电压空间矢量控制系统
基于空间矢量控制(SVPWM)技术的三相电压型整流器设计
基于空间矢量控制（SVPWM）技术的三相电压型整流器设计作者：佚名来源：本站整理发布时间：2010-9-9 10:54:01 [收藏] [评论]传统的变压整流器和非线性负载的大量使用使电网中电流谐波含量较高，对飞机供电系统和供电质量造成很大影响。
消除电网谐波污染、提高整流器的功率因数是电力电子领域研究的热点。
空间矢量PWM(SVPWM)控制具有直流侧电压利用率高、动态响应快和易于数字化实现的特点。
本文采用空间矢量技术对三相电压型整流器进行研究，使其网侧电压与电流同相位，从而实现高功率因数整流。
1 空间矢量控制技术SVPWM控制技术通过控制不同开关状态的组合，将空间电压矢量V控制为按设定的参数做圆形旋转。
对任意给定的空间电压矢量V均可由这8条空间矢量来合成，如图1所示。
任意扇形区域的电压矢量V均可由组成这个区域的2个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。
这几个矢量的作用时间可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加。
也就是说，SVPWM通过控制各个基本空间电压矢量的作用时间，最终形成等幅不等宽的PWM脉冲波，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转。
主电路功率开关管的开关频率越高，就越逼近圆形旋转磁场。
为了减少开关次数，降低开关损耗，对于三相VSR某一给定的空间电压矢量，采用图2所示的合成方法。
在扇区I中相应开关函数如图3所示。
零矢量均匀地分布在矢量的起、终点上，除零矢量外，由V1、V2、V4合成，且中点截出2个三角形。
一个开关周期中，VSR上桥臂功率开关管共开关4次，由于开关函数波形对称，谐波主要集中在整数倍的开关频率上。
2 直接电流控制策略三相VSR的电流控制策略主要分为直接电流控制和间接电流控制。
直接电流控制采用网侧电流闭环控制，提高了网侧电流的动、静态性能，并增强电流控制系统的鲁棒性。
而在直接控制策略中固定开关频率的PWM电流控制因其算法简单、实现较为方便，得到了较好应用，在三相静止坐标系中，固定开关频率的PWM电流控制电流内环的稳态电流指令是一个正弦波信号，其电流指令的幅值信号来源于直流电压调节器的输出，频率和相位信号来源于电网;PI电流调节器不能实现电流无静差控制，且对有功电流和无功电流的独立控制很难实现。
空间电压矢量控制变频调速零矢量的作用
空间电压矢量控制变频调速零矢量的作用一、前言随着现代工业的不断发展，越来越多的机械设备需要使用电机驱动，而变频调速技术作为一种能够实现电机精确控制的方法，被广泛应用于各个领域。
其中，空间电压矢量控制技术是一种先进的变频调速方法，可以实现对电机的高效稳定控制。
本文将详细介绍空间电压矢量控制技术中的零矢量及其作用。
二、空间电压矢量控制简介空间电压矢量控制是一种基于三相交流功率转换器的变频调速方法。
该方法通过对三相交流功率转换器输出端口施加合理的电压和频率信号，来实现对电机转速和转矩的精确控制。
具体来说，在空间电压矢量控制中，我们可以通过计算出三相交流功率转换器输出端口所需施加的合成电压和相位角来确定合适的输出信号。
这些输出信号可以分解成两个部分：正常工作区域和零矢量区域。
三、零矢量概述在空间电压矢量控制中，当电机需要停转或者需要反向运转时，我们需要将输出信号切换到零矢量区域。
零矢量区域是指三相交流功率转换器输出端口施加的电压为零的区域。
具体来说，在零矢量区域中，我们可以通过将三相交流功率转换器输出端口的两个逆向电压信号施加到电机上来实现停转或者反向运转。
这样可以有效地减小电机在停止或者反向运动时产生的震荡和噪音。
四、零矢量的作用1. 减小电机噪音在空间电压矢量控制中，由于我们可以通过将输出信号切换到零矢量区域来实现电机的停止或者反向运动，因此可以有效地减小电机在停止或者反向运动时产生的震荡和噪音。
这对于一些需要低噪音环境的场合非常重要。
2. 提高系统效率在空间电压矢量控制中，由于我们可以通过切换到零矢量区域来实现对电机的精确控制，因此可以有效地提高系统效率。
特别是在低速大负载情况下，零矢量控制可以有效地提高系统效率。
3. 提高电机控制精度在空间电压矢量控制中，由于我们可以通过切换到零矢量区域来实现对电机的精确控制，因此可以有效地提高电机控制精度。
特别是在需要对电机进行高速、大负载运动时，零矢量控制可以保证电机的稳定性和可靠性。
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
基于电压空间矢量控制的卫星天线伺服系统
比较 ，如有误差则进行位置调节算法计算 ，其计算结果作为速度给定输入 ，并进行速度调节算法计 算 ，其 计算 结果 再作 为 电流给 定输 入 ，与 电流反馈 信 号 比较 后进 行 电 流调节 ，电流 调节 信号 作为 产
生电压 向量 幅值 的依据 ，通过查 表 法查 出 Ｐ ＷＭ 的波形 分配 ，并 产生 Ｐ ＷＭ 控 制 波形 。该 Ｐ ＷＭ 波
一
速 度 调
电 — ＋ 电
Ｉ 节一 ▲ ｌ 节
Ｌ 电 检 ＋ — 流 测Ｉ —
． 码Ｉ 解 ・
ｌ
动 机
Ｊ ｒ
旋 编 转
码 器
速 计 度算
千
图 ｌ 伺 服 驱 动 控 制 器 框 图
系统控 制 是根据 转 速要求 ，计 算 出 当前 电机 应 处的转 子位 置并 给 定信号 ，与位 置反 馈信 号进 行
略 ，组成 电流 、速 度 和位置 的三 环 调速 控制 系统 ｌ 。无 槽 正 弦 波 电机 的采 用 保证 了力 矩 的平稳 性 ， ２ ］ 进 一 步提 高 了稳 态 和瞬 态精 度 。系 统 中 电流 环 、速 度 环 、位 置 环 的 采 样 频 率 分 别 为 ０ ２ 、ｌ 、 ． ｍｓ ｍｓ
在 卫 星天线 的伺服 控制 系统 中 ，伺 服 电机驱 动 天线 进 行 周 期 扫 描 ，为 成 像设 备 提供 成 像 数据 。
它 要求 有扫 描 周期 起始 的位 置信 号 ，同时要求 扫 描 周期非 常 精确 ，且 要 求扫 描天 线在 理 论上 应该 严 格 地 匀速旋 转 。伺 服驱 动控 制 系统 原理框 图如 图 １ 示 。由于转 速精 度 要求 万分 之二 ，其他 方式 控 所 制 难 以保证 精度 ，故采 用 同步运 行方 式控 制 。系统 中 Ａ／ Ｄ为 １ ｂｔ ＷＭ 为 １ ｂｔ ０ ｉ，Ｐ ６ ｉ，速度 传 感器 为 １ 位 绝 对位 置式 光 电编码 器 ，而 且 由于驱 动 电机 采 用 的是 同步 电机 ，其 稳 态 转速 完 全 由施 加 在 电 ６
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.。
《空间电压矢量》课件
详细描述
无刷直流电机具有高效率、长寿命和低维护 的特点，通过空间电压矢量控制，可以更精 确地调节其速度和转矩，从而实现高精度的 速度和位置控制。这种方法特别适用于需要 高动态性能的应用，如电动车辆和无人机等 。
05 空间电压矢量在电力电子 系统中的应用
不间断电源系统
不间断电源系统的组成
不间断电源系统主要由整流器、逆变器和蓄 电池组成。整流器将交流电转换为直流电， 逆变器将直流电转换为交流电，蓄电池则作 为备用电源。
规范技术的研发和应用。
03
拓展应用领域
未来可以进一步拓展空间电压矢量的应用领域，如电动汽车充电、分布
式发电系统等，发挥其在节能减排、提高能源利用效率等方面的优势。
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空间电压矢量
目 录
• 空间电压矢量概述 • 空间电压矢量的基本原理 • 空间电压矢量控制策略 • 空间电压矢量在电机控制中的应用 • 空间电压矢量在电力电子系统中的应用 • 空间电压矢量的研究现状与展望
01 空间电压矢量概述
定义与特点
定义
空间电压矢量是一种用于描述三相电压的数学方法，通过将三相电压表示为一 个二维或三维矢量图中的矢量，可以方便地分析三相电压的幅值、相位和波形 。
电机控制
空间电压矢量在电机控制领域应用广泛，如交流异步电机、永磁同 步电机等，可以实现高精度的转矩控制和速度控制。
空间电压矢量的优势与局限性
优势
空间电压矢量具有直观、精确、 易于实现等优点，能够广泛应用 于电力系统的分析、控制和优化 。
局限性
空间电压矢量需要精确测量三相 电压，对传感器精度要求较高， 且在某些情况下可能存在计算复 杂度较高的问题。
什么是矢量控制系统（VCS）并简述其
什么是⽮量控制系统（VCS）并简述其1. 什么是⽮量控制系统（VCS）?并简述其⼯作原理。
答：将异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制⽅法，求得直流电动机的控制量，经过坐标反变换，就能够控制异步电动机。
由于进⾏坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间⽮量，所以这样通过坐标变换的控制系统就叫做⽮量控制系统VCS(Vector Control System) 。
2. 直接转矩控制系统（DTC）的基本思想：根据定⼦磁链幅值偏差Ψs 的正负号和电磁转矩偏差Te的正负号，再依据当前定⼦磁链⽮量Ψs所在的位置，直接选取合适的电压空间⽮量，减⼩定⼦磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定⼦磁链的控制。
3. 何为软启动？答：软启动器可以限制启动电流并保持恒值，直到转速升⾼后⾃动衰减下来，启动时间也短于降压启动⽅法主电路采⽤晶闸管交流调压器，⽤连续地改变其输出电压来保证恒流起动，达到稳定运⾏后，可⽤接触器将晶闸管旁路，以免晶闸管不必要长期⼯作。
启动电流可在（0.5~4）IsN之间调整。
4. 电压空间⽮量PWM（SVPWM）：（定义）把逆变器和交流电动机视为⼀体，以圆形旋转磁场为⽬标来控制逆变器的⼯作，叫“磁链跟踪控制”，磁链跟踪控制是通过交替使⽤不同的电压空间⽮量来实现的，故⼜称为“电压空间⽮量PWM（SVPWM）”（实现⽅法：）在SVPWM的实现过程中，通常以开关损耗较⼩和谐波分量较⼩为原则，安排基本⽮量和零⽮量的作⽤顺序。
有两种常⽤的SVPWM实现⽅法，分别是（1）零⽮量集中和（2）零⽮量分散。
5.6. 转速、电流反馈控制直流调速的：（1）起动过程分析：第1阶段：电流上升阶段。
这⼀阶段中，ASR很快进⼊并保持饱和状态，⽽ACR⼀般不饱和。
第2阶段：恒流升速阶段。
ASR保持饱和状态，⽽ACR不饱和，转速迅速饱和。
第3阶段：转速调节阶段。
ACR、ASR均不饱和，ASR 起主导作⽤，转速反馈接近期望输出（2）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点？答：1) 饱和⾮线性控制：ASR饱和，转速环开环，恒值电流调节的单闭环系统ASR不饱和，转速环闭环，⽆静差调速系统.2）准时间最优控制，恒流升速可使起动过程尽可能最快。
电机空间电压矢量控制的研究
ｒ爆＇机 抒龟 曩ｌ ‘ 艺
电机 空 问 电压矢 量控 制 的研 究
李
摘
涛。 程小华
华南理工 大学 电力学院 ， 东广 州（ １ ６ ０ 广 ５０ ４ ）
的控制思想 ， 尤其值得关注的是 Ａ Ｂ公司生产的 Ｂ 高性能产品所采用的控制方式基本上都是矢量控 制 。国内学术 界在变频调 速系统 的研 究方 面 已经
做了很 多相应 的工作 ， 了一定 的成果 ， 取得 但是相
传统的正弦脉冲调制相比 ， 具有更高的调制范围 易于实现数字化 ， 电流谐波分量小 ， 并能够有效减 少转矩脉动 纠 ， 儿 Ｊ电压空间矢量脉宽调制技术
矢量控制也叫磁场定向控制 ， 其基本思想是 在普通的三相交流电机上设法模拟直流电机转矩 控制的基本规律 ， 在磁场定向坐标上 ， 电流矢量 将
２１
纺爆 ＇ 龟机
（ ＰＯＩＮＰＯ Ｆ ＬＣＲｃ Ａ Ｈ Ｅ Ｅ ＬＳ —Ｒ Ｏ ＥＴＩ Ｍ ＣＩ ） Ｘ Ｏ Ｅ Ｎ
对外 宣称采用 了矢量 控制技术 。而在 国外品牌 中 基本 上 已经做 到了开环 、 闭环 、 矢量控制三 位一 体
提出了“ 空间矢量” 的模型 ， 并以此为基础建立了
著名 的矢量变换 控 制技 术 ； 后又 建 立了 电压 空 随 间矢量脉 宽 调制技 术 （Ｖ ＷＭ） ＳＰ 。随 着 交 流 调速 的发展 ， Ｖ ＷＭ 调制方式越 来越 受到 重视 ， ＳＰ 它与
想， 在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量 脉 宽调制 的概 念 。Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ 又称磁 链追踪 型 Ｐ ＷＭ 法＿ 。随着智能型高速微控制芯片的发展、 ４ 指令
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
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。
基于DSP的空间电压矢量控制的变频系统设计
１ 引
言
工 作无 疑 具有 非 常 广泛 的实用 价 值 。
本 文 从 电 压 矢 量 控 制 的 基 本 原 理 出 发 ，用
随 着新 型 电力 电子 器 件 的不 断涌 现 ， 频 技 术 变 获得 了 飞速 发 展 。脉 宽 调 制 （ＷＭ） 术 在 变 频 器 Ｐ 技 中 已经 得 到 了广 泛 的应 用 。经 典 的 正旋 波 脉宽 调 制 （Ｐ ｓ ＷＭ） 制 主要 着 眼 于 使 逆 变 器 输 出 电压 尽 量接 控 近 于 正旋 波 。 电流 跟踪 控 制则 直 接 考虑 输 出 电流 是 否 按正 旋 变化 ， 比 只 考 查 输 出 电压 波 形 更 进 了一 这 步 。然而 异 步 电机需 要 输人 三 相 正旋 电流 的最 终 目 的是在 空 间产 生 圆形 旋 转 磁 场 ， 而 产 生 恒 定 的 电 从
孙 宏 。 国金 陈
（ 州 电 子 工 业 学 院 机 电学 院 ， 江 杭 州 ３０３ ） 杭 浙 １０７
摘
要 ： 绍 了电压 空 间 矢量技 术 的基 本 原 理 和数 字 信 号 处 理 器 Ｔ Ｓ ２ Ｆ ４ 介 Ｍ ３ ０ ２０的 ３ ０ ２０的 变频 调 速 系统 的软 硬 件设 计 ， 出了一般 性 的 结论 。 得 关键 词 ： 电压 空 间 矢量 ； 字信 号 处理 器 ； 数 变频 系统
２ 电压空间矢量技术 电压 空 间矢 量 技 术 （ Ｖ ＷＭ， 称 为 磁 通 正 旋 ＳＰ 也
Ｐ ＷＭ） 从 电动 机 的角 度 出 发 ， 眼 于 使 电 机 获 得 是 着 幅值 恒定 的圆 形 磁 场 ， 正 旋 磁 通 。它 以三 相 对 称 即 正旋 波 电压供 电 时 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 ， 而达 到较 高 的 控 制 性 能 。三 相 桥 式 电路 从 的 目的是 按 一定 规 律 控 制 三 对 桥 臂 晶体 管 的 通 断 ， 将 直 流侧 电压 变 为三 相 正旋 电压输 出。桥 式 电路 的 上 下 桥臂 晶体 管 的 通 断状 态 是 互 为 反 向 的。 因 此 ，
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。
1.1SVPWM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1-1 示。
设直流母线侧电压为U dc，逆变器输出的三相相电压为U A、U B、U C，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U A(t)、U B(t)、U C(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U m 为相电压有效值，f 为电源频率，则有：()cos()()cos(2/3)()cos(2/3)A mB m Cm U t U U t U U t U θθπθπ=⎧⎪=-⎨⎪=+⎩ (1-1)其中，2ft θπ=，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：2/34/33()()()()2j j j A B C m U t U t U t e U t e U e ππθ=++=(1-2)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，U m 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，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴(a ，b ，c)上的投影就是对称的三相正弦量。
第十章3 三相空间电压矢量控制方式原理实验
实验10-3三相空间电压矢量变频原理实验
一、实验目的
(1)通过实验，掌握空间电压矢量控制方式的原理及其实现方法。
(2)熟悉与空间电压矢量控制方式有关的信号波形。
二、实验所需挂件及附件
三、实验方法
(1)接通挂件电源，关闭电机开关，并将调制方式设定在空间电压矢量方式下（将控制部分S、V两端用导线短接，P端悬空），然后打开电源开关。
(2)点动“增速”按键，将频率设定在0.5Hz，用示波器观测SVPWM 部分的三相矢量信号（在测试点“10、11、12”），三角载波信号（在测试点“14”）， PWM信号（在测试点“13”），三相SVPWM调制信号（在测试点“15、16、17”）；再点动“转向”按键，改变转动方向，再观测上述各信号的相位关系的变化。
(3)逐步升高频率，直至50Hz处，重复以上的步骤。
(4)将频率设置为0.5Hz～60Hz的范围内改变，在测试点“13”中观
160
测占空比与频率的关系（在V/F函数不变的情况下）。
四、实验报告
(1)简述空间电压矢量控制变频调速的原理。
(2)画出在试验中观测到的所有波形。
(3)简述注入“零矢量”的作用。
161。
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。
空间电压矢量及其控制策略
V
2 3
(va0
vb0e j2 /3
vc0e j2 /3 )
(3 4)
式(3-4)表明，如果va0, vb0 , vc0是角频率为ω的 三相对称正弦波电压，那么矢量V即为模为 相电压峰值，且以角频率ω按逆时针方向匀 速旋转的空间矢量，而空间矢量V在三相坐 标轴(a,b,c)上的投影就是对称的三相正弦量
2 3
v dc e
j(k
1)
/
3
V0,7 0
复平面上三相VSR空间电压矢量V*可定义为
Vk
2 3
vdce
j
(
k
1)
/
3
V0,7 0
k 16
(3 2)
上式可表达成开关函数形式
Vj
2 3 vdc (sa
sbe j2 /3
sce j2 /3 )
j 07
(3 2)
对于任意给定的三相基波电压va0, vb0 , vc0，若 考虑三相平衡系统，即va0+vb0+vc0=0，则可在 复平面内定义电压空间矢量
从开关函数波形(见图3—5b)可以看出，在一个 PWM开关周期，该方法使VSR桥臂功率管开关6 次且波形对称;
其PWM谐波仍主要分布在开关频率的整数倍频 率附近。显然，在频率fs附近处的谐波幅值降低 十分明显，其频谱分布如图3—5c所示。
VSR空间矢量合成，不同方法各有其优缺点。 综合来看，第三种方法较好，该方法中开
sc )]vdc sc )]vdc sc )]vdc
(3 1)
23=8种开关函数组合代人式(3-1)即得到相应 的三相VSR交流侧电压值
为方便起见，令A=vdc/3，不同开关组合时 的电压值如下表所示：
基于电压空间矢量脉宽调制的压力闭环控制系统
控制与应用技 术 Ｅ Ａ
电 扎 与控 制 应 闸 ２ｏ， ６ ０８ ５（ ） ３
基 于 电压 空 间矢 量 脉 宽 调 制 的 压 力 闭环 控 制 系 统 米
高 晗璎 ， 聂天适 ， 李 靖 ， 杨 贵娟 （ 尔滨理 工 大学 电气与 电子 工程 学院 ， 哈 黑龙江 哈 尔滨
Ａｐｅｓｒ ｌ ｅ— ｏ ｏ ｔ ｌｙｔｍｂ ｓｄｏ ｅ ｉｔ ｉ ａ ｐｏｅｓｒ Ｄ Ｐ ＭＳ２ Ｌ ２ ０ ｔ ｄ ｃｄ ａｄ ｒ ｕｅｃ ｓｄｌ ｐｃｎｒ ｓ ａｅ ｎｔ ｇａ ｓ ｎｌ ｒｃｓｏ （ Ｓ ）Ｔ ３０ Ｆ４ ７ｉｉ ｒ ｕｅ ， ｎ ｓ ｏ ｏ ｏｓ ｅ ｈ ｄ ｉｌ ｇ ｓｎｏ
１ ＳＰ Ｖ ＷＭ 工作 原理 及 实现
１ １ Ｓ ＷＭ 的工作原 理 ． ＶＰ
பைடு நூலகம்
术是 将逆变 器 和 电动 机 看作 一 个 整 体 ， 过 逆 变 通
器开 关模式 与 电动机 电压空 间矢 量的 内在关 系来
ＳＰ Ｖ ＷＭ 技 术 的 目的是 使 电动 机获 得 圆形 旋 转 磁场 。定 子相 电压 和 分Ｉ Ｉ 在 电动 ＩＩ 机 的 三相绕组 上 ， 们 的 方 向始 终 保 持在 各 相 的 它 轴 线上 ， 幅值 大小 随时 问按正 弦规律 变 化 。因此 ，
ｐｒ ｓｕｒ ｌ ｓ ｄ－ｏ ｏｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ｅ ｓ ｅ ｃｏ ｅ ｌｏｐ ｃ ｔ ｏｌｓ ｓｅ
０ 引 言
脉 宽调 制 （ ＷＭ） Ｐ 技术 是 交 流 传 动 中的 支 柱 技术之 一 。电 压空 间矢 量 脉宽 调 制 （ Ｖ ＷＭ） ＳＰ 技
术 的压力 闭环控 制系统 实现 简单 、 能优 良 、 全 性 安 可靠 。
摘
《矢量控制系统》课件
驱动器
驱动器是矢量控制系统中的功率 转换单元，负责将电能传递给电
机。
驱动器采用电力电子器件，如绝 缘栅双极晶体管（IGBT）或硅整 流二极管（SCR），以实现高效
率和高功率密度的能量转换。
驱动器还配备有过电流、过电压 、过热等保护功能，以确保系统
的安全运行。
03
矢量控制系统的性能分析
动态性能分析
人工智能技术还可以用于故障诊断和预测，通过分析历史数 据和实时监测数据，提前发现潜在的故障，并采取相应的预 防措施，确保系统的可靠性和安全性。
分布式矢量控制系统
随着工业自动化的发展，分布式矢量控制系统逐渐成为趋 势。这种系统将多个矢量控制器通过网络连接起来，实现 信息共享和协同控制，提高了整个系统的灵活性和可扩展 性。
在交通领域，矢量控 制系统用于控制电动 车、地铁等轨道交通 工具的牵引系统，提 高车辆的运行效率和 安全性。
在新能源领域，பைடு நூலகம்量 控制系统用于控制风 力发电机、太阳能逆 变器等设备的能源转 换和并网控制，提高 新能源发电的效率和 可靠性。
02
矢量控制系统的组成
控制器
控制器是矢量控制系统的核心，负责 接收指令并计算电机的控制信号。
、降低能耗。
案例三：矢量控制系统在机器人中的应用
总结词
机器人需要高精度、快速响应的运动控 制，矢量控制系统能够满足这些要求， 提高机器人的作业效率和安全性。
VS
详细描述
矢量控制系统在机器人领域的应用广泛， 如工业机器人、服务机器人等。通过矢量 控制技术，机器人能够实现精确的位置、 速度和加速度控制，快速响应各种指令和 环境变化。这有助于提高机器人的作业效 率、增强安全性，并降低能耗，为机器人 技术的发展和应用提供了重要支持。
永磁同步电机电压空间矢量控制仿真研究
机系统 的仿 真模 型 对 系统设 计 和性 能分 析具 有 十分
重 要 的意义 。 目前 对永磁 同步 电机 交 流 调速 一般 采 用磁 场 定
磁 链矢 量也 就 不能 形 成 一 个 平 滑 的 圆 ， 而 不 能 获 从
得 良好 的电机 运行 性 能 。
Ｕ２ｏ ｏ ｉ （ ｌ） ０ Ｌ １０ （ｌ）
ｉ： ｄ ０的矢 量控 制策 略 。在 Ｍ Ｔ Ａ ／ ｉ ｕｉｋ环 境 下 ， 现 Ｓ Ｐ Ａ Ｌ Ｂ Ｓｍ ｌ ｎ 实 Ｖ ＷＭ 控制 系 统 仿真 ， 真结 果 显示 了 仿
ＳＰ Ｖ ＷＭ 良好 的 速 度 和 转 矩 控 制 特 性 。
关键词 ：永磁 同步电机 ； 电压 空间矢量脉宽调制 ； 仿真
（ 投影 到所 在 扇 区相 邻 的 两 个 基 本 电压 空 间 矢 量 ， ， 上 ， 出各 自的作 用 时 问 ， 求 进行 矢量 合 成 。对 于 任意 小 的时 间 周 期 ７删 ， 变 器 输 出平 均 值 与 ｕ 平 均 １ 逆 Ｐ ，
踪控制 ， 磁链跟踪的轨迹是靠 电压 空间矢量相加得
向控制 策略 ， 宽调制技 术 以正 弦脉 宽调制 （Ｐ 脉 Ｓ ＷＭ）
的应用 最为广泛 。空 间矢 量脉宽 调制 （ Ｖ ＷＭ） 术 ＳＰ 技 和 Ｓ ＷＭ 技术相 比具有 谐 波含 量 少 、 关 损耗 小 、 Ｐ 开 供
电电压 利用 率 高 等优 点 ， 使 Ｐ Ｓ 输 出 转矩 脉 动 可 ＭＭ 小， 提高 Ｐ Ｍ 交流 调速性 能 Ｊ ＭＳ 。本文 阐述 了永磁 同 步电机转子磁 场定 向电压空 问矢 量脉 宽 调制 的原理 ， 采 用 ｉ＝ ０的矢 量控 制 策 略 ， 于 Ｍ Ｔ Ａ 基 Ａ Ｌ Ｂ环 境 ， 对
空间电压矢量控制变频调速零矢量的作用
空间电压矢量控制变频调速零矢量的作用引言在现代工业中，电机广泛应用于各种传动系统中。
电机调速技术对于传动系统的性能和效率至关重要。
空间电压矢量控制变频调速是一种常用的电机调速方法，其中零矢量调制是其中的一种重要方式。
本文将详细探讨空间电压矢量控制变频调速中零矢量的作用，其优势和应用。
空间电压矢量控制变频调速简介空间电压矢量控制是一种通过控制电机绕组电流来实现电机转矩和速度控制的方法。
其基本原理是将电机绕组电流分解为两个正交轴上的电流矢量，利用矢量间的相对运动来控制电机。
零矢量调制的基本原理零矢量调制是空间电压矢量控制中的一种调制策略。
其原理是将正交轴上的电流矢量都置为零，使电机停止转动。
在零矢量状态下，电机所产生的转矩为零，同时电机也不会出现震动和噪声。
零矢量调制主要应用于电机停止或变速的场景中。
零矢量调制的优势零矢量调制具有以下几个优势：1. 减少电机噪声由于零矢量调制使电机停止转动，电机的机械运动噪声也将降低。
这对于要求低噪声的应用场景（例如家电和办公设备）非常重要。
2. 提高系统响应速度在电机变速时，零矢量调制可以迅速将电机停止。
这对于要求快速响应的系统非常重要，例如需要频繁制动和变速的装备。
3. 减少能耗零矢量调制可以有效减少电机的能耗。
在电机停止或变速时，无需额外的能量输入，因此可以降低系统的总能耗。
4. 降低机械磨损在电机转速较高的情况下，零矢量调制可以避免电机因制动或变速过程中产生的机械磨损。
这对于提高电机寿命和减少维护成本非常重要。
零矢量调制的应用零矢量调制在各种场景中都有广泛应用。
1. 家电和办公设备家电和办公设备中往往需要低噪声和高效率的电机。
零矢量调制可以在停止和变速时降低噪声，提高系统效率。
2. 制造业制造业中的装备往往需要频繁制动和变速。
零矢量调制可以提高系统的响应速度，提高生产效率。
3. 交通运输交通运输领域中的电机（例如电动汽车和电动自行车）往往需要高效率和能耗较低。
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术
• 磁链轨迹
当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电
动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒 速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形 （一般简称为磁链圆）。这样的定子磁链 旋转矢量可用下式表示。
Ψs Ψme j1t
（6-43）
其中 Ψm是磁链Ψs的幅值，1为其旋转角速度。
影视美学《 Aesthetics of Movie & TV 》
影视美学《 Aesthetics of Movie & TV 》
1. 空间矢量的定义
交流电动机绕组的电 压、电流、磁链等物 理量都是随时间变化 的，分析时常用时间 相量来表示，但如果 考虑到它们所在绕组 的空间位置，也可以 如图所示，定义为空 间矢量uA0， uB0 ， uC0 。
影视美学《 Aesthetics of Movi图e &6-2T5V 电》压空间矢量
6
VT5 VT6 VT1
7
VT1 VT3 VT5
8
VT2 VT4 VT6
开关代码 100 110 010 011 001 101 111 000
影视美学《 Aesthetics of Movie & TV 》
• 开关控制模式
对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每 个周期中6 种有效的工作状态各出现一次。 逆变器每隔 /3 时刻就切换一次工作状态 （即换相），而在这 /3 时刻内则保持不 变。
科技工作者已经提出过多种实现方法， 例如线性组合法，三段逼近法，比较判断 法等[31]，这里只介绍线性组合法。
影视美学《 Aesthetics of Movie & TV 》
• 基本思路
如果要逼近圆形，可以 增加切换次数，设想磁
链增量由图中的11 ， 12 ， 13 ， 14 这
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PWM逆变器共有8种工作状态，当
（S A ，SB ，SC ）=（1，0，0）时，
u （ A，uB，uC ）=（
（10）得
Ud 2
， U d ， U d
22
），代入式
u1
Ud 2
(1 e j
e j2 ) U d 2
j 2
(1 e 3
j 4
e 3
)
Ud [(1 cos 2 cos 4 ) j(sin 2 sin 4 )]
2
3
3
3
3
U d (1 j 2
j
3) Ude 3
（12）
依此类推，可得8个基本空间矢量， 见~互表差u64，-2。幅，值其为中直6个流有电效压工U作d ，矢在量空u1 间
3
另2个为零矢量
u0 和
u
。
7
u3
u2
u4
O u0 , u7
u1
u5
u6
图4 基本电压空间矢量图
输出电压 SA
SB
SＣ
李海强 2110903079
√ 前言 □ 空间矢量相关知识简介 □ PWM逆变器简介 □ 电压空间矢量控制（ SVPWM ）技术
我们知道在电机三相绕组上通以三相电流，就会产 生圆形旋转磁场。
经典的SPWM控制主要着眼于变压变频器的输出电 压尽量接近正弦波，并未估计输出电流的波形。
电流跟踪控制则直接控制输出电流，使之在正弦波 附近变化，这就比正弦电压更近一步。然而交流电 机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电机空间 形成圆形旋转磁场，以产生恒定的电磁转矩。
us
u０
0
0
0
0
u１
1
0
0
u２
1
1
0
u３
0
1
0
Ud
jπ
Ude 3
j 2π
Ude 3
u４
0
1
1
u５
0
0
1
u６
1
0
1
Ud e jπ
j 4π
Ude 3
j 5π
Ude 3
u７
1
1
1
0
6个有效工作矢量按至的顺序分别作用时间
t
31
（13）
每个有效工作矢量作用π/3 弧度，6个有效
工作矢量完成一个周期，输出基波电压角频
2
3
3
3
3
Ud
（11）
当
（S
（
uA ，A，SuB，B，SuC
）=（1，1，0）时，
C ）=（
Ud 2
，U d 2
， Ud ），得
2
u2
Ud 2
(1 e j
e j2 ) U d 2
j 2
(1 e 3
j 4
e 3
)
U d [(1 cos 2 cos 4 ) j(sin 2 sin 4 )]
把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁 场为目标来控制逆变器的工作，这种控制方法称 作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交 替使用不同的电压空间矢量实现的，所以又称 “电压空间矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。
□ 前言 √ 空间矢量相关知识简介 □ PWM控制技术简介 □ 电压空间矢量控制（ SVPWM ）技术
ψs (k 1) us (k)t
（15）
ψ(k) us (k)t
图5 定子磁链矢量增量与电压矢量和 时间增量的关系
图6 正六
uAO u AO uBO u BOe j uCO uCO e j2
B(e j )
uCO
u BO
O
us
u CO
u BO u AO
A(e j0 )
（1）
C(e j2 )
2
3
us uAO uBO uCO uAO uBOe j uCOe j2
B(e j )
uCO
u BO
O
us
u CO
us
u CO
u BO
（u1AO 0）
A(e j0 )
u A u B e j uC e j2 uOO' (1 e j e j2 ) u C(e j2 ) A u B e j uC e j2
直流电源中点和交流电动机中点的电位不等，但
合成电压矢量的表达式相等。因此，三相合成电 压空间矢量与参考点无关。
矢量就落在该相的轴线上。
i s i AO iBO iCO iAO iBOe j iCO e j2
（3）
ψ s ψ AO ψ BO ψCO AO BOe j CO e j2
（4）
当异步电动机的三相对称定子绕组由三相电
压供电时，对每一相都可写出一个电压平衡
方程式，求三相电压平衡方程式的矢量和， 即得用合成空间矢量表示的定子电压方程式
us
Rs i s
பைடு நூலகம்
dψ s dt
（5）
当电动机转速不是很低时，定子电阻压降所
占的成分很小，可忽略不计，则定子合成电 压与合成磁链空间矢量的近似关系为
us
dψ s dt
或 ψs usdt
（6） （7）
当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动
机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋
转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（简称 为磁链圆）。定子磁链旋转矢量
率
1
3t
在时间Δt内，定子磁链矢量的增量为
j (k1)
ψs (k) us (k)t Ud t e 3
（14）
k=1,2,3,4,5,6 。
定子磁链矢量的增量方向与电压矢量相同， 幅值等于直流侧电压与作用时间的乘积。
定子磁链矢量的运动轨迹 为
ψ(k 1)
ψ(k)
ψs (k) ψs (k 1) ψs (k)
图2 旋转磁场与电压空 间矢量的运动轨迹
us1
1
us 2
us4 O
us3
图3 电压矢量圆轨迹
□ 前言 □ 空间矢量相关知识简介 √ PWM逆变器简介 □ 电压空间矢量控制（ SVPWM ）技术
B(e j )
uCO
u BO
us uAO uBO uCO u AO u BOe j uCO e j2 O (u A uOO' ) (uB uOO' )e j (uC uOO' )e j2
u BO u AO
A(e j0 )
u AO 0
uBO 0
uCO 0
C(e j2 )
图1-1 电压空间矢量
us uAO uBO uCO
U m cos(1t) U m
cos(1t
2 )e j
3
U m cos(1t
4 )e j2
3
3 2
U
m
e
j1t
us e j1t
（2）
us 是一个以电源角频率 ω1 为电气角速度作恒速 旋转的空间矢量，它的幅值不变，是相电压幅值 的3/2倍，当某一相电压为最大值时，合成电压
ψ e j(1t )
s
s
（8）
式（8）对t求导得
us
d dt
( se j(1t ) )
j e e j(1t) 1s
j
(1t
2
)
1s
（9）
磁链幅值等于电压与频率之比，方向与磁 链矢量正交，即磁链圆的切线方向，如图 2所示。
us1
us 2
ψs2
1 ψs1
O
ψs3
ψs4
us 4
us3