SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解

1、空间电压矢量调制SVPWM技术SVPWM是在特定开关模式下产生的脉宽调制波，由三相电源逆变器的6个电源开关组件组成，是一种比较新的控制方法，使输出电流波形尽可能接近理想正弦波。空间电压矢量PWM与传统正弦PWM不同，后者侧重于从三相输出电压的总体效果出发，使电动机获得理想的圆磁通轨迹。SVPWM技术与SPWM相比，绕组电流波形的谐波成分较小，降低了电机转矩脉动，旋转磁场更接近圆形，直流总线电压的利用率大大提高，使数字化更加容易。此算法将在下面详细说明。1.1 SVPWM基本原理SVPWM的理论基础是平均等效原理。也就是说，在开关周期内，基本电压矢量与指定电压矢量的平均值相结合。在特定时间点，电

2、压矢量可以旋转构成区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的徐璐不同组合。两个矢量的工作时间在一个采样周期内多次应用，因此控制每个电压矢量的工作时间，电压空间矢量接近圆形轨迹，通过在逆变器的不同开关状态下生成的实际磁通量接近理想磁通量圆，比较两个矢量的切换状态，形成PWM波形。逆变电路如图1-1所示。可以将直流母线侧电压设置为Udc，并定义三个电压空间矢量UA(t)、UB(t)和UC(t)，每个都添加到三相平面静态坐标系，其中逆变器输出的三相电压为UA、UB和UC，每个空间的徐璐差值为120。这三个电压空间矢量uare (t)、UC (t)始终位于每个相位的轴上，大小取决于正弦，时间相位之间的

3、差值为120。假定Um是相电压有效值，f是电源频率，则：(1-1)其中，添加到三相电压空间矢量的合成空间矢量U(t)可以表示为：(1-2)可见U(t)是最大相位电压的1.5倍，Um是最大相位电压，=2f是逆时针方向以恒定速度旋转的空间矢量，在三相轴(a，b，c)上U(t)的空间矢量投影是对称的三相正弦。图1-1反相器电路由于逆变器三相桥具有6个开关管，因此，为了研究各相/子桥臂不同开关组合中逆变器输出的空间电压矢量，特别定义的开关函数如下：(1-3)(Sa，Sb，Sc)为非零向量Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(010)在这种情况下，假定图1

4、-2矢量U4(100)(1-4)解上述方程式后，结果为UaN=2Ud/3，UbN=-Ud/3，UcN=-Ud /3。在其他组合中，空间电压矢量也可以计算为：表1-1交换机状态与相位和线路电压的对应关系公司SbSc向量符号线路电压相位电压UabUbcUca联合国UbNUcN000U0000000100U4Udc00110U6UdcUdc0010U20UdcUdc011U30UdcUdc001U100Udc101U5Udc0Udc111U7000000图1-3显示了八个基本电压空间矢量的大小和位置其中，非零矢量的振幅相等(模数长度为2Udc/3)，两个零矢量振幅位于中心，相邻矢量间距为60和0。选

5、择每个扇区中两个相邻的电压矢量和零矢量，根据v超平衡的原则合成每个扇区内的随机电压矢量。也就是说：(1-5)或者：(1-6)其中Uref是估计的电压矢量。t是采样周期。Tx、Ty、T0对应于一个采样周期中的两个非零电压矢量Ux、Uy和零电压矢量U0。其中U0包含两个0向量：U0和U7。样式(1-6)的含义是，矢量Uref在t小时内生成的积分效果值与Ux、Uy、U0分别在Tx、Ty、T0时间内生成的积分效果之和相同。由于三相正弦波电压在电压空间矢量中合成相同的旋转电压，因此旋转速度是输入电源角度频率，等效旋转电压的轨迹成为图1-3所示的圆形。因此，要生成三相正弦波电压，可以从电压空间矢量中设置的

6、电压矢量开始，一次增加一个小增量，每个小增量可以使用与该区域相邻的两个基本非零矢量和零电压矢量在电压空间矢量平面中平滑旋转的电压空间矢量相同的设置电压空间矢量来实现电压空间矢量脉宽调制。1.2 SVPWM规则刘涛三相电压给定合成的电压矢量旋转角速度，旋转一周所需的时间；如果载波频率为，则为频率比。这样，以较小的增量切削(如电压旋转平面)。也就是说，指定的每个电气压力增量的角度为：G=(1-7)现在，如图1-4所示，假设要使用U4、U6、U0和U7合成的电压矢量Uref可以作为第一扩展位置的平均值。(1-8)图1-第一区域电压空间矢量的合成和分解两相停止基准坐标系(，)中Uref和U4之间的角度

7、由正弦定理变为可以得到：(1-9)|U4|=|U6|=2Udc/3，因此每个向量的状态裴珉姬时间为：(1-10)m是SVPWM调制系数。(调制比=基于调制波的峰值/基于载波的峰值)零电压矢量分配以下时间：T7=T0=(TS-T4-T6)/2 (1-11)或者T7=(TS-T4-T6) (1-12)获得由U4、U6、U7和U0组成的Uref后生成实际脉宽调制波形的方法。SVPWM调制方式提供了最灵活的零矢量选择，适当地选择零矢量可以最大限度地减少交换机数量，最大限度地减少负载电流大瞬间的开关行为，从而最大限度地减少交换机损失。在一个开关周期中，空间矢量以分时方式作用，在时间上构成一个空间矢量的序

8、列、空间矢量的排列方式各不相同，可以根据空间矢量的对称性进行分类，将其分为两相开关转换器和三相开关转换器。以下是常用序列的说明：1.2.1 7段SVPWM为了减少交换机的数量，选择了基本矢量作用顺序的分配原理，如下所示：换句话说，只要切换开关状态，其中一个相位的开关状态就会发生变化。并且，为了使生成的PWM对称，它们在时间上均匀地分布在0矢量上，从而有效地减少PWM的谐波分量。当U4(100)切换到U0(000)时，仅更改a的上下开关对，从U4(100)切换到U7(111)时，更改b，c的上下开关对，使切换损失增加一倍。因此，要更改电压矢量U4(100)、U2(010)、U1(001)的大小，

9、请选择0电压矢量U0(000)和U6(110)、U3(011)、U5(100)这样，徐璐在不同区间徐璐排列不同的开关切换顺序，以获得对称输出波形，其他扇区的开关切换顺序如图1-2所示。表1-2 UREF所在的位置和交换机切换顺序UREF所在的位置交换机切换顺序三相波形图I古濑车站(060).0-4-6-7-7-6-4-0.古濑车站(60120).0-2-6-7-7-6-2-0.古濑车站(120180).0-2-3-7-7-3-2-0.古濑车站(180240).0-1-3-7-7-3-1-0.古濑车站(240300).0-1-5-7-7-5-1-0.区(300360).0-4-5-7-7-5-4

10、-0.以I扇区为例，结果三相波调制波形在时间TS期间如图所示，在图中，电压矢量按U0、U4、U6、U7、U6、U4、U0的顺序出现，并且每个电压矢量的三相波形对应于表1-2中的开关显示符号。在下一个TS期间，Uref角度也增加到1-9，重新计算新的T0、T4、T6和T7值，以获得新的合成三相相似新的三相波形。然后，随着每个载体周期TS合成新矢量，的增加，Uref依次进入，区。如果电压矢量旋转一个周期，则生成r个合成矢量。1.2.2 5段SVPWM在7段中，发送波对称，谐波含量小，但每个开关周期有6个开关切换，为了进一步减少开关数，在每个扇区状态中使用每个相位开关保持相同的序列布置，因此每个开关

11、周期仅使用3个开关开关，但谐波含量增加。具体序列见下表。表1-3 UREF所在的位置和交换机切换顺序UREF所在的位置交换机切换顺序三相波形图I古濑车站(060).4-6-7-7-6-4.古濑车站(60120).2-6-7-7-6-2.古濑车站(120180).2-3-7-7-3-2.古濑车站(180240).1-3-7-7-3-1.古濑车站(240300).1-5-7-7-5-1.区(300360).4-5-7-7-5-4.1.3 SVPWM控制算法要通过上述SVPWM定律刘涛分析实现SVPWM信号的实时调制，首先需要知道具有参考电压矢量功能(估计电压矢量)的区域图1-第一区域电压空间矢量的

12、合成和分解然后，使用该扇区的两个相邻电压矢量和相应的0矢量合成参考电压矢量。图1-4是在静止坐标系(，)中描述的电压空间矢量图，电压矢量调制的控制命令是矢量控制系统给定的矢量信号Uref，以恒定角度频率在空间中逆时针旋转，旋转到矢量图形的60个扇区之一时，计算该区间所需的基本电压空间矢量，电力开关元件运动以与矢量相对应的状态驱动。控制向量在空间中旋转360度时然后，逆变器可以输出一个周期的正弦波电压。1.3.1合成矢量Uref所在扇区n的判断空间矢量调制的第一步是确定空间电压矢量(Uref)量(由u 和u 确定)的扇区。假设合成电压矢量位于I扇区，则可以看到其条件为00、U 0和u /u ub

13、0和ub/| ub|U0、ub0和-ub/ubub0、ub0和ub/ubub0和-ub/| ub|U0、ub0和-ub/ub进一步分析上述条件后，我们知道基准电压矢量Uref所在的扇区完全确定为ub，U-ub，B- ub-ub3，因此命令如下：(1-13)重新定义。如果是U10，则A=1；否则，A=0；如果为U20，则B=1；否则，B=0；如果为U30，则C=1；否则C=0。虽然a，b，c共有8种组合，但通过判断扇区的公式知道的a，b，c同时不等于1或同时不等于0，因此实际组合将徐璐对6个，a，b，c的不同扇区采取不同的值，并一一对应，因此可以通过a，b，c的组合准确地判断该扇区。要区分N=4

14、*C 2*B A的6种状态，可以通过下表计算参考电压矢量Uref所在的扇区。表1-5 N值对应于扇区n315462扇区编号I上述方法在加快和模拟系统响应速度时非常有用，因为您可以简单地通过加法和减法和逻辑运算来确定该扇区。1.3.2基本矢量作用时间计算和三相PWM波形合成空间角度和三角函数在传统SVPWM算法(1-10)中使用，因此很难直接计算基本电压矢量运行时间。实际上，充分利用u alpha和u 可以极大地简化计算。根据图1-4分析第一扇区中的Uref。(1-14)经过整理得出结论：(1-15)(1-16)同样，可以获得Uref对其他扇区中每个向量的作用时间，如表1-6所示。由此，可以根据格式(1-13)的U1、U2、U3确定合成矢量所在的扇区，然后确定两个非零矢量的作用时间，最后推导出三相PWM波工作比，使用表1-6可以更容易地实现SVPWM算法编程。为了实现适合不同电压等级的算法，电压通常采用标准、实际和标准值，定点处理器通常采用Q12