空间电压矢量
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空间电压矢量调制SVPWM 技术原理中文讲解(让初学者快速了解SVPWM控制方式)
或者等效成下式：
（2-31）
第 4 页 共 23 页
浙江海得新能源有限公司
Uref *T Ux *Tx Uy *Ty U0 *T0（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 期内的作用时间；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。
第 2 页 共 23 页
浙江海得新能源有限公司
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
UUaaNb UUbdNc,UbUcdc,0U,UaNca UcNUdcUdc UaNUbNUcN 0
（2-30）
求解上述方程可得：Uan=2Ud /3、UbN=-U d/3、UcN=-Ud /3。同理可
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宽调制波， 能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。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体效果出发， 着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。 SVPWM 技术与 SPWM 相比 较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场 更逼近圆形，而且使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
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
《空间电压矢量》课件
详细描述
无刷直流电机具有高效率、长寿命和低维护 的特点，通过空间电压矢量控制，可以更精 确地调节其速度和转矩，从而实现高精度的 速度和位置控制。这种方法特别适用于需要 高动态性能的应用，如电动车辆和无人机等 。
05 空间电压矢量在电力电子 系统中的应用
不间断电源系统
不间断电源系统的组成
不间断电源系统主要由整流器、逆变器和蓄 电池组成。整流器将交流电转换为直流电， 逆变器将直流电转换为交流电，蓄电池则作 为备用电源。
规范技术的研发和应用。
03
拓展应用领域
未来可以进一步拓展空间电压矢量的应用领域，如电动汽车充电、分布
式发电系统等，发挥其在节能减排、提高能源利用效率等方面的优势。
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感谢您的观看
空间电压矢量
目 录
• 空间电压矢量概述 • 空间电压矢量的基本原理 • 空间电压矢量控制策略 • 空间电压矢量在电机控制中的应用 • 空间电压矢量在电力电子系统中的应用 • 空间电压矢量的研究现状与展望
01 空间电压矢量概述
定义与特点
定义
空间电压矢量是一种用于描述三相电压的数学方法，通过将三相电压表示为一 个二维或三维矢量图中的矢量，可以方便地分析三相电压的幅值、相位和波形 。
电机控制
空间电压矢量在电机控制领域应用广泛，如交流异步电机、永磁同 步电机等，可以实现高精度的转矩控制和速度控制。
空间电压矢量的优势与局限性
优势
空间电压矢量具有直观、精确、 易于实现等优点，能够广泛应用 于电力系统的分析、控制和优化 。
局限性
空间电压矢量需要精确测量三相 电压，对传感器精度要求较高， 且在某些情况下可能存在计算复 杂度较高的问题。
电压空间矢量调制
U k 则 在1 3 αU -βd 平S 面a c 上 ，S 三b 电 平2 变S c 换 器U 26 7d 组 开2 c S 关a 状 态S b 所 对S c 应 的空j间3 矢S b 量 如S 图c
所示。
-
在正常情况下，以图中o点为变换器零电位参考点，则三电平电路的 一个桥臂只有UDC/2,0和-UDC/2三种可能输出电压值(或称为电平)，即 每相输出分别有正P、零0、负n三个开关状态。电位参考点，此时每 相桥臂的可能输出电平值表示为U- DC/2,0和-UDC/2，对应的每相输出表
电压空间矢量调制推导过程
电压空间矢量调制
-
电压空间矢量调制推导过程
多电平变换器空间矢量PWM控制由三电平变换器空间矢量PWM控制发展而来，因此 首先介绍三电平空间矢量PWM控制方法。
以交流电机为负载的三相对称系统，当在电机上加三相正弦电压时，电机气隙磁通在。 α-β静止坐标平面上的运动轨迹为圆形。设三相正弦电压瞬时值表达式为
且u s 有 3 2 u a N u bN u cN 2 3 2 u a o u bo u c2 o u s js u
u aN u ao u No
u
bN
ubo
u No
u
bN
u b-o
u No
电压空间矢量调制推导过程
理想的三电平变换器电路的开关模型如图所示，每相桥臂的电路结 构可以简化为一个与直流侧相通的单刀三掷开关S
定义开关变量Sa、Sb、Sc代表各相桥臂的输出状态，则各相电压表示 为
uaU 2 dc Sa,ubU 2 dc Sb,ucU 2 dc Sc
其中
SX为1即第X相输出电平P NhomakorabeaSX为0即第X相输出电平0
所示。
-
在正常情况下，以图中o点为变换器零电位参考点，则三电平电路的 一个桥臂只有UDC/2,0和-UDC/2三种可能输出电压值(或称为电平)，即 每相输出分别有正P、零0、负n三个开关状态。电位参考点，此时每 相桥臂的可能输出电平值表示为U- DC/2,0和-UDC/2，对应的每相输出表
电压空间矢量调制推导过程
电压空间矢量调制
-
电压空间矢量调制推导过程
多电平变换器空间矢量PWM控制由三电平变换器空间矢量PWM控制发展而来，因此 首先介绍三电平空间矢量PWM控制方法。
以交流电机为负载的三相对称系统，当在电机上加三相正弦电压时，电机气隙磁通在。 α-β静止坐标平面上的运动轨迹为圆形。设三相正弦电压瞬时值表达式为
且u s 有 3 2 u a N u bN u cN 2 3 2 u a o u bo u c2 o u s js u
u aN u ao u No
u
bN
ubo
u No
u
bN
u b-o
u No
电压空间矢量调制推导过程
理想的三电平变换器电路的开关模型如图所示，每相桥臂的电路结 构可以简化为一个与直流侧相通的单刀三掷开关S
定义开关变量Sa、Sb、Sc代表各相桥臂的输出状态，则各相电压表示 为
uaU 2 dc Sa,ubU 2 dc Sb,ucU 2 dc Sc
其中
SX为1即第X相输出电平P NhomakorabeaSX为0即第X相输出电平0
电机空间电压矢量控制的研究
第卷 总 １ ） （Ｐ ｓＮ ＲｏＥ Ｃ ＩＭＣＩ） 第４ （ １ ５ 第￣ 茎 ２ Ｅ Ｌ Ｉ — ｏＦＬ ＴＣ Ａ Ｎ 期 ５ Ｘ Ｓ Ｏ ｘ ０ｏ Ｐ Ｏ Ｅ Ｒ Ｈ Ｅ Ｏ
ｒ爆＇机 抒龟 曩ｌ ‘ 艺
电机 空 问 电压矢 量控 制 的研 究
李
摘
涛。 程小华
华南理工 大学 电力学院 ， 东广 州（ １ ６ ０ 广 ５０ ４ ）
的控制思想 ， 尤其值得关注的是 Ａ Ｂ公司生产的 Ｂ 高性能产品所采用的控制方式基本上都是矢量控 制 。国内学术 界在变频调 速系统 的研 究方 面 已经
做了很 多相应 的工作 ， 了一定 的成果 ， 取得 但是相
传统的正弦脉冲调制相比 ， 具有更高的调制范围 易于实现数字化 ， 电流谐波分量小 ， 并能够有效减 少转矩脉动 纠 ， 儿 Ｊ电压空间矢量脉宽调制技术
矢量控制也叫磁场定向控制 ， 其基本思想是 在普通的三相交流电机上设法模拟直流电机转矩 控制的基本规律 ， 在磁场定向坐标上 ， 电流矢量 将
２１
纺爆 ＇ 龟机
（ ＰＯＩＮＰＯ Ｆ ＬＣＲｃ Ａ Ｈ Ｅ Ｅ ＬＳ —Ｒ Ｏ ＥＴＩ Ｍ ＣＩ ） Ｘ Ｏ Ｅ Ｎ
对外 宣称采用 了矢量 控制技术 。而在 国外品牌 中 基本 上 已经做 到了开环 、 闭环 、 矢量控制三 位一 体
提出了“ 空间矢量” 的模型 ， 并以此为基础建立了
著名 的矢量变换 控 制技 术 ； 后又 建 立了 电压 空 随 间矢量脉 宽 调制技 术 （Ｖ ＷＭ） ＳＰ 。随 着 交 流 调速 的发展 ， Ｖ ＷＭ 调制方式越 来越 受到 重视 ， ＳＰ 它与
想， 在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量 脉 宽调制 的概 念 。Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ 又称磁 链追踪 型 Ｐ ＷＭ 法＿ 。随着智能型高速微控制芯片的发展、 ４ 指令
ｒ爆＇机 抒龟 曩ｌ ‘ 艺
电机 空 问 电压矢 量控 制 的研 究
李
摘
涛。 程小华
华南理工 大学 电力学院 ， 东广 州（ １ ６ ０ 广 ５０ ４ ）
的控制思想 ， 尤其值得关注的是 Ａ Ｂ公司生产的 Ｂ 高性能产品所采用的控制方式基本上都是矢量控 制 。国内学术 界在变频调 速系统 的研 究方 面 已经
做了很 多相应 的工作 ， 了一定 的成果 ， 取得 但是相
传统的正弦脉冲调制相比 ， 具有更高的调制范围 易于实现数字化 ， 电流谐波分量小 ， 并能够有效减 少转矩脉动 纠 ， 儿 Ｊ电压空间矢量脉宽调制技术
矢量控制也叫磁场定向控制 ， 其基本思想是 在普通的三相交流电机上设法模拟直流电机转矩 控制的基本规律 ， 在磁场定向坐标上 ， 电流矢量 将
２１
纺爆 ＇ 龟机
（ ＰＯＩＮＰＯ Ｆ ＬＣＲｃ Ａ Ｈ Ｅ Ｅ ＬＳ —Ｒ Ｏ ＥＴＩ Ｍ ＣＩ ） Ｘ Ｏ Ｅ Ｎ
对外 宣称采用 了矢量 控制技术 。而在 国外品牌 中 基本 上 已经做 到了开环 、 闭环 、 矢量控制三 位一 体
提出了“ 空间矢量” 的模型 ， 并以此为基础建立了
著名 的矢量变换 控 制技 术 ； 后又 建 立了 电压 空 随 间矢量脉 宽 调制技 术 （Ｖ ＷＭ） ＳＰ 。随 着 交 流 调速 的发展 ， Ｖ ＷＭ 调制方式越 来越 受到 重视 ， ＳＰ 它与
想， 在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量 脉 宽调制 的概 念 。Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ 又称磁 链追踪 型 Ｐ ＷＭ 法＿ 。随着智能型高速微控制芯片的发展、 ４ 指令
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。
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。