SVPWM的原理讲解.docx

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对 基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等在某个时刻， 电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零 矢量在时间上的不同组合来得到两个矢量的作用时间在一个采样周期内 分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆 轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通 圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM波 形逆变电路如图2-8示。

设直流母线侧电压为Ude，逆变器输出的三相相电压为UA、UB、 UC,其分别加在空间上互差120的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量UA(t)、UB(t)、UC⑴，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120 °假设Um为相电压有效值，f为电源频率，则有：UA(t)UmCOS()UB(t) UmCOS ( 2 /3) (2-27)Uc(t) U mCOS( 2 /3)其中，2 ft，贝F相电压空间矢量相加的合成空间矢量 U⑴就可以表示为：Us UA UBe<2 /3 Ucej4/3 (2-28 )2可见U⑴是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的 1.5倍，Um为相电压峰值，且以角频率3 =2兀f按逆时针方向匀速旋转的空间矢 量，而空间矢量U(t)在三相坐标轴(a, b, c)上的投影就是对称的三相正弦 量匕以TI； W 图2-8 逆变电路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：1上桥臂导 通(2-30 )(Sa、Sb、Sc)的全部可能组合共有八个，包括6个非零矢量111(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、115(101)、116(110)、和两个零矢量UdeUO(OOO) > 117(111)，下面以其中一种开关组合为例分析,假设uab udc， ubc OjlJcauaN l\/l N udouaN ucN udcuaN ubN ucN 0(2-30)、UcN=-Ud /3求解上述方程可得：Uan二2Ud /3、UbN=-U d/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:表2-1开关状态与相电压和线电压的对应关系SaSbSc矢量符号线电压相电压UabUbcUcaUaNUbNUcN000uo000000100U4Udc0-Udc2ud38±Ud3 dc-Ud3 dc110U60Udc-Ud± Udc 3-Udc 3-Udc 3c010U2-UdeUde013Udc23Udc13 yde011U3-Ude0-Udc?Ud 3比lUd §dcJL Ud 3

而两个零矢量幅值为零，位于中心在每一个扇 区，选择相邻的两个电压矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合 成每个扇区 内的任意电压矢量,即:或者等效成下式:(2-31 )Uref*T Ux*T Uy*T Uo*To f2 32 ,J (/-J2)其中，Uref为期望电压矢量；T为采样周期；Tx、Ty、TO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、U0分别在时间Tx、Ty、TO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压，其旋转速度是输入电源角频率， 等效旋转电压的轨迹将是如图2-9所示的圆形所以要产生三相正弦波电压，可以利用以上电压向量合成的技术，在电压空间向量上，将设定的电压向量由 U4(100)位置开始，每一次增加一个小增量，每一个小增量设定电压向量可以用该区 中相邻的两个基本 非零向量与零电压向量予以合成，如此所得到的设定电压向量就等效于一个在电压空间向量平面上 平滑旋转的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的1.2 SVPWM法则推导三相电压给定所合成的电压向量旋转角速度为3 =2兀f，旋转一周所需的时间为T =1/ f ;若载波频率是fs，则频率比为R = fs/f<这样将电压旋转平面等切割成R个小增量(表示电压合成矢量旋转一个周期对应的时间为R个Tc,而Tc为采样周期，时间不变，则知R越大，电压合成矢量旋转一周的时间越长，即调制波 f的频率越低），亦即设定电压向量 每次增量的角度 是：Y =2 n R =2 n/fs=2 nTs/T。

今假设欲合成的电压向量Uref在第I区中第一个增量的位置，如图2-10所示，欲用U4、U6、U0及U7合成，用平均值等效可得：U ref*Tz =U 4*T4 +U 6*T6 °（TM-, q图2-10 电压空间向量在第I区的合成与分解在两相静止参考坐标系（a,B ）中，令Uref和U4间的夹角是B,由正弦定理可得 （2-33 ）|U ICOS |U 1T6IU |COA 轴ref T 4 6 才由Ts Ts 3|Uref|S'n JU6 [Sin； 轴Ts 3因为|U 4|=|U 6|= 2/3Udc （相电压幅值），到各矢量的状态保持时间为：14 Wcos lAsinTs = 2Ud 2UdT 6 \ 3 |Uref | sinTs = Ud即：t4=»rssin(y-f?}(2-34 )J3|Uref |m 11 .=Ud(2-35)式中m为SVPWM调制系数(调制比)，而零电压向量所分配的时间为：T7=T0=(TS-T4-T6)/2或 者 T7 =(TS-T4-T6 )(2-36)得至似U4、U6、U7及U0合成的Uref的时间后，接下来就是如何产生实际的脉宽调制波形在SVPWM调制方案中，零矢量的选择是最具灵活性的，适当选择零矢量，可最大限度地减少开关 次数，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1.2.1 7 段式 SVPWM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 分量当U4(100)切换至UO(OOO)时，只需改变A相上下一对切换开关， 若由U4(100)切换至U7(111)则需改变B、C相上下两对切换开关，增加了 一倍的切换损失因此要改变电压向量04(100) 112(010)、3(001)的大 小，需配合零电压向量U0(000)，而要改变116(110)、U3(011)、U5(101) « 需配合零电压向量U7(111)°这样通过在不同区间内安排不同的开关切换顺 序，就可以获得对称的输出波形，其它各扇区的开关切换顺序如表 2-2所示S表2-2 Uref所在的位置和开关切换顺序对照序Ts01 …… ,00 0*1-111 i ■0 00 00:0.100 0Illi'TQ2I|・TH2,4T02#—T7,，2h 172口［〕T621 VT4?2 ■ V TQ2' n in -11UREF所在的位置开关切换顺序 三相波形图n 区(60 v e &120 ° )・ ♦ ♦026-7-7-6-2-0♦ ♦ ・. % a0—10 —11110—Io1—O10—1011—1 00000LrI1T7J2 ■ f01TQT2 ! T2Z2 \ TS1 1• 11 1.单十吗十》in 区(120 °180 0 )・ ♦ ♦0-2-3-7-7-3-2-0♦ ♦ ♦Ts0—J0 —0I 11o0 —0 —0010—1I11—— ‘ [h—10001I1Ljj1V)21411TS」_ T2/2 ■1 t111. 122「1. Tg .1 ・w 区(180 < e<240 Q )OJ-3-7-7-3-1-0♦ • ・V 区(240 & e &300 )• • ♦0-1-5-7-7-5-1-0♦ ♦ ♦001! o l_L11;00000110000「mu1 » 1 » 1I 11 11 1JJS ―I-J 1 1• •1 1 11 1 L_T7)2^}-_T5f2_fc,1JTUVI 区(300 ° & 8 0360 0 )・ ♦ ♦0-4-5-7-7-5-4-0• • ♦ Tsi 00 ।10—111 °10_|00[_11。

10101 ! 1 » II ) ♦1 I 11 !11111dT4—J ro/2^1■以第I扇区为例，其所产生的三相波调制波形在时间TS时段中如图所。