电压空间矢量PWM控制技术演示文稿
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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空间矢量控制原理课件
03
空间矢量调制波形的生成
通过计算得到各相电压的期望值，然后利用SVPWM算法生成相应的
PWM波形。
SVPWM算法实现
SVPWM算法的基本步骤
首先计算出电压矢量的期望值，然后根据该期望 值计算出相应的扇区，再根据扇区计算出相应的 矢量时间，最后生成相应的PWM波形。
矢量时间的计算
根据扇区数和期望的电压矢量幅值，可以计算出 相应的矢量时间。
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05
SVPWM控制策略优化
控制策略改进方法
引入滑模控制
通过设计滑模控制器，实 现SVPWM控制系统的快 速响应和鲁棒性。
优化死区时间
通过调整死区时间的设置 ，减小SVPWM控制过程 中的谐波分量，提高控制 精度。
引入重复控制
将重复控制算法应用于 SVPWM控制系统，减小 稳态误差，提高系统跟踪 性能。
SVPWM空间矢量控制原理课件
目录 CONTENTS
• SVPWM技术概述 • 空间矢量控制原理 • SVPWM实现方式 • SVPWM与PWM对比 • SVPWM控制策略优化 • SVPWM实验与验证
01
SVPWM技术概述
SVPWM定义
SVPWM
Space Vector Pulse Width Modulation的缩写，即空间矢量脉 宽调制技术。
波形生成的实现方式
利用SVPWM算法生成相应的PWM波形，并通 过驱动电路将PWM波形输出到逆变器中，从而 控制各相电压的大小和频率。
波形生成的优点
SVPWM波形生成具有较高的电压输出能力和较 低的谐波畸变率，能够实现精确的电压控制和较 高的功率因数。
电力电子技术【王兆安第五版】第6章PWM控制补充技术PPT课件
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法
引言 6.4.1 180o导通模式下的逆变器电压空间矢量 6.4.2 三相对称交流量空间矢量定义 6.4.3 电机磁链空间矢量与电压矢量的关系 6.4.4 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 6.4.5 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制 小结 本节习题
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
如果定义电压空间矢量 U s 为：
为何有此 定义？
U s2 3(U U NU V Nej2 3U W Nej4 3)
则根据前述六拍阶梯波工作模式下的6种工作状态， 可以分别推导得出6个电压空间矢量： Us1, Us2, Us3, Us4, Us5和Us6； Us7和Us8幅值为零，称为零电压矢量，简称零矢量
☺如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，
按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应 该更好。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，接下来 的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间 矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM， Space Vector PWM）控制”。这是一种在80年代提出， 现在得到广泛应用的三相逆变器PWM控制方法。
开关状态表
序号
开关状态
1 VT6 VT1 VT2
2
VT1 VT2 VT3
2
VT2 VT3 VT4
4
VT3 VT4 VT5
5
VT4 VT5 VT6
6
VT5 VT6 VT1
7
VT2 VT4 VT6
8
VT1 VT3 VT5
开关代码 100 110 010 011 001 101 000 111
开关代码：表示三相桥臂输出状态； 1—上管导通，下管关断，桥臂输出高电平 0—下管导通，上管关断，桥臂输出低电平
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术
的应用场景
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
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。
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术共49页
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
49
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技 术
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
第二章之二 PWM控制
2.3
PWM控制基础
随着自关断型电力电子器件（如GTO、 GTR、IGBT、MOSFET等）、微电子技术 及微计算机技术的发展，采用脉宽调制 （PWM）控制技术的变频调速器蓬勃发展 起来。PWM变频器基本解决了常规六脉波 变频器中存在的问题，成为现代交流调速 技术发展最快的一个领域。
PWM控制基础
2. PWM变频器
VT1 ~ C
VT3
VT5 A B M C 3~
Ud
VT4 VT6 VT2
(a)
图2-18 PWM变频器的原理图 (a) 主电路
2.3
PWM控制基础
ura
参考信 号发生 器 − urb
ud
a
ud
b
−
urc
驱动VT1~VT6
2.3
PWM控制基础
恒压恒频 (CVCF)
中间直流环节
变压变频 (VVVF)
DC AC ~ 50Hz
C PWM 逆变器
AC
调压调频
交-直-交PWM变压变频器
2.3
PWM控制基础
u
1. PWM控制原理
在采样 控制理 论中
有一个重要的结论：
a)
u
ur uc
O
t
uo Ud
uo f
uo
O -Ud 图6-6
t
使开关器件难以承受。
2.3
PWM控制基础
u u rU uc u rV u rW
同步调制 三相PWM 波形
O
t
u UN'
Ud 2 U - d 2
0
t
u VN'
0 t
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：
空间矢量PWMSVPWM控制
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
（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。
（a）V*合成
（b）开关函数波形
11
PWM谐波仍主要分布在开关频率的整数倍频率附近。 在频率附近处的谐波幅值降低十分明显，其频谱分布如图c所示。
（c）频谱分布 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
3
6.3.1 SVPWM一般问题讨论 1. 三相VSR空间电压矢量分布
某一开关组合就对应一条空间矢量。该开关组合时的 Va0、Vb0、Vc0即为该空间矢量，在三轴(a，b，c) 上的投影。
4
复平面内定义的电压空间矢量
V
2 3
(Va0
Vb0e j2 / 3
Vc0e j2 / 3 )
Байду номын сангаас
如果 Va0、是V角b0频、率V为cω0 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在三轴 (a，b，c)上的投影就是对称的三相正弦量。
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
（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。
（a）V*合成
（b）开关函数波形
11
PWM谐波仍主要分布在开关频率的整数倍频率附近。 在频率附近处的谐波幅值降低十分明显，其频谱分布如图c所示。
（c）频谱分布 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
3
6.3.1 SVPWM一般问题讨论 1. 三相VSR空间电压矢量分布
某一开关组合就对应一条空间矢量。该开关组合时的 Va0、Vb0、Vc0即为该空间矢量，在三轴(a，b，c) 上的投影。
4
复平面内定义的电压空间矢量
V
2 3
(Va0
Vb0e j2 / 3
Vc0e j2 / 3 )
Байду номын сангаас
如果 Va0、是V角b0频、率V为cω0 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在三轴 (a，b，c)上的投影就是对称的三相正弦量。
三电平整流器空间电压矢量PWM控制
三电平整流器空间电压矢量PWM控制摘要：本文针对三电平整流器进行空间电压矢量PWM控制，通过对空间矢量定位和控制方式的综合研究，实现对三电平整流器的控制。
本文首先对三电平整流器的基本原理和控制方法进行了介绍，接着详细阐述了空间电压矢量PWM控制的原理及实现步骤。
最后，通过仿真和实验验证了该方法的可行性和有效性，证明了该方法在提高电转换效率、降低谐波和提高系统稳定性方面的优越性。
关键词：三电平整流器；空间电压矢量PWM控制；电转换效率；谐波；系统稳定性正文：1. 引言随着电力电子技术的快速发展，三电平整流器作为一种新型的电力电子转换器，已经被广泛应用于各种领域。
传统的PWM 控制方法在三电平整流器中已经得到了广泛的应用，但是在满足一定的电转换效率及控制精度要求的同时，也存在着改善系统稳定性及降低谐波等问题。
为了解决这些问题，提高系统的性能和可靠性，本文研究了空间电压矢量PWM控制技术在三电平整流器中的应用。
2. 三电平整流器的基本原理三电平整流器是一种可以根据输入电压情况自动调整输出电压的电力电子装置。
它主要由两个半桥的电路组成，其中两个半桥的交流侧串联形成主电路，每个半桥中还包含一个由电压放大器和比较器组成的PWM控制单元，从而形成了一个可以实现PWM调制的电路。
3. 空间电压矢量PWM控制原理空间电压矢量PWM控制是一种全新的PWM控制技术，它是将矢量图形技术和PWM控制技术相结合，实现对电压和电流等物理量的精确控制和调节。
要实现空间电压矢量PWM控制，需要首先对矢量图形的基本概念及其应用进行了解。
矢量图形是在某个坐标系中画出的向量，这些向量代表了物理量在该坐标系中的大小和方向关系。
在三电平整流器中，根据输入信号的特性，可以选择不同的矢量图形进行控制，从而实现电转换效率和系统稳定性等指标的优化。
具体而言，需要在与矢量图形相对应的控制单元中进行调整和优化，以适应实际控制需要。
4. 空间电压矢量PWM控制实现步骤空间电压矢量PWM控制的实现步骤包括：矢量图形的选取、信号采样、空间电压矢量变换、PWM信号生成、功率调节及直流侧反馈控制等。
《PWM控制技术》课件
需求分析
明确控制目标和控制参数，分析 系统的约束条件和性能要求。
系统集成与测试
将PWM控制器与被控对象集成在 一起，进行系统测试和验证，确 保满足设计要求。
PWM控制器设计的实例
01
02
03
直流电机调速系统
采用PWM控制器实现直 流电机的调速控制，通过 调节占空比实现电机转速 的调节。
LED亮度调节
PWM控制技术的应用领域
总结词
PWM控制技术广泛应用于电机控制、电 源管理、照明控制等领域。
VS
详细描述
PWM控制技术在许多领域都有广泛的应 用，其中最常见的是电机控制领域。通过 PWM控制技术，可以精确地调节电机转 速和转矩，实现电机的高效运行。此外， PWM控制技术在电源管理领域也得到了 广泛应用，如开关电源、充电器等。在照 明控制领域，PWM控制技术可以实现 LED灯的亮度调节，提高照明质量和节能 效果。此外，PWM控制技术还应用于音 频信号处理、温度控制等领域。
采用PWM控制器实现LED 亮度的调节，通过调节占 空比实现LED亮度的变化 。
温度控制系统
采用PWM控制器实现温 度的控制，通过调节加热 元件的通断时间实现温度 的调节。
05 PWM控制技术的优缺点
PWM控制技术的优点
高效节能
PWM控制技术可以根据实际需求调 整输出功率，避免了能量的浪费，从 而实现节能。
脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）：通过调节脉 冲宽度来改变输出电压或电流的大小 。
脉冲密度调制（Pulse Density Modulation，PDM）：通过调节脉 冲密度来改变输出电压或电流的大小 。
频率调制（Pulse Frequency Modulation，PFM）：通过改变脉 冲频率来改变输出电压或电流的大小 。
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◆而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流，使 之在正弦波附近变化，这就比只要求正弦电压前 进了一步。
◆然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终 目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产 生恒定的电磁转矩。
◆如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视 为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的 工作，其效果应该更好。这种控制方法称作“磁 链跟踪控制”，
等于Ud，方向沿A轴（即X轴）
B
-uCO’
u1
uAO’
A
-uBO’ C
（c）工作状态110的合成电压空间矢量
◆ u1 存在的时间为/3，在这段时间以后，工作 状态转为110，和上面的分析相似，合成空间 矢量变成图中的 u2 ，它在空间上滞后于u1 的 相位为 /3 弧度，存在的时间也是 /3 。
B uBO’
图6-25 电压空间矢量
电压空间矢量的相互关系
◆定子电压空间矢量： uA0 、 uB0 、 uC0 的方向始终处于各相绕组的轴 线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，时间相 位互相错开的角度也是120°
◆合成空间矢量： 由三相定子电压空间矢量相加合成的空间矢量 us 是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是 每相电压值的3/2倍。
◆ 2 种无效状态（因为逆变器这时并没有输出 电压）： ◇上桥臂开关 VT1、VT3、VT5 全部导通
◇下桥臂开关 VT2、VT4、VT6 全部导通
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。
us
dΨ s dt
（6-41）
或
（6-42）
Ψs usdt
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 Ψmej1t
（6-43）
其中 Ψm是磁链Ψs的幅值，1为其旋转角速度。
◆当电源频率不变时，合成空间矢量 us 以电源角
频率1 为电气角速度作恒速旋转。当某一相电
压为最大值时，合成电压矢量 us 就落在该相的 轴线上。用公式表示，则有
usuA 0uB0 uC0 （6-39）
◆与定子电压空间矢量相仿，可以定义定子电流 和磁链的空间矢量 Is 和Ψs 。
2、电压与磁链空间矢量的关系
（a）开关模式分析
◆设工作周期从100 状 电路如图所示。
各相对直流电源中
点的电压都是幅值
Ud
为
UAO’ = Ud / 2
UBO’ = UCO’ = - Ud
-
/2
id
VT1
iA
O
VT6 iB VT2 iC
（b）工作状态100的合成电压空间矢量 ◆由图可知，三相的合成空间矢量为 u1，其幅值
◆下面的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不 同的电压空间矢量得到的，所以又称“电压空间 矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”
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 。
u2 uAO’ A
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 空间矢量的幅值不变，而相位每次旋转 /3 ，直 到一个周期结束。
◆ 这样，在一个周期中 6 个电压空间矢量共转过
2 弧度，形成一个封闭的正六边形，如图所示。
u4
u3
u5
u7 u8
u2
u6 u1
序号
开关状态
1 VT6 VT1 VT2
2
VT1 VT2 VT3
2
VT2 VT3 VT4
4
VT3 VT4 VT5
5
VT4 VT5 VT6
6
VT5 VT6 VT1
7
VT1 VT3 VT5
8
VT2 VT4 VT6
开关代码 100 110 010 011 001 101 111 000
如果，图中的逆变器采用180°导通型，功率开 关器件共有8种工作状态（见附表） ，其中 ◆ 6 种有效开关状态；
◆三相的电压平衡方程式相加，即得用合成空间 矢量表示的定子电压方程式为
us
RsIs
dΨs dt
（6-40）
式中us — 定子三相电压合成空间矢量； Is — 定子三相电流合成空间矢量； Ψs— 定子三相磁链合成空间矢量。
近似关系
当电动机转速不是很低时，定子电阻压降在式 （6-40）中所占的成分很小，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
压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2弧度， 其轨迹与磁链圆重合。 ◆这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为 电压空间矢量的运动轨迹问题。
图6-26 旋转磁场与电压 空间矢量的运动轨迹
3. 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场
（1）电压空间矢量运动轨迹 ◆在常规的 PWM 变压变频调速系统中，异步电
动机由六拍阶梯波逆变器供电，这时的电压空间 矢量运动轨迹是怎样的呢？
◆为了讨论方便起见，再把三相逆变器-异步电动 机调速系统主电路的原理图绘出，图6-27中六个 功率开关器件都用开关符号代替，可以代表任意 一种开关器件。
主电路原理图
图6-27 三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图
开关状态表
由式（6-41）和式（6-43）可得
u s d d t(Ψ m ej 1 t)j1 Ψ m ej 1 t1 Ψ m ej( 1 t π 2 )
（6-44）
式（6-44）表明，当磁链幅值Ψm一定时，us的大小
与1 （或上供电电压频率）成正比,其方向则与磁
链矢量Ψs正交，即磁链圆的切线方向 。
磁场轨迹与电压空间矢量运动轨迹的关系 ◆如图所示，当磁链矢量在空间旋转一周时，电
电压空间矢量PWM控制技术演 示文稿
本节提要
▪ 问题的提出 ▪ 空间矢量的定义 ▪ 电压与磁链空间矢量的关系 ▪ 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 ▪ 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制
问题的提出
◆经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的 输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的 波形。
◆然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终 目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产 生恒定的电磁转矩。
◆如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视 为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的 工作，其效果应该更好。这种控制方法称作“磁 链跟踪控制”，
等于Ud，方向沿A轴（即X轴）
B
-uCO’
u1
uAO’
A
-uBO’ C
（c）工作状态110的合成电压空间矢量
◆ u1 存在的时间为/3，在这段时间以后，工作 状态转为110，和上面的分析相似，合成空间 矢量变成图中的 u2 ，它在空间上滞后于u1 的 相位为 /3 弧度，存在的时间也是 /3 。
B uBO’
图6-25 电压空间矢量
电压空间矢量的相互关系
◆定子电压空间矢量： uA0 、 uB0 、 uC0 的方向始终处于各相绕组的轴 线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，时间相 位互相错开的角度也是120°
◆合成空间矢量： 由三相定子电压空间矢量相加合成的空间矢量 us 是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是 每相电压值的3/2倍。
◆ 2 种无效状态（因为逆变器这时并没有输出 电压）： ◇上桥臂开关 VT1、VT3、VT5 全部导通
◇下桥臂开关 VT2、VT4、VT6 全部导通
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。
us
dΨ s dt
（6-41）
或
（6-42）
Ψs usdt
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 Ψmej1t
（6-43）
其中 Ψm是磁链Ψs的幅值，1为其旋转角速度。
◆当电源频率不变时，合成空间矢量 us 以电源角
频率1 为电气角速度作恒速旋转。当某一相电
压为最大值时，合成电压矢量 us 就落在该相的 轴线上。用公式表示，则有
usuA 0uB0 uC0 （6-39）
◆与定子电压空间矢量相仿，可以定义定子电流 和磁链的空间矢量 Is 和Ψs 。
2、电压与磁链空间矢量的关系
（a）开关模式分析
◆设工作周期从100 状 电路如图所示。
各相对直流电源中
点的电压都是幅值
Ud
为
UAO’ = Ud / 2
UBO’ = UCO’ = - Ud
-
/2
id
VT1
iA
O
VT6 iB VT2 iC
（b）工作状态100的合成电压空间矢量 ◆由图可知，三相的合成空间矢量为 u1，其幅值
◆下面的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不 同的电压空间矢量得到的，所以又称“电压空间 矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”
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 。
u2 uAO’ A
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 空间矢量的幅值不变，而相位每次旋转 /3 ，直 到一个周期结束。
◆ 这样，在一个周期中 6 个电压空间矢量共转过
2 弧度，形成一个封闭的正六边形，如图所示。
u4
u3
u5
u7 u8
u2
u6 u1
序号
开关状态
1 VT6 VT1 VT2
2
VT1 VT2 VT3
2
VT2 VT3 VT4
4
VT3 VT4 VT5
5
VT4 VT5 VT6
6
VT5 VT6 VT1
7
VT1 VT3 VT5
8
VT2 VT4 VT6
开关代码 100 110 010 011 001 101 111 000
如果，图中的逆变器采用180°导通型，功率开 关器件共有8种工作状态（见附表） ，其中 ◆ 6 种有效开关状态；
◆三相的电压平衡方程式相加，即得用合成空间 矢量表示的定子电压方程式为
us
RsIs
dΨs dt
（6-40）
式中us — 定子三相电压合成空间矢量； Is — 定子三相电流合成空间矢量； Ψs— 定子三相磁链合成空间矢量。
近似关系
当电动机转速不是很低时，定子电阻压降在式 （6-40）中所占的成分很小，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
压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2弧度， 其轨迹与磁链圆重合。 ◆这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为 电压空间矢量的运动轨迹问题。
图6-26 旋转磁场与电压 空间矢量的运动轨迹
3. 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场
（1）电压空间矢量运动轨迹 ◆在常规的 PWM 变压变频调速系统中，异步电
动机由六拍阶梯波逆变器供电，这时的电压空间 矢量运动轨迹是怎样的呢？
◆为了讨论方便起见，再把三相逆变器-异步电动 机调速系统主电路的原理图绘出，图6-27中六个 功率开关器件都用开关符号代替，可以代表任意 一种开关器件。
主电路原理图
图6-27 三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图
开关状态表
由式（6-41）和式（6-43）可得
u s d d t(Ψ m ej 1 t)j1 Ψ m ej 1 t1 Ψ m ej( 1 t π 2 )
（6-44）
式（6-44）表明，当磁链幅值Ψm一定时，us的大小
与1 （或上供电电压频率）成正比,其方向则与磁
链矢量Ψs正交，即磁链圆的切线方向 。
磁场轨迹与电压空间矢量运动轨迹的关系 ◆如图所示，当磁链矢量在空间旋转一周时，电
电压空间矢量PWM控制技术演 示文稿
本节提要
▪ 问题的提出 ▪ 空间矢量的定义 ▪ 电压与磁链空间矢量的关系 ▪ 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 ▪ 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制
问题的提出
◆经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的 输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的 波形。