电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术
SVPWM的原理和法则推导和控制算法详细讲解
SVPWM的原理和法则推导和控制算法详细讲解SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种三相不对称多电平PWM调制技术。
其原理是将三相电压转换为空间矢量信号，通过调制的方式控制逆变器输出电压，以实现对三相电机的控制。
下面将详细介绍SVPWM的原理、法则推导以及控制算法。
一、原理：SVPWM的原理在于将三相电压分解为两相，即垂直于矢量且相互垂直的两个分量，直流坐标分量和交流坐标分量。
其中，直流坐标分量用于产生直流电压，交流坐标分量用于产生交流电压。
通过对直流和交流坐标的调制，可以生成所需的输出电压。
二、法则推导：1.将三相电压写成直流坐标系下的矢量形式：V_dc = V_d - 0.5 * V_a - 0.5 * V_bV_ac = sqrt(3) * (0.5 * V_a - 0.5 * V_b)2. 空间矢量信号通过电源电压和载波进行调制来生成输出电压。
其中，电源电压表示为空间矢量V。
根据配比原则，V_dc和V_ac分别表示空间矢量V沿直流和交流坐标的分量。
V = V_dc + V_ac3.根据法则推导，导出SVPWM的输出电压：V_u = 1/3 * (2 * V_dc + V_ac)V_v = 1/3 * (-V_dc + V_ac)V_w = 1/3 * (-V_dc - V_ac)三、控制算法：1. 设定目标矢量Vs，将其转换为直流坐标系分量V_dc和交流坐标系分量V_ac。
2.计算空间矢量的模长：V_m = sqrt(V_dc^2 + V_ac^2)3.计算空间矢量与各相电压矢量之间的夹角θ：θ = arctan(V_ac / V_dc)4.计算换向周期T和换相周期T1：T=(2*π*N)/ω_eT1=T/6其中，N为极对数，ω_e为电机的角速度。
5.根据目标矢量和夹角θ，确定目标矢量对应的扇区。
6.根据目标矢量和目标矢量对应的扇区，计算SVPWM的换相角度β和占空比：β=(2*π*N*θ)/3D_u = (V_m * cos(β) / V_dc) + 0.5D_v = (V_m * cos(β - (2 * π / 3)) / V_dc) + 0.5D_w=1-D_u-D_v以上步骤即为SVPWM的控制算法。
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。
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。
空间电压矢量调制svpwm技术
空间电压矢量调制svpwm技术
空间电压矢量调制（Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM）是一种在电机控制中得到普遍应用的一种技术。
它具有传统占空比调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）电流良好的性能和空间矢量调制（Space Vector Modulation，简称SVM）的矢量控制优势。
SVPWM的动作变的更为温和，不会出现PWM的跳变峰值，也不会出现SVM的明显的数字步进现象。
同时，SVPWM可以实现更高的转矩精度。
SVPWM技术是由角度切换极坐标系和占空比调制矢量矢量组成，用以驱动同步电机的一种方法。
其特点是：采用多相电容网络，根据外部控制计算输出控制矢量，通过最小二乘算法，得到三相电压控制矢量，可以在模拟和数字单元之间进行无损变换。
最后，再将计算出的三控制矢量分解为二级占空比和重迭开关信号，在这个过程中不需要使用任何滤波器或步进正弦发生器，也可以实现电流的控制。
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控制算法详解
SVPWM控制算法详解SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种基于空间矢量的脉宽调制技术，适用于三相交流电机的控制。
通过调节电机的电压矢量，SVPWM可以实现精确的电机控制。
下面将详细介绍SVPWM控制算法的原理与实现。
SVPWM算法的原理是通过合理的控制电机的电压矢量，使得电机的转矩和速度可以按照设定值精确控制。
SVPWM根据当前电机的运行状态，选择合适的电压矢量进行控制，并且在控制周期内根据设定值不断调整电压矢量的大小和方向。
在空间矢量分解中，SVPWM将三相交流电源的电流分解为两个矢量：直流分量和交流分量。
直流分量表示电流的平均值，而交流分量表示电流的波动部分。
通过对直流分量和交流分量进行分解，SVPWM可以确定电流矢量的大小和方向。
在电压矢量计算中，SVPWM根据电机的状态和设定值，选择合适的电压矢量。
电压矢量有6种组合方式，分别表示正向和反向的60度和120度的电压矢量。
通过选择合适的电压矢量，SVPWM可以确定电机的电压大小和方向。
在脉宽调制中，SVPWM根据电压矢量的大小和方向，通过调节脉冲宽度比例控制电机的输出电压。
脉冲宽度比例是控制电机输出电压关键的参数，通过合理的调整脉冲宽度比例，SVPWM可以实现精确的电机控制。
以三相交流电机为例，SVPWM控制算法可以实现精确的电机转矩和速度控制。
通过选择合适的电压矢量，SVPWM可以实现电机的正反转和转速调节。
同时，SVPWM算法还可以提高电机的效率和性能。
总结起来，SVPWM控制算法是一种基于空间矢量的脉宽调制技术，通过控制电机的电压矢量，实现精确的电机控制。
SVPWM算法通过空间矢量分解、电压矢量计算和脉宽调制等步骤，确定电机的电压大小和方向。
通过合理的控制策略和数学运算，SVPWM可以实现精确的电机转矩和速度控制。
空间电压矢量调制svpwm技术
空间电压矢量调制svpwm技术
《空间电压矢量调制SVPWM技术》是一种可以有效提高电机控制性能的先进技术。
由于其优越的性能，它广泛应用于工业自动化，家庭应用等领域中。
本文首先回顾了空间电压矢量调制SVPWM技术的概念和基本原理，然后探讨了其优越的性能，最后讨论了其发展前景。
空间电压矢量调制SVPWM技术是一种对电机驱动进行控制的先
进技术。
基于有限能量来控制电机，它能够有效调制电机的输出电压，使用最少的能量实现最接近实际电压的结果。
它利用两个非正弦波形，可以通过不同比例的混合形成空间三角形。
它也可以有效地抑制电机电流产生的噪声和振荡，提高电机控制性能。
空间电压矢量调制SVPWM技术具有许多优越的特性。
首先，它可以更有效地控制电机的输出电压，使用最少的能量实现最接近实际电压的结果。
此外，它还可以有效地抑制电机电流产生的噪声和振荡，从而提高电机控制性能。
最后，它可以实现高效率驱动，从而减少整体系统的能量消耗。
空间电压矢量调制SVPWM技术的发展前景非常光明。
在未来的应用中，它将被广泛应用于高性能电机驱动控制，家庭应用，工业自动化等领域，体现出重要的价值和社会效益。
综上所述，空间电压矢量调制SVPWM技术是一种可以有效提高电机控制性能的先进技术。
它具有更有效的电压调制能力，可有效抑制电机电流产生的噪声和振荡，并能够实现高效率驱动，前景非常广阔。
因此，空间电压矢量调制SVPWM技术将有力地帮助我们更好地控制多
功能电机，实现更好的控制性能，为未来的应用奠定坚实的基础。
SVPWM算法原理及详解
SVPWM算法原理及详解SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)是一种用于交流电机驱动的高级PWM调制技术。
该技术可以有效地提高三相交流电机的转速控制精度，并降低谐波含量，从而实现高效能的电机驱动控制。
SVPWM基于矢量控制的思想，在空间矢量和时域之间建立起一个映射关系，从而决定三相电压的高低电平。
在SVPWM中，将输入电压看做一个旋转矢量，通过改变矢量的方向和幅值，来实现对电机的控制。
具体来说，SVPWM将电压空间矢量分解为两个分量：直流分量和交流分量，并通过控制这两个分量的比例和相位差来实现对电机的控制。
SVPWM的核心思想是将输入电压矢量按照一个特定的频率进行旋转，并根据电机当前的电角度来确定矢量的方向和幅值。
在SVPWM中，输入电压矢量可以分解为六个基本矢量，分别为0度、60度、120度、180度、240度和300度。
这六个基本矢量可以通过变换和组合得到任意方向和幅值的矢量，从而实现对电机的控制。
在SVPWM中，通过改变两个交流分量的比例和相位差来实现对电机的控制。
具体来说，将输入电压矢量分解为一个垂直于交流分量的直流分量和一个平行于交流分量的交流分量。
交流分量决定了电机的转速，而直流分量则决定了电机的转矩。
通过控制这两个分量的比例和相位差，可以实现对电机驱动的精确控制。
SVPWM的优点是具有较好的动态响应性能和高调制精度。
通过调整矢量的方向和幅值，SVPWM可以实现对电机的精确控制，并且可以在不同速度下保持较低的谐波含量。
此外，SVPWM还可以提高电机的功率因数，降低电机的损耗和噪音。
然而，SVPWM也存在一些限制。
首先，SVPWM需要较为复杂的运算，因此对控制器的计算能力要求较高。
其次，SVPWM对电机的参数误差和非线性影响较为敏感，需要进行较多的校正和补偿。
总结来说，SVPWM是一种基于矢量控制思想的高级PWM调制技术，通过改变矢量的方向和幅值来实现对电机的控制。
电压空间矢量脉宽调制技术的研究及其实现
电压空间矢量脉宽调制技术的研究及其实现一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，电压空间矢量脉宽调制技术（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）已成为电机控制领域中的一项重要技术。
该技术以其高效、稳定、易于实现等优点，在电力转换、电机驱动、新能源发电等领域得到了广泛应用。
本文旨在对电压空间矢量脉宽调制技术进行深入研究，分析其原理、特点以及实现方法，并探讨其在现代电力电子系统中的应用前景。
本文首先介绍了电压空间矢量脉宽调制技术的基本原理，包括其理论基础、空间矢量的定义与分类、以及SVPWM的实现过程。
接着，文章详细分析了SVPWM技术的特点，包括其调制范围宽、电压利用率高、谐波含量低等优势，并与其他脉宽调制技术进行了比较。
随后，本文着重探讨了电压空间矢量脉宽调制技术的实现方法，包括硬件电路设计和软件编程实现。
在硬件电路设计方面，文章介绍了基于SVPWM技术的电机驱动电路的设计原则和方法；在软件编程实现方面，文章给出了SVPWM算法的具体实现步骤和程序代码示例。
本文还探讨了电压空间矢量脉宽调制技术在现代电力电子系统中的应用前景，包括其在新能源发电、电动汽车、工业自动化等领域的应用，以及未来的发展趋势和挑战。
通过本文的研究，希望能够为电力电子领域的研究人员和工程师提供有益的参考和借鉴。
二、电压空间矢量脉宽调制技术基础电压空间矢量脉宽调制技术（Space Vector Pulse Width Modulation，简称SVPWM）是一种先进的PWM控制技术，它主要应用在三相电压源型逆变器的控制中。
SVPWM技术的核心思想是将三相逆变器的输出电压看作是一个在三维空间中旋转的电压矢量，通过控制这个电压矢量的幅值和旋转速度，来实现对输出电压和电流的精确控制。
SVPWM技术具有许多优点。
SVPWM可以提高电压利用率，使得在相同的直流电压下，输出的线电压峰值可以达到直流电压的根号三倍，提高了逆变器的输出电压能力。
空间矢量调制SVPWM技术
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。
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
的设定电压向量就等效于一个在电压空间向量平面上平滑旋转的电
压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的。
1.2 SVPWM 法则推导
三相电压给定所合成的电压向量旋转角速度为 = 2 f ，旋转
一周所需的时间为 T =1/ f ；若载波频率是 fS ，则频率比为 R = fS / f 。这样将电压旋转平面等 切 割 成 R 个 小 增 量 ，
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
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
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：
说明svpwm调制技术的基本原理和推导流程
SVPWM调制技术的基本原理和推导流程一、引言SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种常用于交流电机驱动系统中的调制技术。
它通过控制电压矢量的合成方式，实现对电机电压的精确控制，从而实现对电机输出转矩和速度的控制。
本文将介绍SVPWM的基本原理和推导流程，并深入探讨其在电机驱动系统中的应用。
二、SVPWM的基本原理SVPWM是一种综合了空间矢量理论和PWM调制原理的调制技术。
其基本原理是将三相电流控制转换为三相电压控制，通过改变电压矢量的合成方式来控制电机的输出。
具体原理如下：1.将三相电流转换为空间矢量：将三相电流变换成一个空间矢量，表示为一个旋转矢量。
该空间矢量由两个独立的矢量分量组成，一个是等幅值的正序矢量，表示直流分量，另一个是相位延迟120°的负序矢量，表示交流分量。
2.合成电压矢量：通过改变正序和负序矢量的合成方式，得到与期望输出转矩和速度匹配的合成电压矢量。
合成电压矢量的方向和幅值决定了所控制的三相电机的输出状态。
3.PWM调制：根据合成电压矢量，使用PWM技术对电机供电进行调制。
将合成电压矢量转换为适合驱动三相电机的高频脉冲信号，控制电机的输出转矩和速度。
三、SVPWM的推导流程下面将以三相三线制逆变器为例，推导SVPWM的具体流程：1. 定义输入信号假设三相三线制逆变器的输入信号为：正向序列的期望电流 (I_{ref}) 和方向(θ_{ref})，负向序列的相位(θ_{ref}-120°) 和(θ_{ref}-240°)。
2. 转换为空间矢量根据输入信号，将正向序列的电流 (I_{ref}) 和相位(θ_{ref}) 转换为空间矢量表示。
正向序列的空间矢量为：[V_{ref_α} = I_{ref} cos(θ_{ref})] [V_{ref_β} = I_{ref} sin(θ_{ref})]负向序列的空间矢量为：[V_{ref_{-β}} = I_{ref} sin(θ_{ref}-120°)] [V_{ref_{-α}} = I_{ref} cos(θ_{ref}-120°)]3. 合成电压矢量将正向序列的空间矢量(V_{ref_α}) 和(V_{ref_β}) 与负向序列的空间矢量(V_{ref_{-β}}) 和 (V_{ref_{-α}}) 进行合成，得到合成电压矢量(V_{ref_1})、(V_{ref_2}) 和 (V_{ref_0})：[V_{ref_1} = V_{ref_α} + V_{ref_{-β}}] [V_{ref_2} = V_{ref_β} +V_{ref_{-α}}] [V_{ref_0} = - V_{ref_1} - V_{ref_2}]4. 对合成电压矢量进行坐标变换将合成电压矢量的α、β 坐标系转换为直角坐标系，得到合成电压矢量的(V_{ref_x}) 和 (V_{ref_y})：[V_{ref_x} = V_{ref_2}] [V_{ref_y} = V_{ref_1} - V_{ref_0}]5. 计算电压矢量的幅值和角度根据合成电压矢量的 (V_{ref_x}) 和 (V_{ref_y})，计算合成电压矢量的幅值(V_{ref}) 和相位角(θ_{ref})：[V_{ref} = ] [θ_{ref} = ()]6. 计算每个扇区的占空比根据合成电压矢量的相位角(θ_{ref})，判断它在哪个扇区内，并计算该扇区的占空比：•扇区1：(0° θ_{ref} < 60°)占空比：–T1：(d = )–T2：(0)–T0：(1 - d)•扇区2：(60° θ_{ref} < 120°)占空比：–T1：(-d = -)–T2：(d + 1)–T0：(0)•扇区3：(120° θ_{ref} < 180°)占空比：–T1：(d = )–T2：(1)–T0：(d + 1)•扇区4：(180° θ_{ref} < 240°)占空比：–T1：$-d = -$–T2：(0)–T0：(1)•扇区5：(240° θ_{ref} < 300°)占空比：–T1：(d = )–T2：(0)–T0：(1 - d)•扇区6：(300° θ_{ref} < 360°)占空比：–T1：(-d = -)–T2：(d + 1)–T0：(0)7. 实现PWM调制根据每个扇区的占空比，使用PWM技术对电机供电进行调制，生成适合电机驱动的高频脉冲信号。
svpwm控制原理
svpwm控制原理SVPWM控制原理。
SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种现代化的电力电子变流技术，它可以有效地控制交流电机的输出电压和频率，提高电机的运行效率和性能。
本文将介绍SVPWM控制原理及其在电力电子领域的应用。
1. SVPWM基本原理。
SVPWM是一种基于空间矢量的脉冲宽度调制技术，它通过对电压矢量进行合理的选择和组合，实现对交流电机的精确控制。
在SVPWM控制中，电压矢量被分解为两个正弦交流电压和一个直流电压，然后根据电机的控制要求，通过调节这两个正弦交流电压的幅值和相位差，从而实现对电机的精确控制。
2. SVPWM控制步骤。
SVPWM控制一般包括以下几个步骤：（1）电压矢量选择，根据电机的工作状态和控制要求，选择合适的电压矢量。
（2）矢量间接近，通过改变两个正弦交流电压的幅值和相位差，使得电压矢量尽量接近所选的目标矢量。
（3）脉冲宽度调制，根据矢量间接近的结果，计算出对应的脉冲宽度，然后通过PWM技术将脉冲宽度信号转换为实际的控制信号。
（4）输出电压控制，根据脉冲宽度信号，控制逆变器输出的电压矢量，实现对电机的精确控制。
3. SVPWM的优点。
相比传统的PWM技术，SVPWM具有以下几个优点：（1）输出电压波形质量高，SVPWM可以生成接近正弦波的输出电压，减小了电机的谐波失真，提高了电机的运行效率。
（2）电流响应快，SVPWM可以实现对电机电流的快速响应，提高了电机的动态性能和控制精度。
（3）输出功率密度高，SVPWM可以实现对逆变器输出功率的最大利用，提高了电机的功率密度和效率。
4. SVPWM在电力电子领域的应用。
SVPWM技术已经广泛应用于各种类型的交流电机驱动系统中，包括感应电机、永磁同步电机、交流伺服电机等。
同时，SVPWM也被应用于各种类型的逆变器系统中，如风力发电逆变器、光伏逆变器、电动汽车逆变器等。
在这些应用中，SVPWM可以提高系统的稳定性、可靠性和效率，满足不同领域的控制要求。
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
SVPWM详解及实现代码
SVPWM控制算法及代码实现本文针对SVPWM控制算法实现过程进行详细推导，已及对最终PWM模块输出进行完整图解，并根据SVPWM实行过程附带对应源代码，以便深入理解分析SVPWM算法。
SVPWM技术目的：通过基本空间矢量对应的开关状态组合，得到一个给定的参考电压矢量U ref。
电压矢量以ω=2πf角速度旋转，旋转一周时间T= 1/f；若载波频率为f s,则频率比n = f s/f。
如此将一个周期切割为n个小增量，则每个增量角度为∆θ = 2π/n = 2πf/f s = 2πT s/T。
1.基本矢量推导以扇区Ⅰ为例，如图1-1，将U4、U6及零矢量（U0和U7）合成U ref，其中U4和U6分别作用时间为T4和T6，零矢量作用时间为T0，于是有：T s=T4+T6+T0(1-1)U ref T s=U4T4+U6T6(1-2)图1-1 扇区Ⅰ的电压矢量合成与分解图图1-2 电压矢量图在α/β参考坐标系中，令U ref和U4的夹角为θ，则可以得到：Uα=T4T s |U4|+T6T s|U6|cosπ3(1-3)Uβ=T6T s |U6|sinπ3(1-4)由于|U4| = |U6| = 2Udc/3，从而计算出T4和T6，如下T4=√3T sU dc (√32Uα−12Uβ)(1-5)T6=√3T sU dcUβ(1-6)则零矢量电压所分配时间为（7段式）：T0=T7=(T s−T4−T6)/2(1-7)同理，可计算出其它扇区矢量作用时间如表1-1所示：表1-12.扇区判断通过上述对扇区矢量时间的推导可知实现SVPWM调制的实时信号，但实现SVPWM调制的首要条件是知道参考电压U ref所在的区间位置，才能利用所在扇区的相邻两电压矢量和适当的零矢量来合成参考电压矢量。
因此，空间矢量调制的第一步则是通过已知的参量来判断空间电压矢量所处的扇区。
由于计算扇区矢量作用时间使用到Uα和Uβ，且Uα和Uβ可由Clarke变换轻易获取，通过此参量不仅可以判断空间电压矢量所处扇区，还可以获得扇区矢量作用时间。
变频调速svpwm技术的原理_算法与应用
变频调速-SVPWM技术的原理、算法与应用引言变频调速（Variable Frequency Drive, VFD）是一种将电机转速与输出频率相匹配的控制技术，广泛应用于工业生产中。
在变频调速技术中，Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) 是一种常用的调制算法，它能够通过调节电压和频率来实现电机的精确控制。
本文将介绍SVPWM技术的原理、算法及应用。
原理SVPWM技术基于矢量控制原理，通过调整电压的大小和相位来控制电机转速。
其基本原理如下：1.矢量空间分解：将三相电压转换为一个大小和方向均可调节的矢量。
这个矢量可以由相量分解法等转换得到。
2.矢量生成：根据所需的电机状态，通过矢量合成算法生成一个控制电压矢量。
生成的矢量包含了相应的大小和相位信息。
3.矢量调制：将生成的矢量转换为三相电压信号，用于驱动电机。
矢量调制通常采用PWM技术，将矢量电压信号转换为脉冲宽度调制（PulseWidth Modulation, PWM）信号。
4.PWM波形生成：通过对调制后的电压信号进行PWM调制，获得电机驱动所需的波形信号。
常见的PWM调制方法有SVPWM、SPWM等。
算法SVPWM算法是一种将参考矢量与实际电机状态进行比较的控制算法。
它通过将矢量和电机状态比较，并调整控制电压以使其接近所需的矢量，从而控制电机速度。
SVPWM算法的具体步骤如下：1.矢量分解：将输入的三相电压信号转换为矢量表示。
常用的方法有相量分解法、Park变换等。
2.矢量合成：根据所需的电机状态，将矢量合成为一个控制电压矢量。
合成的矢量包含了相应的大小和相位信息。
3.矢量选择：选择最接近合成矢量的有效矢量。
这个有效矢量将作为PWM调制的参考。
4.PWM调制：根据选择的有效矢量进行PWM调制，生成对应的PWM信号用于驱动电机。
SVPWM算法能够实现电机速度的精确控制，并具有响应速度快、效率高等优点，因此被广泛应用于各种工业应用中。
空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术原理及实现课程作业
• 动态响应快
SVPWM具有快速的动态响应特性，能够快速跟踪电网电压的变化， 提高了新能源发电系统的稳定性。
05
SVPWM技术的未来发展与展 望
SVPWM技术的进一步优化方向
降低算法复杂度
简化SVPWM算法的计算过程，提高其在实际应用中的实时性。
SVPWM是一种用于电力转换的调制技术，通过将给 定的直流电压转换为具有所需频率和电压幅值的交流
电压，以驱动电机或其他电力电子设备。
SVPWM利用空间矢量的概念，将三相电压源逆变器 (VSI)的输出电压表示为两个分量：磁通分量（d轴分
量）和转矩分量（q轴分量）。
SVPWM通过控制这两个分量来控制电机的输入电压 和频率，从而实现电机的精确控制。
器(APF)等设备中。
• 高功率因数：通过精确控 制电压矢量，SVPWM能够 实现高功率因数运行，提 高了电力电子设备的效率。
• 低开关损耗：由于SVPWM 采用较少的开关次数，因 此减小了开关损耗，延长 了电力电子设备的使用寿 命。
• 优化的电能质量：SVPWM 能够减小谐波畸变，提高 电能质量，满足严格的电 力质量要求。
空间矢量脉宽调制(SVPWM) 技术原理及实现课程作业
• 空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术原 理
• SVPWM技术的数学模型 • SVPWM技术的实现方法 • SVPWM技术的应用场景与实例分
析 • SVPWM技术的未来发展与展望
01
空间矢量脉宽调制(SVPWM)技 术原理
SVPWM的基本概念
SVPWM的优势与局限性
SVPWM的优势在于其高电压输出能力、低谐波畸变、易于数字化实现以 及能够实现电机的精确控制。
SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解第四修改版
SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解第四修改版SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种现代化的PWM调制技术，其原理是将三相交流电压转换成一个大小和方向可调的矢量，在控制器中通过调节矢量的大小和方向来控制输出电压的大小和频率。
SVPWM的原理基于矢量空间理论，其中每个矢量代表了一种输出电压组合。
SVPWM法则推导的第一步是通过将三相电压转换成两个正交的矢量，其中一个矢量分量与输出电流的矢量分量相同，即使得输出电流分量为零。
由于正交矢量的数学性质，这种组合能够实现最大的有效值和最小的失真。
第二步是在矢量空间中生成合适的矢量序列，通过调节矢量序列的占空比和相位来控制输出电压的大小和频率。
SVPWM的控制算法主要包括三个步骤：矢量选择、矢量合成和PWM波形生成。
矢量选择即根据所需的输出电压大小和频率，选择合适的矢量组合。
矢量合成即根据矢量选择的结果，计算出每个矢量对应的占空比和相位。
PWM波形生成即根据占空比和相位，生成相应的PWM波形进行输出。
在SVPWM中，矢量选择的原则是根据输出电压的大小和频率要求，在矢量空间中选择与目标电压最接近的矢量组合。
矢量合成的法则推导过程是根据矢量组合的占空比和相位关系，通过求解矢量的相位和相位间隙，以及矢量的有效值，得到矢量合成的相关参数。
PWM波形生成的原理是根据矢量合成的结果，生成相应的占空比和相位，并通过调节PWM的控制频率来实现输出电压的大小和频率控制。
总结起来，SVPWM是一种基于矢量空间理论的现代PWM调制技术。
通过选择合适的矢量组合，并将其转换成占空比和相位，可以实现对输出电压大小和频率的精确控制。
SVPWM的控制算法包括矢量选择、矢量合成和PWM波形生成三个步骤，通过这些步骤的操作，可以实现对输出电压的高效控制。
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3
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 。
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图6-25 电压空间矢量 4
• 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°。
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15
• 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。
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16
（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
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12
• 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
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13
• 开关工作状态
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
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 。
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6
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
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。
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7
• 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
us
dΨ s dt
或
Ψs usdt
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（6-41） （6-42）
8
• 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。
6.4.4 电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术 （或称磁链跟踪控制技术）
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
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1
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。
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。
A
-uBO’
C
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18
（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
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
直流电源中点的电压
Ud
都是幅值为
UAO’ = Ud / 2 UBO’ = UCO’ = - Ud /2
-
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id
VT1
iA
O
VT6 iB VT2 iC
17
（b）工作状态1矢量为 u1，其 幅值等于Ud，方向沿 A轴（即X轴）。
-uCO’
u1
uAO’
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14
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
VT1 VT3 VT5
8
VT2 VT4 VT6
开关代码 100 110 010 011 001 101 111 000
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2
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”。
Ψs Ψmej1t
（6-43）
其中 Ψm是磁链Ψs的幅值，1为其旋转角速度。
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9
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）
上式表明，当磁链幅值一定时，的大小与 （或供电电压频率）成正比，其方向则与 磁链矢量正交，即磁链圆的切线方向，
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10
• 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。
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图6-26 旋转磁场与电压空间 矢量的运动轨迹
11
• 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。
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5
电压空间矢量的相互关系（续）
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