一直以来对
SVPWM
原理和实现方法困惑颇多，
无奈现有资料或是模糊不清，
或是错误百
出。 经查阅众多书籍论文，长期积累总结，去伪存真，总算对其略窥门径。未敢私藏，故
公之于众。其中难免有误，请大家指正，谢谢！
驹：
QQ：422741349
Email:
xiangsoar@163.com
此文的讲解是非常清楚，½是还是存在一些错误，本人做了一些修正，为了更½的理解
整个推导过程，对部分过程进行分解，并加入加入
7
段和
5
段时调制区别。
Email:
lovekeke9@163.com
1
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½调制波，½够½输出电流波½½ 可½接近于理想的正弦
波½。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½效果出发，着
眼于如½½电机获得理想圆½磁链½迹。
SVPWM
技术与
SPWM
相比较，绕组电流波½的谐波
成分小，½得电机½矩脉动降½，旋½磁场更逼近圆½，而且½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。
1.1 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，½其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋½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½用时间
在一个采样周期内分多次½加，
从而控制各个电压矢量的½用时间，
½电压空间矢量接近按
圆½迹旋½，
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½成
PWM
波½。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½线上，
而大小则随时间按正弦规律做变化，
时间相½互差
120°。
假设
Um
为相电压有效值，f 为电源频率，则有：
浙江海得新½源有限公司
U
A
(
t
)
=
U
m
cos(
θ
)
U
B
(
t
)
=
U
m
cos(
θ
−
2
π
/ 3)
U
(
t
)
=
U
cos(
θ
+
2
π
/ 3)
m
C
（2-27）
其中，
θ
=
2
π
ft
，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：
3
U
(
t
)
=
U
A
(
t
)
+
U
B
(
t
)
e
j
2
π
/ 3
+
U
C
(
t
)
e
j
4
π
/ 3
=
U
m
e
j
θ
2
（2-28）
可见
U(t)是一个旋½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½的空间矢量，而空间矢量
U(t)在三相坐标½（a，
b，c）上的投½就是对称的三相正弦量。
图
2-8
逆变电路
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½数
Sx ( x = a、b、c)
为：
1
上桥臂导通
S
x
=
（2-30）
0
下桥臂导通
(Sa、Sb、Sc)的全部可½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
第
2
页 共
16
页
浙江海得新½源有限公司
U
ab
=
U
dc
,
U
bc
=
0,
U
ca
= −
U
dc
U
aN
−
U
bN
=
U
dc
,
U
aN
−
U
cN
=
U
d c
U
+
U
+
U
=
0
bN
cN
aN
（2-30）
求解上述方程可得：Uan=2Ud
/3、UbN=-U d/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：
表
2-1
开关状态与相电压和线电压的对应关系
线电压
Sa
0
1
1
0
0
0
1
1
Sb
0
0
1
1
1
0
0
1
Sc
0
0
0
0
1
1
1
1
矢量符号
Uab
U0
U4
U6
U2
U3
U1
U5
U7
0
Udc
Udc
0
0
0
Udc
0
Ubc
0
0
Udc
Udc
Udc
0
0
0
Uca
0
0
0
Udc
Udc
Udc
Udc
0
UaN
0
2
U
dc
3
1
U
dc
3
1
−
U
dc
3
2
−
U
dc
3
1
−
U
dc
3
1
U
dc
3
相电压
UbN
0
1
−
U
dc
3
1
U
dc
3
1
−
U
dc
3
1
U
dc
3
1
−
U
dc
3
2
−
U
dc
3
UcN
0
1
−
U
dc
3
2
−
U
dc
3
1
−
U
dc
3
1
U
dc
3
2
U
dc
3
1
U
dc
3
0
0
0
图
2-9
给出了八个基本电压空间矢量的大小和½½。
图
2-9
电压空间矢量图
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
值为零，½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
第
3
页 共
16
页
浙江海得新½源有限公司
原则来合成每个扇区内的任意电压矢量，即：
（2-31）
或者等效成下式：
U
ref
*
T
=
U
x
*
T
x
+
U
y
*
T
y
+
U
0
*
T
0
（2-32）
其中，Uref 为期望电压矢量；T 为采样周期；Tx、Ty、T0
分别为对应两个非零电压矢
量
Ux、Uy
和零电压矢量
U 0
在一个采样周期的½用时间；其中
U0
包括了
U0
和
U7
两个零
矢量。式（2-32）的意义是，矢量
Uref
在
T
时间内所产生的积分效果值和
Ux、Uy、U 0
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½电压，
其旋½速度是输入电
源角频率，等效旋½电压的½迹将是如图
2-9
所示的圆½。所以要产生三相正弦波电压，
可以利用以上电压向量合成的技术，在电压空间向量上，将设定的电压向量由
U4(100)½½
开始，
每一次增加一个小增量，
每一个小增量设定电压向量可以用该区中相邻的两个基本非
零向量与零电压向量予以合成，
如此所得到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½的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉½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½角速度为ω=2πf，旋½一周所需的时 间为
T =1/
f
；
若½½波频率是
fs
，
则频率比为
R = f s / f
。
这样将电压旋½平面等
切 割
成
R
个
小
增
量
，亦
即 设
定 电 压
向
量
每
次
增
量
的
角 度
是 ：
γ=2/
R =2πf/fs=2Ts/T。
今假设欲合成的电压向量
Uref
在第Ⅰ区中第一个增量的½½，如图
2-10
所示，欲用
U4、
U6、U0
及
U7
合成，用平均值等效可得：U
ref*Tz =U 4*T4 +U 6*T6
。
图
2-10
电压空间向量在第Ⅰ区的合成与分解
第
4
页 共
16
页
浙江海得新½源有限公司
在两相静止参考坐标系（α，β）中，令
Uref
和
U4
间的夹角是θ，由正弦定理
可得：
π
T
T
|
U
ref
| cos
θ
=
4
|
U
4
|
+
6
|
U
6
| cos
− −
α
½
3
T
s
T
s
|
U
| sin
θ
=
T
6
|
U
| sin
π
− − − − − − −
β
½
6
ref
3
T
s
因为
|U 4 |=|U 6|=2Udc/3
，所以可以得到各矢量的状态保持时间为：
（2-33）
（2-34）
式中
m
为
SVPWM
调制系数（调制比）
m=
3
|Uref|/Udc
。
，
而零电压向量所分配的时间为：
T7=T0=(TS-T4-T6 ) /2
或者
T7 =(TS-T4-T6 )
（2-35）
（2-36）
得到以
U4、U6、U7
及
U0
合成的
Uref
的时间后，接下来就是如½产生实际的脉½
调制波½。在
SVPWM
调制方案中，零矢量的选择是最具灵活性的，适½选择零矢量，可最
大限度地减少开关次数，
½可½避免在负½½电流较大的时刻的开关动½，
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½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。
1.2.1
7
段式
SVPWM
我们以减少开关次数为目标，
将基本矢量½用顺序的分配原则选定为：
在每次开关状态
½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½产生
的
PWM
对称，从而有效地降½
PWM
的谐波分量。½
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、
相上下两对切换开关，
C
增加了一倍的切换损失。因此要改变电压向量
U4(100)、U2(010)、 U1(001)的大小，需配
合零电压向量
U0(000)，而要改变 U6(110)、U3(011)、U5(100)，
需配合零电压向量
U7(111)。这样通过在不同区间内安排不同的开关切换顺序，
就可以获得对称的输出波½，
第
5
页 共
16
页
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论