SVPWM控制技术解析
SVPWM的原理讲解
SVPWM的原理讲解SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种基于空间矢量的脉宽调制技术，用于控制交流电机的三相逆变器。
它在电机控制中广泛应用，具有高效、低失真和高精度的优点。
本文将从原理、工作原理和优点三个方面对SVPWM进行详细介绍。
一、原理SVPWM的基本原理是将三相电压分解为alpha轴和beta轴的两个独立分量，然后根据alpha和beta的大小和相位差计算得到一个空间矢量，最后根据空间矢量的方向和大小来确定控制电压波形。
通过合理的调节控制电压的大小和频率，可以实现对电机的精确控制。
二、工作原理1. 坐标变换：将三相电压转换为alpha轴和beta轴的分量，通过如下公式计算得到alpha和beta：alpha = 2/3*Va - 1/3*Vb - 1/3*Vcbeta = sqrt(3)/3*Vb - sqrt(3)/3*Vc2. 空间矢量计算：根据alpha和beta的大小和相位差计算得到空间矢量。
空间矢量的方向和大小决定了逆变器输出电压的形状和频率。
3.脉宽调制：根据空间矢量的方向和大小来确定脉冲的宽度和频率。
通常，采用时间比较器和斜坡发生器来实现脉冲宽度调制，使得逆变器输出的脉冲宽度能够跟随空间矢量的变化。
4.逆变器控制：将调制好的脉宽信号通过逆变器输出到交流电机。
逆变器通过控制脉冲宽度和频率来改变输出电压的形状和频率，从而实现对电机的精确控制。
三、优点1.高效：SVPWM技术能够将三相电压转换为整数变化的脉宽信号，减少了功率器件的开关次数，提高了逆变器的转换效率。
2.低失真：SVPWM技术能够通过精确控制脉冲宽度和频率来改变输出电压的形状和频率，减小了电机输出的谐波失真，提高了电机的运行效果和负载能力。
3.高精度：SVPWM技术能够实现对电机的精确控制，通过调整输出电压的波形和频率，可以实现电机的恒转矩和恒转速控制，提高了电机的控制精度和稳定性。
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的原理与法则推导和控制算法详解
SVPWM的原理与法则推导和控制算法详解SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种常用于电力电子系统中的调制技术，用于控制交流电机的转速和输出电压。
它通过在电机相电流中施加适当的电压向量来控制电机的输出。
SVPWM的原理基于矢量变换理论和电压空间矢量的概念。
在SVPWM中，通过合理地选择电机相电流的方向和幅值，可以实现各种输出电压波形。
具体来说，SVPWM通过将输入直流电压转化为三相交流电压，然后按照一定的时序开关三相电压源，最终实现对电机的控制。
对于输入直流电压Vin和电机的相电流ia，ib和ic，SVPWM的推导可以分为以下几个步骤：1.将三相电流转换为两相电流：α = ia - ib / √3β = (2*ic - ia - ib) / √6其中，α和β分别表示两个正交轴向的电流分量。
2.计算电机相电流的矢量和以及矢量角度：i=√(α^2+β^2)θ = arctan(β/α)其中，i表示电流的矢量和，θ表示电流矢量的角度。
3.通过计算矢量角度来确定电压空间矢量的方向：根据电流矢量角度的范围，将电流矢量所在的区域划分为6个扇区（S1-S6），每个扇区对应一个电压空间矢量的方向。
4.计算电压空间矢量的幅值：根据电流矢量的大小，计算得出在相应扇区内的电压空间矢量的幅值。
5.根据电压空间矢量的方向和幅值，计算各相电压的占空比：根据电压空间矢量的方向和幅值，可以得出控制电机的各相电压的占空比。
1.读取电机的输入参数，包括电流、速度和位置信号。
2.根据输入参数计算出电机相电流的矢量和和矢量角度。
3.根据矢量角度确定电压空间矢量的方向。
4.根据矢量角度和矢量幅值计算电压空间矢量的幅值。
5.根据电压空间矢量的方向和幅值，计算出各相电压的占空比。
6.将占空比参考信号与电机的PWM生成模块相结合，通过逆变器将控制信号转化为交流电压，并驱动电机运行。
7.循环执行以上步骤，并实时调整占空比，以实现对电机速度和输出电压的精确控制。
SVPWM原理及其实现资料讲解
1、SVPWM 的定义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。
把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目的来控制逆变器的工作，这种控制方法称为“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来实现的，所以又称为“电压空间矢量PWM （space vector PWM , SVPWM ）控制”矢量：既有大小又有方向的量。
一般来说，在物理学中称作矢量，在数学中称作向量。
2、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，如果考虑到他们所在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。
A 、B 、C 分别表示在空间静止的电动机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差2pi/3，三相定子相电压AO u 、BO u 、CO u 分别加在三相绕组上，可以定义三个定子电压空间矢量AO U 、BO U 、CO U 。
三相合成矢量：γγ2j CO j BO AO CO BO AO s e ku e ku ku U U U U ++=++= 当定子相电压AO u 、BO u 、CO u 为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量s U 是一个以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，它的幅值是相电压幅值的倍，当某一相电压为最大值时，合成电压矢量s U 就落在该相的轴线上。
在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量s I 和s ψ的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。
3、电压与磁链空间矢量的关系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dtd i R u ss s s ψ+= 当电动机转速不是很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可以忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为dtd u ss ψ=或 ⎰=dt u s s ψ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（简称磁链园）。
svpwm的原理及法则推导和控制算法详解
svpwm的原理及法则推导和控制算法详解SVPWM是一种空间矢量脉宽调制技术，常应用于交流电机的无传感器矢量控制方案中。
SVPWM的原理及法则推导涉及到三相交流电机理论、空间矢量分析以及脉宽调制等内容。
下面将对SVPWM的原理、法则推导和控制算法进行详解。
1.SVPWM原理SVPWM的原理是基于交流电机的三相正弦波电流与空间矢量之间的转换关系。
交流电机的电流空间矢量可以表示为一个复数形式，即电流空间矢量(ia, ib, ic) = ia + jib。
空间矢量在空间中对应一个电机角度θ。
SVPWM的目标是控制交流电机的三相正弦波电流，使其与预期空间矢量一致，从而控制电机输出力矩和转速。
SVPWM首先对预期空间矢量进行空间矢量分解，将其分解为两个基本矢量Va和Vb。
然后根据电机角度θ和两个基本矢量的大小比例，计算出三相正弦波电流的幅值和相位。
2.SVPWM法则推导SVPWM的法则推导是为了实现精确控制电机的输出力矩和转速。
在法则推导中，首先需要建立电流与电压之间的关系，然后计算出三相正弦波电流的幅值和相位。
最后根据幅值和相位生成PWM波形，控制交流电机的动作。
具体推导过程如下：-步骤1：计算Va和Vb的大小比例，根据预期空间矢量和电机角度θ，可以通过三角函数计算出Va和Vb的幅值。
-步骤2：计算Vc，由于交流电机为三相对称系统，Vc的幅值等于Va和Vb的和，相位等于Va相位加120度。
-步骤3：计算三相正弦波电流的幅值和相位，幅值可以通过输入电压和阻抗模型计算得到。
-步骤4：根据幅值和相位生成PWM波形。
3.SVPWM控制算法SVPWM控制算法实现了对交流电机输出力矩和转速的精确控制。
- 步骤1：通过位置传感器或者传感器less技术获取电机角度θ。
-步骤2：根据预期输出力矩和转速，计算出预期空间矢量。
-步骤3：根据电机角度θ和预期空间矢量，计算出Va和Vb的幅值。
-步骤4：根据Va和Vb的大小比例和Vc的相位，生成PWM波形。
SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解
SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解Space Vector Pulse Width Modulation（SVPWM）是一种用于交流电机驱动的调制技术。
它的原理是将固定电压向量分解为两个可控向量，通过改变这两个向量的占空比来控制交流电机的输出。
SVPWM利用矢量图法将三相交流电源的空间矢量变换为两相旋转矢量，从而实现对交流电机驱动电压的控制。
1.假设存在一个以0为中心的静止坐标系，其中电源相电压为Va,Vb,Vc。
我们可以将这三个电压写成以时间为函数的形式，即Va(t),Vb(t),Vc(t)。
2.将Va,Vb,Vc投影到α-β坐标系，得到α轴上的电压Vaα(t),Vbα(t),Vcα(t)和β轴上的电压Vaβ(t),Vbβ(t),Vcβ(t)。
3. 将α-β坐标系反转回静止坐标系，得到参考电压Va_ref(t), Vb_ref(t), Vc_ref(t)。
4.将参考电压投影到空间矢量图上，从而得到交流电机的输入矢量。
5.根据参考电压和输入矢量之间的关系，推导出控制算法。
1.基于所需输出电压的矢量长度和角度，计算矢量图中的两个矢量的占空比，分别为d1和d22.根据矢量长度和角度，计算三个相电压的占空比，分别为d_a,d_b,d_c。
3.根据SVPWM的特性，当d1,d2为0时，输出电压为0；当d1,d2相等时，输出电压处于峰值；当d1和d2不相等时，输出电压的大小和方向都有所改变。
因此，通过改变d1和d2的数值，可以改变输出电压的大小和方向。
4.根据d_a,d_b,d_c和d1,d2的数值，计算出PWM控制信号。
5.将PWM控制信号施加到交流电机驱动电路中，从而实现对输出电压的控制。
总结起来，SVPWM通过将固定电压向量分解为两个可控向量，通过改变这两个向量的占空比来控制交流电机的输出。
通过合理推导和计算，可以得到控制算法，从而实现对输出电压的精确控制。
SVPWM是一种高效且精确的交流电机驱动技术，被广泛应用于工业控制中。
SVPWM的原理讲解以及应用过程中的推导与计算
SVPWM的原理讲解以及应用过程中的推导与计算SVPWM(空间矢量调制技术)，是一种电机调速技术，通过在三相电流中引入一个辅助电流，将三相电流分解为一个基础正弦波电流和一个辅助电流，然后根据基础正弦波电流和辅助电流的大小和相位关系，控制电机输出的磁场方向和大小。
SVPWM可以提高电机的效率和控制精度，并减小电机的振动和噪音。
1.电机模型分析：首先，对电机进行建模和分析。
通过将电机抽象为一个旋转矢量图，分析电机的磁场分布和电流控制。
2.空间矢量图：根据电机模型分析，可以得到电机的矢量图。
矢量图用于描述电机的磁场方向和大小，有助于理解电机的运行原理。
3.矢量控制：根据矢量图，可以控制电机的磁场方向和大小。
通过控制电流矢量的大小和相位关系，可以控制电机的输出磁场。
4.空间矢量调制：SVPWM通过将电流矢量分解为一个基础正弦波电流和一个辅助电流，再根据它们的大小和相位关系，控制电机的输出磁场。
辅助电流可以用来改变电机的输出磁场方向，基础正弦波电流用来控制电机的输出磁场大小。
5.SVPWM计算：为了实现SVPWM，需要对电流进行计算和控制。
首先，根据需要的输出磁场向量，计算出对应的辅助电流和基础正弦波电流。
然后，根据电机的控制策略，计算出实际的电流指令。
在计算辅助电流和基础正弦波电流时，可以采用矢量旋转和空间矢量分解的方法。
通过将输出磁场向量进行数学运算和变换，可以得到电流矢量的大小和相位。
具体的计算过程可以按照以下步骤进行：1.确定需要的输出磁场向量的大小和相位。
2.将输出磁场向量进行矢量旋转和变换，得到一个新的矢量。
矢量旋转和变换的具体方法可以根据电机的控制策略和转子位置来确定。
3.将新的矢量分解为一个基础正弦波电流和一个辅助电流。
辅助电流用于改变输出磁场的方向，基础正弦波电流用于控制输出磁场的大小。
4.根据基础正弦波电流和辅助电流的大小和相位关系，计算出实际的电流指令。
根据电机的控制策略，可以使用速度环、电流环等控制器来计算输出的电流指令。
svpwm控制原理
svpwm控制原理
svpwm控制原理
1、概述
svpwm（space vector pulse width modulation）是一种相频切换脉冲宽度调制（pwm）控制技术，是一种本极空间矢量变换（svt）技术。
该技术由于其高效低功耗、开环高速稳定性控制、以及简单有效的功率损耗抑制能力而引起人们的重视，广泛应用于电力电子系统，特别是驱动多相伺服电机的控制中。
2、传统pwm控制原理
传统的pwm控制方案是使用pwm脉冲空间调制的，通过选择不同的pwm脉冲模式，可以设定电路的效率，调整电路的输出，以满足系统的控制要求。
调制脉冲的形状和频率取决于控制算法的复杂程度。
只要保持信号失真度低，就可以实现负载控制或调节的有效功能。
3、svpwm控制原理
（1）svpwm控制是利用空间矢量的概念，通过在三相电路中控
制每相的工作状态，调节其输出功率，以实现多相伺服电机的控制。
（2）svpwm技术把三相电路的工作状态空间（空间矢量）划分
为几个基本状态，每个基本状态可以由同时开启的三相电路的半角度来表示，半角度被称为空间矢量调制单元。
（3）svpwm控制精度高：在svpwm技术中，由于空间矢量调制
单元角度小于5°，因此可以控制电路工作状态的精度很高。
（4）svpwm控制可靠性高：svpwm技术可以消除因模拟量控制失
灵而导致的电路失效，并有效降低失控后电路功耗，使得svpwm控制可靠性很高。
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☺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。
6-4
实验运行相关波形：（空载运行） 等效参考电压调制波和电机线电流（fo = 25Hz）
6-5
等效参考电压调制波
电机线电流
实验运行相关波形：（空载运行） 等效参考电压调制波和电机线电流（25Hz）（放大）
6-6
电机相电压
电机相电压和电机线电流波形（10Hz）
6-7
电机相电压和电机线电流波形（10Hz）（放大）
6-2
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
二极管整流器
三相PWM逆变器
三 相 交 流 电 源
Байду номын сангаас
U
V
M
W
~
常见的PWM方法有： SPWM，SAPWM， SVPWM，滞环比较 方式等。
PWM驱动控制 信号（共6路）
怎么样才能得 到 所需的IGBT驱 动控制信号？
6-3
图1.0 三相逆变器异步电机变频调速系统主电路
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
三相控制电 压输入信号 6路驱动 脉冲
Ud
三相交流 输出电压
uu uv uw SVPWM 控制器 三相桥式 PWM型 逆变器
U V W 交流 电动机
为系统给定信号（开环）， 或者为上一级控制器综合出 的控制电压信号（闭环）。
主电路的功率放大作用
三相PWM型逆变器-交流电动机系统框图（开环）（参考图6-7）
6-8
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
☺传统（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。
Ud/6
ωt
三相电压型 全桥逆变器 负载相电压 波形（六拍 阶梯波）
uVN
Ud/3
2Ud/3
o
uWN
Ud/3
2Ud/3
2Ud/3
ωt
Ud/3 Ud/3
2Ud/3 2Ud/3 2Ud/3
o
ωt
6-15
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 VT2 VT4 VT6 VT1 VT3 VT5 开 关 状 态 开关代码 100 110 010 011 001 101 000 111
2π uUN′ 100
110 010 011 001 101 100 110
2π
010 011 001 101
o o
Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/2 Ud/6 Ud/6
ωt
Ud/3
ωt
uVN′
ωt
uWN′
o
ωt
负载中性点 电压波形
uNN′
o o
uUN
Ud/6 Ud/3
2Ud/3 2Ud/3
6-1
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
6-9
6.4.1 180o导通模式下的逆变器 电压空间矢量
1
1
Ud
U
U
U
0
和每相输出电流的 方向无关
0
三相逆变器主电路桥臂简化
6-10
主电路原理图简化表示
功率开关器件共 有 23 = 8 种，组合 工作状态
Ud 2
V1
U V
V3
V5
IM W N
N′
Ud 2
V4
V6
V2 交流电机
三相逆变器-异步电动机 变频调速系统主电路原理图（一）
6-11
主电路原理图简化表示
功率开关器件共 有 23 = 8 种，组合 工作状态
Ud 2
SU SV SW
交流电机 IM N
N′
Ud 2
三相逆变器-异步电动机 变频调速系统主电路原理图（二）
6-12
逆变器的 8 种工作状态
① 100 ② 110
③ 010
④ 011
⑤ 001
⑥ 101
⑦ 000
⑧ 111
电压空间矢量脉宽调制方法
简称：空间矢量调制（SVPWM, Space Vector Pulse Width Modulation） 应用范围：三相全桥逆变器，采用全控型开关 器件，例如IGBT, MOSFET,GTO, IGCT等。 应用非常广泛的一种PWM控制方法，尤其在 三相交流电动机变频调速控制系统中最为常用， 其它应用有三相PWM整流器，有源电力滤波 器等。
6-13
开关工作状态
如果，上述图中的逆变器采用180°导通型，功 率开关器件共有 23 = 8 种组合工作状态（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 V1、V3、V5 全部导通 下桥臂开关 V2、V4、V6 全部导通
6-14
三相桥臂 输出状态 三相电压型 全桥逆变器 桥臂输出电 压波形
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
6-16
开关控制模式
对于六拍阶梯波工作模式下的逆变器，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（方波控制 模式）。
工作于这种模式下的逆变器，我们通常把它简称 为六拍逆变器。
6-17
逆变器输出电压空间矢量的定义
六拍阶梯波逆变器输出的各电压波形 如前所示。
如果定义电压空间矢量 U s 为：
为何有此 定义？
4 j 3
2 U s (U UN U VN e 3
2 j 3
U WN e
)
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