矢量SVPWM调制中的共模电压问题。
通过对该问题的概述和解释，读者将更加深入地理解共模电压问题对系统性能和设备稳定性的影响，并了解当前已有的解决方法。
同时，本文也旨在为未来相关研究工作提供指导和展望，以便进一步改善SVPWM调制技术在各个应用领域中的表现。
2. 空间矢量svpwm 调制2.1 原理介绍空间矢量PWM (Space Vector PWM, SVPWM) 是一种常用的控制技术，广泛应用于电力电子领域中的交流电机驱动系统。
它通过合理的结合和控制三个相位电压，可以实现对输出电压矢量的精确控制，从而实现对电机转速、转矩等参数的精确调节。
在空间矢量PWM 调制中，将三个相位电压作为一个整体来处理，并将其表示为一个空间矢量。
通过改变空间矢量的大小和方向，可以实现逆变器输出电压的调节。
2.2 实现方法空间矢量PWM 的实现方法主要包括如下几步：步骤一：将输入的参考信号转换为空间矢量；步骤二：根据当前所处的扇区以及参考信号与各个零序位置的关系，确定最接近参考信号方向的两个基本矢量；步骤三：根据最接近参考信号方向的两个基本矢量以及预设比例因子，计算得到最终需要输出的三相电压；步骤四：通过逆变器将计算得到的三相电压转换为供给电机的交流电。
空间矢量PWMSVPWM控制
12
6.3.2 三相VSR空间电压矢量 PWM(SVPWM)控制
SVPWM的三相VSR控制则有下列突出优点：
(1) 与SPWM控制相比，其三相VSR直流电压利 用率提高了15．4%。
(2) 与SPWM控制相比，相同的波形品质条件下， SVPWM控制具有较低的开关频率，且平均约降 低30%，从而有效地降低了功率开关管的开关损 耗。
常规的SPWM则将控制重点集中在波形的改进 上，以至在不高的开关频率条件下，难以产生 较为完善的正弦波电压，即使开关频率较高， 由于电压型变流器固有的开关死区延时，从而 降低了电压利用率，甚至使波形畸变，因而难 以获得更为满意的交流电动机驱控制中的SVPWM技 术的类型
可编辑ppt
6
电压空间矢量V*的几种合成方法
方法一：该方法将零矢量均匀地分布在矢量V*的起、 终点上，然后依次由V1、V2按三角形方法合成，如图 a所示。
从该合成法的开关函数波形(见图b)分析，一个开关 周期中，VSR上桥臂功率开关管共开关4次。
（a） V*合成
可编辑pp（t b）开关函数波形
7
频谱分布
由于开关函数波形 不对称，因此PWM 谐波分量主要集中 在开关频率fa及2fa， 其频谱分布如图c所 示。显然，在频率fa 处的谐波幅值较大。
可编辑ppt
（c）频谱分布
8
方法二：方法二的矢量合成与方法一不同的是，
除零矢量外，V*依次由V1、V2、V1合成，并从V* 矢量中点截出两个三角形，如图a所示。
这类SVPWM电流控制方案，一般用于动态电 流响应要求不高的正弦波电流跟踪控制场合， 如高功率因数整流器、无功补偿装置等。
这主要是由于其指令电压矢量受VSR系统及控 制滞后扰动的影响，因而不易取得十分理想的 动态电流响应。
SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解
空间电压矢量调制 SVPWM 技术SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。
空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。
SVPWM 技术与SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。
下面将对该算法进行详细分析阐述。
SPWM 通过控制开关器件的关断得到正弦的输入电压；SVPWM 的控制目标在于如何获得一个圆形的旋转磁场。
之所以成为矢量控制，是因为通过SVPWM 对晶闸管导通的控制可以得到一系列大小和方向可变的空间电压矢量，通过对空间电压矢量进行控制，从而得到圆形旋转磁场。
1.1 SVPWM 基本原理SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。
在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。
两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。
逆变电路如图 2-8 示。
设直流母线侧电压为Udc ，逆变器输出的三相相电压为UA 、UB 、UC ，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。
假设Um 为相电压有效值，f 为电源频率，则有：⎪⎩⎪⎨⎧+=-==)3/2cos()()3/2cos()()cos()(πθπθθm Cm B m A U t U U t U U t U （2-27） 其中，ft πθ2=，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量 U(t)就可以表示为：θππj m j C j B A e U e t U e t U t U t U 23)()()()(3/43/2=++= （2-28） 可见 U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um 为相电压峰值，且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，合成空间电压矢量U （t ）为一个幅值恒定、逆时针旋转速度恒定的一个空间电压矢量。
SVPWM和SPWM的比较
SPWM与SVPWM之比较首先，先分别了解SPWM和SVPWM的原理SPWM原理：正弦PWM的信号波为正弦波,就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形,其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的.正弦波波形产生的方法有很多种,但较典型的主要有:对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种.第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小,所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波,显然输出电压高于前者,但对于微处理器来说,增加了数据处理量当载波频率较高时,对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的,它兼顾了前两种方法的优点. SPWM虽然可以得到三相正弦电压,但直流侧的电压利用率较低, 最大是直流侧电压的倍,这是此方法的最大的缺点.SVPWM原理：电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同,SPWM调制是从三相交流电源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源.而SVPWM是将逆变器和电动机看成一个整体,用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量,建立逆变器功率器件的开关状态,并依据电机磁链和电压的关系,从而实现对电动机恒磁通变压变频调速.若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨迹为圆形. SVPWM比SPWM的电压利用率高15%,这是两者最大的区别,但两者并不是孤立的调制方式,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,因此SVPWM有对应SPWM的形式.反之,一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的,只不过SPWM易于硬件电路实现,而SVPWM更适合于数字化控制系统.接下来对SPWM和SVPWM进行具体的对比。
按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。
电压空间矢量PWMSVPWM控制技术或称磁链跟踪控制技术课件
电压空间矢量的线性组合
（1）线性组合公式
可根据各段磁链增量的相位求出所需的 作用时间 t1和 t2 。在上图中，可以看出
us
t1 T0
u1
t2 T0
u2
us
cos
jus
s in
（6-49）
（2）相电压合成公式 根据式（6-39）用相电压表示合成电压
空间矢量的定义，把相电压的时间函数和 空间相位分开写，得
u1 存在的时间为 /3，在这段时间以 后，工作状态转为 110，和上面的分析
B uBO’
u2 -uCO’
相似，合成空间矢
量变成图中的 u2 ， 它在空间上滞后于
uAO’
A
u1 的相位为 /3 弧 度，存在的时间也
是 /3 。
C
（d）每个周期的六边形合成电压空间矢量
依此类推，随着逆
变器工作状态的切换， 电压空间矢量的幅值
• 电压空间矢量的扇区划分
为了讨论方便起见，可把逆变器的一个 工作周期用6个电压空间矢量划分成6个区 域，称为扇区（Sector），如图所示的Ⅰ、 Ⅱ、…、Ⅵ，每个扇区对应的时间均为/3 。
由于逆变器在各扇区的工作状态都是对 称的，分析一个扇区的方法可以推广到其 他扇区。
• 电压空间矢量的6个扇区
这样，根据各个开关状态的线电压表达式可以推出.代 入式(6-49), 有
us
t1 T0
u1
t2 T0
u2
t1 T0
Ud
t2 T0
Ude jπ
3
U
d
t1 T0
t2 T0
e jπ
3
Ud Tt10
t2 T0
cos π 3
第9章空间电压矢量PWM-资料
s i u i ( S A S B S C ) d 0 t 0 u i ( S A S B S C ) t
磁链矢量增量的方向一定与电压矢量的方向相同。如果电机
中有磁链矢量初始值，则总磁链是这两个矢量的矢量和。零
矢量作用时磁链矢量增量为零，磁链不移动。
磁通轨迹PWM是利用这８个矢量（6个非零矢量、二个零矢 量）进行合理组合，并调控选用矢量的作用时间使磁链轨迹 尽可能地逼近圆形。
Power electronics 电力电子学
空间矢量脉宽调制
西南交通大学
第1节 空间矢量理论基础 1. 空间矢量理论
在三相电机中，三相对称绕组通上相对称电流要 产生一个空间磁势矢量F（旋转磁势矢量）。我们 认为磁势矢量F是由一个对应的等效电流矢量产生， 称其为空间电流矢量
iA
iB
iC
B
ωs
t1 t3 t2
逼近圆形的方法很多，现以折线逼近法为例说明磁通轨迹 PWM的基本方法。
将圆周6等分得到6个区域，每个区域有两个矢量相交。按顺 时针方向，第一个为主矢量，第二个为辅助矢量。每个区域仅 选择主、辅和零矢量作用。用折线来逼近圆弧。
U4
U4
U6
（3） （2）
U5
U6
（3） （2）
U5
（4）
（1）
（4）
（1）
165 162 132 432 435 465 101 100 110 010 011 001
uan
ωt
ubn
ωt
ucn
ωt
V6 V1 V2 V3 V4 V5
由电路得电压方程（不计电阻）
西南交通大学
va
L
空间矢量脉宽调制(SVPWM)的开环讲解
采用空间矢量脉宽调制（SVPWM ）的开环VVVF 调速系统的综合实训一、实验目的1、理解电压空间矢量脉宽调制（SVPWM ）控制的基本原理。
2、熟悉MCKV 电机控制系统的CPU 模块、IPM 模块和机组各部分硬件模块，并确认工作正常。
3、了解SVPWM 变频器运行参数和特性。
二、实验内容：1、熟悉CCS 编程环境，并在CCS 下编译、下载、运行DSP 软件工程。
2、观察并记录定子磁链周期和频率，并分析他们之间的关系。
3、观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形)(t f i v =与)(t f n =；三、实验预习要求1、阅读并掌握三相交流异步电机VVVF 调速系统工作原理。
2、了解电压空间矢量脉宽调制（SVPWM ）控制的基本原理。
3、阅读本次实验指导书和实验程序，写好实验预习报告。
4、在MATLAB/Simulinlk 环境中搭好仿真模型，结合本程序LEVEL1功能框图，完成电流速度双闭环系统交流异步电机矢量控制仿真。
四、实验原理当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并以恒速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转矢量（磁链圆）。
SVPWM 就是着眼于使形成的磁链轨迹跟踪由理想三相平衡正弦波电压源供电时所形成的基准磁链圆，使逆变电路能向交流电动机提供可变频电源，实现交流电动机的变频调速。
现在以实验系统中用的电压源型逆变器为例说明SVPWM 的工作原理。
三相逆变器由直流电源和6个开关元件( MOSFET) 组成。
图1是电压源型逆变器的示意图。
图1 电压源型逆变器示意图对于每个桥臂而言，它的上下开关元件不能同时打开，否则会因短路而烧毁元器件。
其中A 、B 、C 代表3 个桥臂的开关状态，当上桥臂开关元件为开而下桥臂开关元件为关时定义其状态为1 ,当下桥臂开关元件为开而上桥臂开关元件为关时定义其状态为0。
这样A 、B 、C 有000 、001 、010 、011 、100 、101 、110 、111共 8种状态。
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法引言采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端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其他所需要的波形。
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控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM 控制技术获得了空前的发展。
到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法。
1 相电压控制PWM1.1 等脉宽PWM法[1]VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM（Pulse Amplitude Modulation）控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。
等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过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，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。
1.2 随机PWM在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。
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is
?
2 3 (iu
? j 2?
? ive 3
? j 4?
? iwe 3
)
同样三相绕组上的电压构成空间电压矢量
us
?
2 3
(uu
?
?
uve
j 2?
3
? j 4?
? uwe 3 )
旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外， 二相、三相、四相、 …… 任意对称的多相绕组， 通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，其 中以两相最为简单
3 2 Im)
可知，对每个区域空间电压矢量幅值为 2Vd/3, 电 流的最大值是
2Vd ? L 0.5Im ? (? 0.5Im)
3
T/6
Im
?
TVd 9L
当负载中含有电阻时
通解是
vs
?
Rsis
?
L
dis dt
is (t) ?
1 Rs
Vs
?
Ce ? t /?
SVM理论：时间间隔的推导 与矢量控制联系：在 dq轴系上时间间隔的表达式 开关参考函数
V2 V3 V4
V5 V6
ωt
i abc
ωt
对指定的区域，代入空间矢量表达式
v(t) ?
2 3 (ua
? j 2?
? ube 3
? j 4?
? uce 3
)
i(t) ?
2 3 (ia
? j 2?
? ibe 3
? j 4?
? ice 3
)
v(t) ?
2 3 Vd
i(t ) ? 2 ( Im ? 2Vd t) ? (? j 3 2 3L
因变换前后总功率不变，匝数比应为
N3 ? 2 N2 3
即
?i ?
??iβα
? ?
?
2 ??1 ?
3 ??0
?1 2 3
2
? ?
1 2 3 2
??????????iiiACB
? ? ? ??
从二相坐标系变换到三相坐标系
?i A ?
??iB
? ?
?
??iC ??
?1
2 3
??? ???
1/ 1/
2 2
式中， Ui（SA SB SC）为第i个开关状态时加在电机上的电压。 Ψ 为电机内的总磁链。根据电压与磁链的上述关系，可用定
子电压矢量来表示空间磁链矢量。将相平面的实轴与 A相绕
组重合，电压Ui（SA SB SC）可写成如下矢量形式：
? ui (S AS BSc )
?
U d (SA ?
S B e j120 0
N3iC
cos60? ?
N3 (iA
?
1 2
iB
?
1 2
iC )
N2iβ ? N3iB sin 60? ? N3iC sin 60? ?
3 2
N3 (iB
?
iC
)
写成矩阵形式，得
?i ?
??iβα
? ?
?
N3 N2
??1 ? ??0
?1 2 3
2
? ?
1 2 3 2
??????????iiiACB
? ? ? ??
60o 60o
N2iβ N2i?
?
N3iA
N3iC
图中绘出了 A、B、C和? 、?两个坐标系，取 A轴和
? 轴重合。设三相绕组每相匝数为 N3，两相绕组每 相匝数为 N2
三相总磁动势与二相总磁动势相等，两套绕组任意 瞬时磁动势在 ? 、? 轴上的投影都应相等，即
N2iα
?
N3iA
?
N3iB
cos60??
C
Ud + -
B A
n
T4
T6
T2
逆变器的运行模式： 612 、123 、234 、345 、456 、 561 、612 ，… 施加在电机定子绕组上的相电压是 一个六阶梯波电压
如果将三相逆变器的上部元件的导通规定为 1、关
断规定为 0，则逆变器的工作状态可用二进制编码
表示
165 162 132 432 435 465 101 100 110 010 011 001
空间矢量脉宽调制
第1节 空间矢量理论基础 1. 空间矢量理论
在三相电机中，三相对称绕组通上相对称电流要 产生一个空间磁势矢量 F（旋转磁势矢量）。我们 认为磁势矢量 F是由一个对应的等效电流矢量产生， 称其为空间电流矢量
iA
iB
iC
B
ωs
? t1 ? t3 ? t2
?t C
A
F
空间电流矢量的定义：
?
S C e j 240 0 )
i=0,1,2,3,4,5,6,7
当i=1 ， U 1（001 ）=U dej240 在相平面是大小为Ｕd角度为 240 度的矢量；当i=5 ， U5 （101 ）=U d（1+e j240 ）在相 平面是大小为Ｕd角度为300 度的矢量。 空间电压矢量在相平面上的位置与它产生的磁通矢量一致。
开关顺序的确定 离散参考函数：减小开关损耗 不同的矢量 PWM比较 SVM的过调制 电压频率比控制
低频运行模式 高频运行模式 SVM的实现
Park 变换
磁通矢量的确定与理想磁链轨迹
各开关状态下产生的磁势幅值相等，产生的磁链大小也必然相 等．当逆变器按状态S1、3、2、6、4、5、1…动作，则在电 机气隙空间的磁通势的轨迹在复平面上为正六边形。如果逆变 器状态按S1、5、4、6、2、3、1…变化，电机气隙空间磁链 变化的轨迹仍为正六边形，只是旋转方向发生了变化。
0?
3 3
/ /
22???????ii??
? ? ?
3/2和2/3变换器的电路与符号
3
iA
2
3 2
iB
3
i? i?
?1
iA
2
iB
i? i?
3 2
?1
iC
iA
i?
iB 3 / 2 iC
i?
i?
iA
i?
2/3
iB
iC
第2节 三相逆变器－感应电机系统的矢量分析 6脉冲方式的电流空间矢量轨迹
T1
T3
T5
F2 F6
F3
F0 F7
F4
F1
F5
U4
U3
U6
U5
U1
U2
Ψ
Ψ
0
0
U2
U1
U5
U6
U3
U4
当S0与S7作用时，电机的端电压为零。它们不产生空间磁 势。将与各磁势相对应的电压Ui（SA SB SC）i=0，1，
2…7，称为“空间电压矢量”。
将电机与逆变u?器i (当S A作S一B S个C 整) ?体，dd?不t? 计? 定??子?t?绕组电阻。由于：
iα
iβ
β
? t1 ? t3 ? t2
?t
F
它也可以写成空间电流矢量形式
α
ωs
V ? b1 ( j? )u? ? b2 ( j? )u?
由于二相系统比三相系统变量少，理论上多用二相 而不用三相。实际的三相需要变换成二相。 变换的主要原则是变换前后磁势不变、功率不变
2. Clarke 变换
B
?
N3iB
u an
ωt
u bn
ωt
u cn
ωt
V6 V1
V2 V3 V4
V5
由电路得电压方程（不计电阻）
va
?
L dia dt
vb
?
L
dib dt
vc
?
L
dic dt
由电压方程得三相电流波形，如图
ia
?
?
Im 2
?
2Vdc 3L
t
ib
?
?
Im 2
?
Vdc 3L
t
ic
?
Im
?
Vdc t 3L
uan V6 V1
磁链矢量是作用在其上的电压矢量的积分：