第6章(2)：电压空间矢量PWM控制技术48
svpwm
交流电动机绕组旳电压、电流、磁链等物 理量都是随时间变化旳，假如考虑到它们所 在绕组旳空间位置，能够定义为空间矢量。 定义三相定子电压空间矢量
uAO kuAO uBO kuBOe j uCO kuCOe j2
2
3
k为待定系数
空间矢量旳合成
三相合成矢量
us uAO uBO uCO kuAO kuBOe j kuCOe j2
is、is' 共轭矢量
空间矢量体现式
考虑到
iAO iBO iCO 0
2
3
p' =
3 2
k 2 (uAOiAO
uBOiBO
uCOiCO )
3 2
k2
p
三相瞬时功率 p=u i AO AO uBOiBO uCOiCO
按空间矢量功率与三相瞬时功率相等旳原则
k 2 3
空间矢量体现式
us
期望电压空间矢量旳合成
六边形旋转磁场带有较大旳谐波分量，这将 造成转矩与转速旳脉动。 要取得更多边形或接近圆形旳旋转磁场，就 必须有更多旳空间位置不同旳电压空间矢量 以供选择。 PWM逆变器只有8个基本电压矢量，能否用 这8个基本矢量合成出其他多种不同旳矢量呢？
期望电压空间矢量旳合成
按空间矢量旳平行四边形合成法则，用相邻 旳两个有效工作矢量合成期望旳输出矢量， 这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）旳基 本思想。 按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对 称旳六个扇区，当期望输出电压矢量落在某 个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻 旳2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。
零矢量集中旳实现措施
图5-29 零矢量集中旳SVPWM实现
零矢量分散旳实现措施
将零矢量平均分为4份，在开关周期 旳首、尾各放1份，在中间放两份。 将两个基本电压矢量旳作用时间平分 为二后，插在零矢量间。 按开关次数至少旳原则选择矢量。
第6章PWM技术
由电机学，三相对称正 弦供电时: 总向量恒幅恒速旋转 (电)角速度：w 2f s 代表空间正弦分布且圆 转磁场，u s、es、is 是引用量
26
• 三相交流的空间向量
n=0:15;x=2*pi*n/16;a=2*pi/3;
v=cos(x)+cos(x+a)*exp(j*a) +cos(x-a)*exp(-j*a); plot(v)
16
除计算法和调制法外，还有 空间向量法 跟踪控制方法
17
6.2.2 异步调制和同步调制
载波比N = fc / fo----模拟uo一个周波的脉冲数 1） 异步调制----fc不变， N随fo变 载波与调制波不同步 N常≠整数 对称性差。 当fo较低时，N大------低频性能好。
当fo增高时，N小------高频差
u
ω1
u2Tc
32
空间矢量磁链控制 SVPWM
其它区域也有相应控制规则
SVPWM用电压向量u控制Ψ 沿折线围线,并走走停停逼近圆 开关频率越高,线元usTc越短 Ψ圆越准
33
空间矢量磁链控制 SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
34
SVPWM波形特点
31
空间矢量磁链控制 SVPWM
--仿闭环控制算法 控制方程ΔΨs “=” usTc 按Ψ转向超前90度建u参考轴 u2 用u轴前后电压向量控制Ψ 例如图 矢量 作用 应用条件 u1 u1 正转增幅 Ψ滞后欠幅 u2 正转减幅 滞后超幅 u7,8 停转等待 超前 Ψ 例:Ψ滞后欠幅,用u1 u1Tc Ψ滞后超幅,用u2 Ψ超前,用u7,8 注”相邻原则”:u1u8; u2u7;可减少开关动作
(完整版)PWM控制技术(深度剖析)
第6章PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路1 PWM控制的基本原理理论基础：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。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
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)控制技术教学探讨
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术教学探讨刘述喜;谭兴强【摘要】电压空间矢量PWM (SVPWM)控制技术是电力拖动自动控制系统或运动控制系统等课程的难点内容之一,教与学都不容易.借助MATLAB/SIMULINK仿真软件,对SVPWM的工作原理进行了详细的分析,给出了仿真波形,给学生提供一个直观的学习手段,以帮助学生切实掌握这部分内容.【期刊名称】《攀枝花学院学报》【年(卷),期】2012(029)002【总页数】4页(P118-121)【关键词】空间矢量脉宽调制;MATLAB/SIMULINK;教学实践【作者】刘述喜;谭兴强【作者单位】重庆理工大学电气工程系,重庆 400054;攀枝花学院机电工程系,四川攀枝花 617064【正文语种】中文电气专业学生学习的《电力拖动自动控制系统》和自动化专业学生学习的《运动控制系统》等课程，都会讲到变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术［1］，其中电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术是难点内容之一，计算公式多，理论性强。
很多同学听完这一节内容后仍然云里雾里，老师讲得也很费劲，教与学都不容易。
对于电力拖动自动控制系统这样一门实践性很强的专业课来说，只有多做实验，才能充分领会、理解课本中的内容并最终掌握它。
采用SVPWM技术的变频调速装置或实验箱，由于该技术已封装好，对于学生掌握SVPWM原理并无大益。
本文借助MATLAB/SIMULINK仿真软件，在课本的基础上，对SVPWM技术进行拓展并进行仿真，以帮助学生切实掌握这一部分内容。
MATLAB是美国Math Works公司发行的矩阵计算软件，其中的SIMULINK动态仿真软件包含有很多工具箱，功能十分强大。
MATLAB/SIMULINK仿真软件不仅广泛应用于科学研究，也广泛应用于教育教学。
仿真手段可以弥补实验设备的不足，帮助学生理解课堂教学内容，调动学生学习兴趣和探究欲望。
MATLAB/SIMULINK仿真软件给用户提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境，具有以下特点：(1)建模方式直观，只要知道对象的数学模型，利用SIMULINK可视化的建模方式，可迅速建立动态系统的框图模型，结构和流程清晰;(2)仿真方式灵活，为用户提供了一个图形化的调试工具，在仿真过程中可以修改参数;(3)交互式的仿真分析：SIMULINK的示波器可以动态、图形化的显示数据，多种分析工具可以帮助诊断模型中的问题。
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
第6章6.3 空间矢量PWM(SVPWM)控制
用于VSR直流电流控制中的SVPWM技 术的类型
其一是基于固定开关频率的SVPWM电流控制， 即利用同步旋转坐标系(d，q)中电流调节器输 出的空间电压矢量指令，再采用SVPWM使 VSR的空间电压矢量跟踪电压矢量指令，从而 达到电流控制的目的； 其二是利用基于滞环电流控制的SVPWM，即 利用电流偏差矢量或电流偏差变化率矢量空间 分布给出最佳的电压矢量切换，使电流偏差控 制在滞环宽度以内，这实际上是一种变开关频 率的SVPWM。
23
定频滞环SVPWM电流控制的实现 控制结构如图所示
引入锁相环控制， 以动态调整内、 外滞环宽度，从 而获得定频滞环 SVPWM电流控 制。
当外滞环比较单元判定指令电压矢量V*所在的平行 四边形区域时，实际上只有两个相间电流误差可以 独立控制。
24
如果 Va 0、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在三轴(a，b，c)上的投影就是对 称的三相正弦量。
5
2. 空间电压矢量的合成
对于任一给定的空间电压矢量，均可由8条三 相VSR空间电压矢量合成，
14
三相VSR SVPWM电流控制类型
2.将滞环控制与SVPWM控制相结合，通过 VSR空间电压矢量的实时切换，使电流误差被 限制在一个给定滞环内，从而获得电流的高品 质控制。 这类SVPWM电流控制方案，因其快速的电流 响应和较好的系统鲁棒性，常用于诸如有源滤 波器等要求快速电流响应控制的系统中。 这类控制方案将滞环控制与SVPWM控制有机 地结合起来，在取得快速电流响应的同时，降 低了开关频率，提高了系统运行效率。
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
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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！
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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
PWM控制技术介绍讲座-49页PPT精品文档
a1
2Ud
(12cos1
2cos2
2cos3)
a5
2Ud
5
(12c
os51
2cos52
2cos53)
0
a7
2Ud
7
(12c
os71
2cos72
2cos73)
0
回目录
PWM控制技术的实现
特定谐波消除PWM（SHEPWM）的实现
u r1
ur uc
u
O
t
回目录
图 6-18
PWM控制技术的实现
SPWM的改进
u 1
O
改进2：加入电压为
-1 uP
O
-0.5
u p mu irU n ,u r1( V ,u r 1W ) 1 1
u 1
的直流分量降低开关频率
O
-1 uUN'
Ud 2
O
Ud 2
uVN'
O uWN'
O
uUV Ud
PWM调制技术介绍
吴学智
2019年6月26日
目录 PWM控制技术的基本原理 PWM控制技术的实现方式 PWM控制技术的应用实例 总结
回目录
PWM控制技术的基本原理
PWM控制——脉冲宽度调制技术
1、目的：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效 地获得所需要波形（含形状和幅值），实现波形重组
2、应用场合：逆变电路、脉冲整流、矩阵变换器、直 流斩波、斩控式交流调压
+ fT* -
fT
ferr
f/V
Udc
+ i*
ierr
S
u, i
SVPWM电压矢量控制解析
ψ s ψ AO ψ BO ψCO k AO k BO e k CO e
j j 2
空间矢量表达式
空间矢量功率表达式
p ' =Re(u s is' ) Re[k 2 (u AO u BO e j uCO e j 2 )(iAO iBO e j iCO e j 2 )] k 2 (u AO iAO u BO iBO uCOiCO ) k 2 Re[(u BO iAO e j uCO iAO e j 2 u AOiBO e j uCO iBO e j u AO iCO e j 2 u BOiCO e j )]
d us ( s e j (1t ) ) dt
j (1t ) j e 1 s 1 se j (1t ) 2
电压与磁链空间矢量的关系
图5-22 旋转磁场与电压空 间矢量的运动轨迹
图5-23 电压矢量圆轨迹
电压空间矢量
直流电源中点O’和交流电动机中点O的电位
2 Ud 2 4 2 4 2 [(1 cos cos ) j (sin sin )] U d 3 2 3 3 3 3 3
8个基本空间矢量
当
SA
uAuBSB NhomakorabeaSC 1 1 0
Ud 2 Ud 2
Ud uC 2
2 4 j j U 2 Ud u2 (1 e j e j 2 ) d (1 e 3 e 3 ) 3 2 2
8个基本空间矢量
PWM逆变器共有8种工作状态
当
SA
SB
uA
uB
SC 1 0 0 Ud Ud Ud uC 2 2 2
一种改进的三电平逆变器空间电压矢量PWM控制技术
第33卷增刊2003年9月 东南大学学报(自然科学版)JOURNA L OF S OUTHE AST UNIVERSITY (Natural Science Edition ) Vol 133Sup.Sept.2003 一种改进的三电平逆变器空间电压矢量PW M 控制技术李 明 马小平 陈爱丽(中国矿业大学信电学院,徐州221008)摘要:根据三电平逆变器空间电压矢量PW M 控制原理,针对过调制问题,提出了一种改进的空间电压矢量PW M 控制技术,并推导了三电平逆变器空间电压矢量在各个过调制区域内的等效作用时间算法.仿真实验结果表明该方法在过调制时能够保证线性调制关系,有效抑制谐波,提高电压利用率.关键词:三电平逆变器;空间电压矢量PW M ;过调制中图分类号:T M464 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2003)增刊20179204A improved SVPWM technique for three 2level inverterLi Ming Ma X iaoping Chen Aili(In formation and E lectrical Engineering Institute ,China University of M ining and T echnology ,Xuzhou 221008,Chinese )Abstract : T o s olve the problem of over 2m odulation ,this paper proposes a im proved technique based on the principle of three 2level inverter space v oltage vector pulse 2width m odulation and derives the correspond 2ing time alg orithm of three 2level inverter space v oltage vector in the over 2m odulation sectors.Simulation ex 2perimental results show that the method can restrain the content of harm onious and increase v oltage utiliza 2tion.K ey w ords : three 2level v oltage inverter ;space v oltage vector PW M ;over 2m odulation 收稿日期:2003206226. 作者简介:李 明(1962-),男,博士,副教授,xzmingli @.电压型逆变器在交流传动、不间断电源和有源滤波器等高性能电力电子装置中得到广泛应用.近年来,为适应高电压、大功率应用场合,多电平逆变器的研究和应用日益受到人们的关注和重视,例如,矿井提升机、通风机等的交流电动机调速系统,其电压等级为6kV ,功率可达数千千瓦,是典型的多电平逆变器应用对象.作为核心技术的PW M 控制方法也得到了越来越深入的研究,迄今为止,已提出了多种PW M 控制方法和技术[1,2].本文主要针对过调制问题,在原有三电平逆变器空间电压矢量PW M 控制技术的基础上提出一种改进的控制方法,使逆变器的输出基波在过调制下也能保证线性调制关系,同时具有输出谐波含量小以及算法的实时性强等特点.最后给出了在Simulink 环境下的仿真实验结果.1 三电平逆变器结构及空间电压矢量PW M 控制原理111 三电平逆变器主电路结构目前,应用较广的是二极管中点钳位(neutral point clam ped ,NPC )式三电平逆变器,其主电路的拓扑结构如图1所示.这种二极管钳位式结构的特点是采用多个二极管对相应开关元件进行钳位,输出相应三电平的相电压.112 三电平逆变器的空间电压矢量PW M 控制原理如果把三相三阶中点钳位逆变器每一相的3种输出状态组合起来,则逆变器共能获得27种不同输出状态,其中包括6个长矢量,6个中矢量,12个短矢量和3个零矢量,如图2所示.其中6种幅值为E 的长矢量图1 三电平逆变器的主电路结构图将圆等分为6个扇区,每个扇区占60°空间角.每个扇区又被幅值为E 2及32E 的短矢量和中矢量分为4个小三角形.由于三电平的27个矢量,远大于二电平的8个矢量,因此矢量选择范围大,能更好地逼近正弦输出,获得更好的性能.11211 空间电压矢量的等效作用时间图3为V 0,V 7,V 9形成的等边三角形,在这个三角形中包含长矢量V 7=E e j0,V 9=E ej π3,中矢量V 8=32E e j π6,短矢量V 1=12E e j0,V 2=12E e j π3以及零矢量V 0=0,把图2 三电平逆变器的空间电压矢量图V 1,V 2,V 8的顶点连接起来,大三角形被分成4个小三角形A ,B ,C ,D.如果参考矢量V ref =V e j θ处于三角形B 中,就用V 1,V 7,V 8三个矢量合成参考矢量V ref ,根据伏秒平衡原则,各矢量作用时间可由式(1)求解,即 V 1t 1+V 7t 7+V 8t 8=V ref T st 1+t 7+t 8=T s (1)式中,T s 是采样周期;t 1,t 7,t 8分别为V 1,V 7,V 8的作用时间.把V 1=12E e j0,V 7=E e j0,V 8=E e j π6,V ref =Ve j θ代入式(1),可得V 1,V 7,V 8的作用时间 t 8=4V 3E T s sin θt 7=4V 3ET s sin π3-θ-T s t 1=T s -t 8-t 7(2)图3 V 0,V 7,V 9形成的三角形同理可以得出参考矢量V ref =V e j θ处于其他三角形A ,C ,D 的作用时间.112.2 空间电压矢量的作用顺序设参考矢量落在小三角形A 中,则可供选择的矢量为V 0,V 1,V 2,按七段式SVPWM 的产生方法,得到开关序列V 0(000)—V 1(100)—V 2(110)—V 0(111)—V 2(110)—V 1(100)—V 0(000).其脉冲波形如图4所示.只要参考电压矢量V ref 的端点轨迹位于六边形的内切圆内,则都可以利用逆变器的输出矢量合成,其输出电压就为正弦波形.此时,能达到线性最大调制.如图5所示,如果参考电压矢量V ref 的端点轨迹位于六边形的内切圆和外接圆之间,SVPWM 将出现过调制.此时,若仍按式(2)计算电压矢量的作用时间,则t 1+t 8+t 7>T s .因此有必要对上述空间电压矢量PWM 算法作适当的改进.2 改进空间电压矢量PWM 控制方法参考二电平逆变器处理过调制的思想[3,4],可以研究三电平逆变器过调制问题.如图5所示,对V ref 端点081东南大学学报(自然科学版)第33卷图4 三角形A 内的PWM 脉冲波形轨迹超出六角形的部分,保持V ref 的相位角不变,将V ref 的端点强制固定在六边形上,同时未超出六角形部分仍保留为圆形,因此,最后V ref 的端点轨迹为ab 段圆弧、bc 段直线、cd 段圆弧.对端点轨迹未超出六角形的部分,作用时间仍按照式(2)计算,对端点轨迹强制固定至六角形的部分,作用时间推导如下:对于图5中三角形V 0V 8b ,由正弦定理得 |V 0V 8|sin (θ+π3)=|V 0b |sin π2(3)图5 过调制轨迹示意图式中,|V 0V 8|=32E ,|V 0b |=V ′,代入式(2)、(3)得 V ′=3E 2sin θ+π3(4)根据等效原则并将式(4)代入式(2)可得V 1,V 7,V 8在过调制的作用时间为 t ′8=2sin θsin π3+θT s t ′7=2sin π3-θsin θ+π3T s -T st ′1=T s -t ′8-t ′7(5)由以上分析可知,改进的空间电压矢量PWM 方法中需要对电压矢量轨迹是否超出六角形进行判断,然后分别对应地应用式(2)和式(5)计算矢量作用时间.3 仿真研究为验证上述改进算法的正确性,在Matlab/Simulink 环境下进行仿真实验.基本参数为:三相异步电动机额定功率为212kW ,额定电压为380V ,频率为50H z ,定子电阻为3118Ω,电感为101304mH ,转子电阻为11308Ω,电感为7162mH ,转动惯量为01089kg ・m 2,极对数为2;直流侧电感为4700μF ;采样周期T s =2ms ,E d =400V.仿真结果如图6和图7所示.图6 正常PW M 调制输出线电压及电流波形 图7 过调制输出线电压及电流波形图181增刊李 明等:一种改进的三电平逆变器空间电压矢量PW M 控制技术281东南大学学报(自然科学版)第33卷 图6为正常PW M调制输出线电压及电流波形,给定参考电压346V,频率50H z,调制比01866.图6(a)为异步电动机定子AB间线电压波形,从图中可以看出电动机定子线电压有±400,0和±200V五种电平.图6 (b)为异步电动机定子三相电流波形,从图中可以看出电动机定子电流最大幅值为912A,而且三相电流波形是非常好的正弦波.图7所示为过调制输出线电压及电流波形图,给定参考电压为367V,频率为50H z,调制比为01911.图7 (a)为异步电动机定子AB间线电压波形.图7(b)为异步电动机定子三相电流波形,从图中可以看出电动机定子电流最大幅值为819A,而且三相电流波形接近正弦.4 结 论本文根据三电平逆变器空间电压矢量PW M控制原理,针对过调制问题,提出了一种改进的空间电压矢量PW M控制技术.该方法能够有效地抑制谐波,提高电压的利用率,仿真实验结果表明了该方法的有效性.参考文献(R eferences)[1]Halase Sandor.Optimal control of three2level PW M inverter[J].IEEE2T on Industrial Electronics,1997,44(1):99106.[2]钟彦儒,高永军,曾 光.采用空间电压矢量PW M方法三电平逆变器研究[J].电力电子技术.2000,34(1):1013.Zhong Y anru,G ao Y ongjun,Z eng G uang.S tudy on three2level inverter using v oltage vector PW M method[J].Power Electronics,2000, 34(1):1013.(in Chinese)[3]李 伟,蒋学润,毛宗源.一种基于8XC196MC的新型空间电压矢量算法[J].电力电子技术.2002,36(4):4143.Li Wei,Jiang Xuerun,Mao Z ongyuan.A novel space v oltage vector PW M technique based on8XC196MC[J].Power Electronics,2002, 36(4):4143.(in Chinese)[4]刘风君.正弦波逆变器[M].北京:科学出版社,2002.148155.。
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。
空间矢量PWMSVPWM控制
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。
空间电压矢量调制SVPWM技术详解
∫ ∫ ∫ ∫ T
0 U ref dt =
U T x
0
xdt
+
U T x + T y
Tx
ydt
+
U d t T
*
Tx +Ty 0
或者等效成下式：
(1-5)
U ref * T = U x * Tx + U y * Ty + U 0 * T0
(1-6)
其中，Uref 为期望电压矢量；T 为采样周期；Tx、Ty、T0 分别为
− 3 Udc
3U dc
11 1
U7
0
0
0
0
0
0
图 1-3 给出了八个基本电压空间矢量的大小和位置
其中非零矢量的幅值相同(模长为 2Udc/3)，相邻的矢量间隔 60°,而 两个零矢量幅值为零，位于中心。在每一个扇区，选择相邻的两个电
压矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合成每个扇区内的任意电
压矢量，即：
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
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。当 U4(100)切换至 U0(000)时，只需改 变 A 相上下一对切换开关，若由 U4(100)切换至 U7(111)则需改变 B、C 相上下两对切换开关，增加了一倍的切换损失。因此要改变电
《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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（6-53）
（6-54）
零矢量的使用 ◆换相周期 T0 应由旋转磁场所需的频率决定， T0 与 t1+ t2 未必相等，其间隙时间可用零矢量 u7 或 u8 来填补。为了减少功率器件的开关次数，一般 使 u7 和 u8 各占一半时间，因此
1 t7 t8 (T0 t1 t 2 ) 2
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；
◆ 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。
图6-33 电压空间矢量的放射形式和6个扇区
◆在常规六拍逆变器中一个扇区仅包含两个开关 工作状态。
◆如果想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场， 就必须在每一个期间内出现多个工作状态， 以形成更多的相位不同的电压空间矢量。为 此，必须对逆变器的控制模式进行改造。
圆形旋转磁场逼近方法
◆ PWM控制显然可以适应上述要求，问题是，怎 样控制PWM的开关时间才能逼近圆形旋转磁场。 ◆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。
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4 段组成。这时，每段施加的电压空间矢量的相位 都不一样，可以用基本电压矢量线性组合的方法 获得
图6-31 逼近圆形时 的磁链增量轨迹
线性组合的方法
◆图6-32表示由电压空间矢量和的线性组合构成 新的电压矢量。设在一段换相周期时间T0 中， 可以用两个矢量之和表示由两个矢量线性组合后 的电压矢量us ，新矢量的相位为 。
◆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。
（a）开关模式分析 ◆设工作周期从100 + 状态开始，这时VT6、 VT1、VT2导通，其 等效电路如图所示。 各相对直流电源中 Ud 点的电压都是幅值 为 UAO’ = Ud / 2 UBO’ = UCO’ = - Ud /2
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 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。
u2
u6
u1
（2）定子磁链矢量端点的运动轨迹 ◆电压空间矢量与磁链矢量的关系
◆ 一个由电压空间矢量运动所形成的正六边形轨 迹也可以看作是异步电动机定子磁链矢量端点的 运动轨迹。对于这个关系，进一步说明如下：
（6-41）可以写成设在 逆变器工作开始时定子 磁链空间矢量为1，在 第一个 /3 期间，电动 机上施加的电压空间矢 量为图6-28d中的 u1 ， 把它们再画在图6-29中。 按照式
作用时间的确定 这样，根据各个开关状态的线电压表达式可以推 出
t1 t2 j π 3 t1 t2 jπ 3 us U d U d e U d e T0 T0 T T 0 0 t1 t2 1 t1 t2 π π 3 U d cos j sin U d j 2 T T 3 3 T T 2 0 0 0 0 t1 t2 3t2 U d T 2T j 2T 0 0 0
现代电力电子技术
第6章(2)
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术
（或称磁链跟踪控制技术)
主讲
申群太
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。 ◆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。
其中 Ψm是磁链Ψs的幅值，1为其旋转角速度。
由式（6-41）和式（6-43）可得
d j1t j1t us (Ψ m e ) j1Ψ m e 1Ψ m e dt
π j (1t ) 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 。
图6-32 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 。在图6-32中，可以看出
t1 t2 us u1 u2 us cos jus sin T0 T0
（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
（6-55）
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
us uA0 (t ) uB0 (t )e uC0 (t )e
式中 = 120
j
j 2
（6-50）
（3）线电压合成公式 若改用线电压表示，可得
us uAB (t ) uBC (t )e
几种表示法的比较：
j
（6-51）
由图6-27可见，当各功率开关处于不同状态时， 线电压可取值为Ud、0 或 –Ud，比用相电压表示 时要明确一些。
B uBO’ uAO’ C A u2
（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
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 。
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。
◆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”， ◆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”
dΨ s us dt
或
Ψ s us dt
（6-41） （6-42）
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）
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
序号 1 2 2 4 5 6 7 8 VT6 VT1 VT2 VT1 VT2 VT3 VT2 VT3 VT4 VT3 VT4 VT5 VT4 VT5 VT6 VT5 VT6 VT1 VT1 VT3 VT5 VT2 VT4 VT6 开 关 状 态 开关代码 100 110 010 011 001 101 111 000
2、电压与磁链空间矢量的关系 ◆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
dΨ s us Rs I s dt
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。
（6-40）
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
图6-29 六拍逆变器供电时电动机电 压空间矢量与磁链矢量的关系
u1 t Ψ 1
（6-45）
也就是说，在 /3 所对应的时间 t 内，施加 u1 的结果是使定子磁链 1 产生一个增量，其幅 值与|u1| 成正比，方向与u1一致，最后得到图629所示的新的磁链，而
2 1 1
（6-52）
比较式（6-52）和式（6-49），令实数项和虚数 项分别相等，则