空间电压矢量PWM.

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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.。

永磁同步电机矢量控制

⁡ ⁡2.电压空间矢量PWM 的基本原理交流电动机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，将逆变器与电动机视为一个整体，以圆形磁场为目标来控制逆变器工作，这种控制方法称作“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实现的。

与直接的SPWM 技术相比，SVPWM 算法的优点主要有：1、SVPWM 优化谐波程度高，消除谐波效果好，可以提高电压利用率。

2、SVPWM 算法提高了电机的动态响应速度，同时减小了电机的转矩脉动。

3、SVPWM 比较适合于数字化控制系统。

如图1所示，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,他们在空间上互差2π⁄3，三相定子相电压u a 、u b 、u c 分别加在三相绕组上，可以定义三个定子电压空间矢量U A (t)、U B (t)、U C (t),他们在时间上互差2π⁄3，并且在各自轴线上按正弦规律变化。

U A (t )=U m cos (ωt )U B (t )=U m cos(ωt−2π/3)U C (t )=U m cos(ωt +2π/3)A(e j 0)图2.1 电压空间矢量可以得到三相电压合成矢量为：U s =U A (t )+U B (t )e i2π/3+U C (t )e −i2π/3=32U m e ωt+π/2 从上式中可以看出，电压空间矢量U s 是以角速度ω逆时针旋转的一个电压矢量，其幅值为相电压幅值的1.5倍。

又当电动机转速较高时，由定子电阻所引起的压降可以忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量之间的关系可以写为：u s =dψsdt当电动机有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为圆形。

将ψs =ψs e iωt+iφ代入上式可以得到u s =ωψs e i(ωt+φ+π/2)由上式知u s 的方向与磁链矢量ψs 正交，当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续的按磁链圆的切线方向运动2π弧度，因此电机旋转磁场轨迹问题可以转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。

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（ＶＷＭ）制原理ＳＰ控
斗，
２１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（０００—１１，１）矢
量分布如图３所示。
‰ ＝一
（）３
分析ＰＷＭ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：Ｍ６Ｔ４１
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ＰＷＭ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ＳＰ其ＪＶＷＭ（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ｃｓ２３／ｓ，

电压空间矢量PWM技术分析及其计算机仿真

Байду номын сангаас
ｔｎａｅｓｕａｄａｄｔｅｇｔｎｓｕａｏｅｕｔａｃｏｄｗｔｅｒｔａａａｓ．Ｓ，ｈｓａｅａｅｒ－ｉ）Ｙｉｌｅ，ｎｏｅｉｌｔｎｒｓｌｌａｃｒｉｔｏｅｉｌｎｌｉｏｔｉｐｐｒｍｙｂｅｏｍｔｈｔｍｉｓｌｈｈｃｙｓ
ｆｒｅｙｏｈｒ．ｅｒｄｂｔｅｓＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＶＰＭ；Ｍｅｈｄｏｉｅｒｃｎｔｃｉｎ；ＭａｅｉｕＳＷｔｏｆｎａｏｓｔｌｕｒｏｎｇｔｆｘ；Ｓｍｕａｉｎｃｌｉｌｔｏ
１引言
目前，交流调速系统在传动系统中已取得主导地位，作
论。其次，ＭＡＬＢＳＭＵＩ在ＴＡ／ＩＬＮＫ环境下，把这种ＳＰＶＷＭ实现方法放入了一个开环异步电动机变频调速系统中进行了应用仿真。通过对定子电压与磁链的相位关系、磁链对圆的逼近及过调制现象三个重要内容的仿真研究，果表明与理论分结
为其最先进的脉宽调制技术一电压空间矢量ＰＷＭ，它不仅
体，瞄准最终目的一在电动机空间形成圆形旋转磁场，而从
获得更好的控制效果心。］
根据交流电机的运动规律可知，电压和磁链空间矢量的
关系为：
＝＋
使得电磁转矩脉动降低，电流波形畸变减小，直流电压利用
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ｎｖｅｏｈｄａｔｇｓｏＶＰＭ，ｉｓｍｅｃｍｐｔｒｓｍｕａｉｎｂｕｔｃｕｄｂｏｅ，ｉｗｌｂＩｉｗｆｅａｖｎａｅｆＳＷｔｆｏｏｕｅｉｌｔｓａｏｔｉｏｌｅｄｎｏｔｉｅｌｖｒｓｆｌｏｓｐａｔａｐｌａｉｎｈｒｆｒ，ｔｉｐｐｒｉｔｄｃｓｔｅｐｉｃｐｅｆｓａｅｖｃｏＷＭｔｆｓ，ｅｙｕｅｕｒｉｒｃｉｌａｐｉｔ．ＴｅｅｏｅｈｓａｅｒｕｅｒｉｌｓｏｐｃｅｔｒＰｆｔｃｃｏｎｏｈｎａｉｔｒｅｐｃａｌｉｃｓｅｏｔｅｌｅｔｅｆｅ—ｓｃｉｎＳＷＭａｅｏｍｆｔｅｍｅｈｄｏｎａｏｓｒｃｉｎｉｅａｌｓｅｉｌｄｓｕｓｓｈｗｒａｉｈｖｙｏｚｉｅｔＶＰｏｗｖｆｒｏｔｏｆｌｅｒｃｎｔｔｄｔｉ，ｈｉｕｏｎｗｉｈｉｎｆｔｅｍｅｈｄｆＳＷＭｏｓｒｃｉｎＢｓｄｓｎｅｈｃｓｏｅｏｔｏｓｏＶＰｈｃｎｔｔ．ｅｉｅ，ｕｄｒＭＡＴＡＢＳＭＵＬＮＫ，ｔｅｏｅｕｏＬ／ＩＩｈｐｎ—ｌｏｙ－ｏｐＡｓｎ

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。

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1 i α N 3 1 2 i 3 β N 2 0 2
1 i A 2 i B 3 iC 2
因变换前后总功率不变，匝数比应为
N3 2 N2 3 1 1 i 即 1 A i α 2 2 2 i B i 3 3 3 β 0 i C 2 2 从二相坐标系变换到三相坐标系
i A i B iC 1 2 1 / 2 3 1 / 2 0 i 3 / 2 i 3 / 2
3/2和2/3变换器的电路与符号
iA
3 2
i
i
1 2
iA
iB
3 2
iB
iA iB iC
i
i
3 2
j
2 3
iwe
j
4 3
)
同样三相绕组上的电压构成空间电压矢量
2 u s (uu uv e 3
j
2 3
u we
j
4 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
N3iB
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
1 1 N 2iα N 3iA N 3iB cos 60 N 3iC cos 60 N 3 (iA iB iC ) 2 2 3 N 2iβ N 3iB sin 60 N 3iC sin 60 N 3 (iB iC ) 2 写成矩阵形式，得
j1200 j 2400 ui ( S A S B Sc ) U d ( S A S B e SC e )
1
3
iC
iA iB iC
3/ 2
i
i
i
i
2/3
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 Ud A T4 T6 T2 T3 B T5 C n
+ -
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
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
A
t1 t3 t2
t
C
F
空间电流矢量的定义：
2 is (iu iv e 3
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
165 101 162 100 132 110 432 010 435 011 465 001
uan ubn
ωt
ωt ωt V6 V1 V2 V3 V4 V5
ucn
由电路得电压方程（不计电阻）
dia va L dt I m 2Vdc ia t 2 3L
通解是
1 is (t ) Vs Ce t / Rs
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
iα
iβ
t
β
t1
t2
t3
α
F
ωs
它也可以写成空间电流矢量形式
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

N2iβ
60o 60o
uan iabc
V6 V1
dib vb L dt
dic vc L dt Vdc ic I m t 3L
V6 ωt
由电压方程得三相电流波形，如图
I m Vdc ib t 2 3L
V2 V3 V4 V5
ωt
对指定的区域，代入空间矢量表达式
j j 2 v(t ) (ua ub e 3 uc e 3 ) 3 2 4 j j 2 i(t ) (ia ib e 3 ic e 3 ) 3 2 v (t ) Vd 3 2 4
F2 F3 F0 F 7
U4 U3 U5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱU1
F6
U6
Ψ
Ψ
0
U2
F4 F1
F5
U2
0 U1 U3 U5
U6 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”。
将电机与逆变器当作一个整体，不计定子绕组电阻。由于： d ui ( S A S B S C ) dt t 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：
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。
2 I m 2Vd 3 i(t ) ( t ) ( j Im ) 3 2 3L 2
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 0.5I m (0.5I m ) L 3 T /6 TVd Im 9L 当负载中含有电阻时 di s vs Rs is L dt