空间电压矢量PWM
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
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。
空间电压矢量控制PWM
空间电压矢量控制PWM
空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形.此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通).
具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式.磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量,若采样时间足够小,可合成任意电压矢量.此法输出电压比正弦波调制时提高15%,谐波电流有效值之和接近最小.磁通闭环式引
入磁通反馈,控制磁通的大小和变化的速度.在比较估算磁通和给定磁通后,根据误差决定产生下一个电压矢量,形成PWM波形.这种方法克服了磁通开环法的不足,解决了电机低速时,定子电阻影响大的问题,减小了电机的脉动和噪音.但由于未引入转矩的调节,系统性能没有得到根本性的改善.。
基于空间电压矢量的三相电压型PWM整流器的研究
＝
－
Ｔ 封
２ 空 间电压 矢量 （ Ｖ ＷＭ） 制原 理 ＳＰ 控
斗，
２ １ 扇 区 判 断 ． 由图 １ 根据功率管不同的开通 和关 断状态 ， 整流 器有 ８
，
＝
一
种导通模 式 ， 对应 ８个 空 间 电压矢 量状 态 （ ０ ００—１１ ， １ ） 矢
量 分 布 如 图 ３所 示 。
‰ ＝一
（） ３
分析 Ｐ ＷＭ整流器要从其数学模 型人手 ， 推导整 流器 的数 在 学模 型之前 ， 先作 出以下假设 ： １ ）忽略分布参 数的影响 ；
２ ）三 相 电 源 为 理 想 电 压 源 ；
０
３ ）主回路 等效 电阻和电感相等 ；
４ ）忽略功率器件的导通压降和开关损耗 ；
中图分类号 ：Ｍ ６ Ｔ ４１
文献标识码 ： Ａ
０ 引言
随着电力电子装 置在各个领 域的广泛应用 ， 中大量低 其 功率因数的不控整流设备 只能实现能量的单向传输 ， 并且对 电网的谐波污染 十分严 重 。而新 型 Ｐ ＷＭ 整流 装置具 有高 功率因数 、 输入 电流 波形 为正 弦 、 低谐 波 污染 、 能量双 向流 动、 小容量储能环节和恒定 直流 电压控 制等优点 ， 正实现 真
了“ 色 电能 变 换 ” 在 电 力 系 统 有 源 滤 波 、 功 补 偿 、 阳 绿 ， 无 太 能 发 电 以及 交 直 流传 动系 统 等 领 域 ， 来 越 具 有 广 阔 的 应 用 越 前 景 ０ ， 中 Ｓ Ｐ 其 Ｊ Ｖ ＷＭ （ 间矢 量 调 制 ） 具 有 直 流 电 压 利 空 因
律 ， 以列 写 如 下 方 程 ： 可
三相静 止坐标系 下 的数 学模型物理 意义清 晰、 观 ， 直 但 由于整流器交流侧均为时变交流量 ， 不利于控制系统的设 计 。三 相静止 坐标系到两 相静 止坐标系的变换矩 阵 ｃ ｓ ２ ３／ ｓ ，
空间电压矢量调制SVPWM技术详解
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
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
Ts
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0
T2/2
T6/2
T7/2
T7/2
T6/2
T2/2
Ⅲ区（120°≤θ≤180°） …2-3-7-7-3-2…
Ts
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
表 1-2 UREF 所在的位置和开关切换顺序对照序
UREF 所在的位置
开关切换顺序
三相波形图
Ts
0
1
1
1
1
1
1
0
Ⅰ区（0°≤θ≤60°）
…0-4-6-7-7-6-4-0…
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法PWM（脉宽调制）是一种广泛应用于电子设备中的控制方法，通过控制信号的脉冲宽度来改变电路或设备的输出功率。
以下是几种常见的PWM 控制方法：1.定频PWM控制定频PWM控制是一种简单而常见的PWM控制方法，通过将固定频率的脉冲信号与一个可变的占空比相乘来实现控制。
脉冲的高电平时间代表设备处于工作状态的时间比例，而低电平时间代表设备处于停止状态的时间比例。
定频PWM控制可通过调整脉冲的占空比来改变输出功率，但频率固定不变。
2.双边PWM控制双边PWM控制是一种可调节频率和占空比的PWM控制方法。
与定频PWM不同的是，双边PWM控制可以根据需求调整脉冲的频率和占空比。
通过改变脉冲的频率和占空比，可以获得较高的精度和更灵活的控制效果。
3.单脉冲宽度调制（SPWM）单脉冲宽度调制是一种通过调整脉冲宽度的PWM控制方法。
与常规PWM不同的是，SPWM控制中只有一个脉冲被发送，其宽度和位置可以根据需求进行调整。
SPWM控制常用于逆变器和交流驱动器等高精度要求的应用，可以实现比其他PWM控制方法更精确的波形控制。
4.多级PWM控制多级PWM控制是一种在多个层次上进行PWM调制的控制方法。
通过将一系列的PWM信号级联起来，每个PWM信号的频率和占空比不同，可以实现更高精度和更复杂的波形控制。
多级PWM控制常用于高性能电机驱动器、中央处理器(CPU)和功率放大器等需要高精度信号处理的应用。
5.空间矢量调制（SVPWM）空间矢量调制是一种通过调整电压矢量的方向和大小来实现PWM控制的方法。
SVPWM通过控制电压矢量之间的切换来生成输出波形，可以实现较高的电压和电流控制精度。
空间矢量调制常用于三相逆变器、电子制动器和无刷直流电机等高功率应用中，可以实现高质量的输出波形。
6.滑模PWM控制滑模PWM控制是一种通过添加滑模调节器来实现PWM控制的方法。
滑模调节器可以通过反馈控制来实现系统的快速响应和鲁棒性，从而实现更好的控制效果。
SVPWM原理介绍和特点汇总
SVPWM 原理介绍和特点汇总
SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由3 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。
SVPWM 的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM 波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM 方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
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
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is
?
2 3 (iu
? j 2?
? ive 3
? j 4?
? iwe 3
)
同样三相绕组上的电压构成空间电压矢量
us
?
2 3
(uu
?
?
uve
j 2?
3
? j 4?
? uwe 3 )
旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外， 二相、三相、四相、 …… 任意对称的多相绕组， 通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，其 中以两相最为简单
3 2 Im)
可知，对每个区域空间电压矢量幅值为 2Vd/3, 电 流的最大值是
2Vd ? L 0.5Im ? (? 0.5Im)
3
T/6
Im
?
TVd 9L
当负载中含有电阻时
通解是
vs
?
Rsis
?
L
dis dt
is (t) ?
1 Rs
Vs
?
Ce ? t /?
SVM理论：时间间隔的推导 与矢量控制联系：在 dq轴系上时间间隔的表达式 开关参考函数
V2 V3 V4
V5 V6
ωt
i abc
ωt
对指定的区域，代入空间矢量表达式
v(t) ?
2 3 (ua
? j 2?
? ube 3
? j 4?
? uce 3
)
i(t) ?
2 3 (ia
? j 2?
? ibe 3
? j 4?
? ice 3
)
v(t) ?
2 3 Vd
i(t ) ? 2 ( Im ? 2Vd t) ? (? j 3 2 3L
因变换前后总功率不变，匝数比应为
N3 ? 2 N2 3
即
?i ?
??iβα
? ?
?
2 ??1 ?
3 ??0
?1 2 3
2
? ?
1 2 3 2
??????????iiiACB
? ? ? ??
从二相坐标系变换到三相坐标系
?i A ?
??iB
? ?
?
??iC ??
?1
2 3
??? ???
1/ 1/
2 2
式中， Ui（SA SB SC）为第i个开关状态时加在电机上的电压。 Ψ 为电机内的总磁链。根据电压与磁链的上述关系，可用定
子电压矢量来表示空间磁链矢量。将相平面的实轴与 A相绕
组重合，电压Ui（SA SB SC）可写成如下矢量形式：
? ui (S AS BSc )
?
U d (SA ?
S B e j120 0
N3iC
cos60? ?
N3 (iA
?
1 2
iB
?
1 2
iC )
N2iβ ? N3iB sin 60? ? N3iC sin 60? ?
3 2
N3 (iB
?
iC
)
写成矩阵形式，得
?i ?
??iβα
? ?
?
N3 N2
??1 ? ??0
?1 2 3
2
? ?
1 2 3 2
??????????iiiACB
? ? ? ??
60o 60o
N2iβ N2i?
?
N3iA
N3iC
图中绘出了 A、B、C和? 、?两个坐标系，取 A轴和
? 轴重合。设三相绕组每相匝数为 N3，两相绕组每 相匝数为 N2
三相总磁动势与二相总磁动势相等，两套绕组任意 瞬时磁动势在 ? 、? 轴上的投影都应相等，即
N2iα
?
N3iA
?
N3iB
cos60??
C
Ud + -
B A
n
T4
T6
T2
逆变器的运行模式： 612 、123 、234 、345 、456 、 561 、612 ，… 施加在电机定子绕组上的相电压是 一个六阶梯波电压
如果将三相逆变器的上部元件的导通规定为 1、关
断规定为 0，则逆变器的工作状态可用二进制编码
表示
165 162 132 432 435 465 101 100 110 010 011 001
空间矢量脉宽调制
第1节 空间矢量理论基础 1. 空间矢量理论
在三相电机中，三相对称绕组通上相对称电流要 产生一个空间磁势矢量 F（旋转磁势矢量）。我们 认为磁势矢量 F是由一个对应的等效电流矢量产生， 称其为空间电流矢量
iA
iB
iC
B
ωs
? t1 ? t3 ? t2
?t C
A
F
空间电流矢量的定义：
?
S C e j 240 0 )
i=0,1,2,3,4,5,6,7
当i=1 ， U 1（001 ）=U dej240 在相平面是大小为Ｕd角度为 240 度的矢量；当i=5 ， U5 （101 ）=U d（1+e j240 ）在相 平面是大小为Ｕd角度为300 度的矢量。 空间电压矢量在相平面上的位置与它产生的磁通矢量一致。
开关顺序的确定 离散参考函数：减小开关损耗 不同的矢量 PWM比较 SVM的过调制 电压频率比控制
低频运行模式 高频运行模式 SVM的实现
Park 变换
磁通矢量的确定与理想磁链轨迹
各开关状态下产生的磁势幅值相等，产生的磁链大小也必然相 等．当逆变器按状态S1、3、2、6、4、5、1…动作，则在电 机气隙空间的磁通势的轨迹在复平面上为正六边形。如果逆变 器状态按S1、5、4、6、2、3、1…变化，电机气隙空间磁链 变化的轨迹仍为正六边形，只是旋转方向发生了变化。
0?
3 3
/ /
22???????ii??
? ? ?
3/2和2/3变换器的电路与符号
3
iA
2
3 2
iB
3
i? i?
?1
iA
2
iB
i? i?
3 2
?1
iC
iA
i?
iB 3 / 2 iC
i?
i?
iA
i?
2/3
iB
iC
第2节 三相逆变器－感应电机系统的矢量分析 6脉冲方式的电流空间矢量轨迹
T1
T3
T5
F2 F6
F3
F0 F7
F4
F1
F5
U4
U3
U6
U5
U1
U2
Ψ
Ψ
0
0
U2
U1
U5
U6
U3
U4
当S0与S7作用时，电机的端电压为零。它们不产生空间磁 势。将与各磁势相对应的电压Ui（SA SB SC）i=0，1，
2…7，称为“空间电压矢量”。
将电机与逆变u?器i (当S A作S一B S个C 整) ?体，dd?不t? 计? 定??子?t?绕组电阻。由于：
iα
iβ
β
? t1 ? t3 ? t2
?t
F
它也可以写成空间电流矢量形式
α
ωs
V ? b1 ( j? )u? ? b2 ( j? )u?
由于二相系统比三相系统变量少，理论上多用二相 而不用三相。实际的三相需要变换成二相。 变换的主要原则是变换前后磁势不变、功率不变
2. Clarke 变换
B
?
N3iB
u an
ωt
u bn
ωt
u cn
ωt
V6 V1
V2 V3 V4
V5
由电路得电压方程（不计电阻）
va
?
L dia dt
vb
?
L
dib dt
vc
?
L
dic dt
由电压方程得三相电流波形，如图
ia
?
?
Im 2
?
2Vdc 3L
t
ib
?
?
Im 2
?
Vdc 3L
t
ic
?
Im
?
Vdc t 3L
uan V6 V1
磁链矢量是作用在其上的电压矢量的积分：