电压空间矢量

啊一直以来对SVPWM原理和实现方法困惑颇多，无奈现有资料或是模糊不清，或是错误百出。

经查阅众多书籍论文，长期积累总结，去伪存真，总算对其略窥门径。

未敢私藏，故公之于众。

其中难免有误，请大家指正，谢谢！此文的讲解是非常清楚，但是还是存在一些错误，本人做了一些修正，为了更好的理解整个推导过程，对部分过程进行分解，并加入加入7段和5段时调制区别。

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Udc，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)、UC(t)，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°。

异步电机弱磁控制方案研究众所周知，在整个电机的运行区间，按照速度可以划分为两个区间，一个是 基速以下区域，一个是基速以上区域。

当电机运行在基速以下区间时， 稳态时整 个电机磁场保持不变，由转矩公式 T e p n L mi sq rd 可以看出，在这个区间，输出L r转矩是保持不变的，所以该区间又称为恒转矩调速区。

当电机要求运行在基速以 上时，由于直流母线电压的限制和反电动势的影响， 就需要转子磁场随着转速的 上升而下降，即所谓的弱磁运行。

一、弱磁运行的电压和电流限制条件在研究电机的稳态方程时，必须要考虑到两个限制条件，一个是逆变器的母线电压，由于母线电压一般是将工业用电经整流得到，所以，其大小是相对固定的，而电机所能用到的电压是与 PW 碉制策略相关的，本文使用的是基于空间电电机和逆变器的额定电流I smax 的限制。

由上所述，调速系统的限制条件可表示 为:e 2e :V qs V ds.e 2 . e 2 i qsi ds2 2V s max| 2smaxV dc,・ 3弱磁区电机稳态方程为：e V qs Rsi ； e L s i dse VdsRJ ds■ ' i ee L s i qs其中：L sL 2L s L smL r高速运行时，定子电阻的压降可以忽略不计，此时，稳态方程为:ee L s i ds由此，电流限制条件改写为:压矢量的PWM B 制，因此可利用的电压最大为 '-e L S i qsVmax另一个限制条件是 e Vqse在d-q 坐标系中，电流限制公式为一个椭圆，电压限制公式为一个圆 为了方便起见，用|U sd|代替U sd ，这样用四分之一圆表示整个运行范围，如 下图所示:图中电压限制曲线和电流限制曲线的公共部分即是电压矢量的 d 轴分量和q轴分量的可运行区域（图中所示的阴影部分）。

图中所示的三条椭圆形曲线是以压以保证有足够的电流产生。

由上式表明：最大F 值的点就是最大转矩点，由此可以找到最大转矩的运行区域重写电压限制条件:vdse 增加的方向向外展开，即,随着同步频率的增加, 需要逆变器提供更多的电电机转矩方程为:T e23£L mi ：s 2 2 L r・ei qs电流i ds i ；s 可以用v ds V ；s 代替，写成:T e ke eV ds V qs其中：k 3卫2 2 L r L s LL ；— ' 2 s eeV qse L se 2 e 22e图 弱磁运行时电压和电流限制曲线，弱磁区域划分及各区间分析图弱磁区域的划分（1）基速一下区（e base ）:电机在基速以下运行时，所需电压矢量V；ds 的幅值是不大于V smax的，因此有能力保证i qs、i ds达到其额定值，并获得最大转矩。

空间矢量概念的几点理解搞电机控制已被很多概念搞蒙圈了蒙圈了很久......于是，在一个风雨交加的夜晚，我终于下定决心......打算先写写对空间矢量概念的一丁点儿理解，顺带着再解释下那个困扰自己很久的 2/3Udc 。

如果说的不准确，还请大佬们多多指导。

1，空间矢量什么是空间矢量呢？定义:在电机中，空间的正弦分布可以表示为一个空间矢量。

1.1定子磁动势空间矢量啥叫磁动势？磁动势=磁通*磁阻即 F=\phi R_{m}我们知道磁通量是有方向的，所以磁动势当然也有方向。

这个应该没什么问题。

那么定子产生的磁场方向如何呢？如下图所示，当绕组通电时，会按照右手定则产生如图所示的磁场。

Fig 1 电流产生磁场推而广之，如下图：Fig2 电流产生磁场(盗用一张图，如有侵权，请联系我删除)由Fig 2可知，可将通入交变电流的定子绕组等效为一个个小磁铁。

这些磁铁的磁场方向当然是非常明确的，那么在某个瞬间其合成磁场也应该是明确的。

按一定顺序使定子绕组导通，便产生了沿圆周方向不断运动的定子合成磁场，从而拖动永磁体转子沿一个方向不断运动（异性相吸原理）。

当我们按照上图这样想的时候，其实磁动势空间矢量的概念呼之欲出啊。

而磁动势为什么沿空间正弦分布呢？可以简单地归结为，和电机设计内容相关（比如定子绕组的分布方式等）。

所有绕组，最终可以简化为，位于a,b,c三相轴线上的三个线圈，通入电流后，会产生与实际相绕组等同的磁动势。

如下图，图中ia/ib/ic为各相电流的正方向。

Fig3 等效绕组形式可知，a/b/c三相各自产生的磁动势空间矢量和各相轴线方向平行(根据电流方向取与轴线方向相同或者相反)。

为了助于理解，放一张磁链空间矢量动图：Fig4 磁链空间矢量由上图可见，a/b/c各相产生的磁链在该相轴线处脉动；图中紫色曲线为合成磁链空间矢量，可知其在空间按正弦分布，且沿圆周旋转（旋转磁场，转一周，即可获得理想磁链圆）。

是不是证明了这么一句话：在电机气隙内，定子磁场按正弦分布。

它是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，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。

经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。

但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

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空间矢量svpwm 调制共模电压问题概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文旨在对空间矢量(SVPWM)调制技术中的共模电压问题进行全面概述和解释。

SVPWM是一种高性能的电力电子调制方法，被广泛应用于各个领域，如交流电机驱动、无线充电系统等。

然而，在SVPWM调制过程中，常常会出现共模电压问题，这会导致系统性能下降、噪声增加甚至设备损坏。

1.2 文章结构本文将分为五个主要部分来讨论空间矢量SVPWM调制中的共模电压问题。

首先，引言部分将介绍文章的背景和目的。

其次，在第二部分将对SVPWM调制原理进行详细介绍，并探讨其实现方法及应用领域。

第三部分将对共模电压问题进行概述，包括该问题的定义和背景以及影响因素的分析和解决方法综述。

接着，在第四部分将深入解释共模电压问题，包括其原因分析、特征和表现形式以及影响因素的详细解释。

最后，在第五部分给出主要观点总结，并展望未来可能的研究方向。

1.3 目的本文的目的是全面阐述和解释空间矢量SVPWM调制中的共模电压问题。

通过对该问题的概述和解释，读者将更加深入地理解共模电压问题对系统性能和设备稳定性的影响，并了解当前已有的解决方法。

同时，本文也旨在为未来相关研究工作提供指导和展望，以便进一步改善SVPWM调制技术在各个应用领域中的表现。

2. 空间矢量svpwm 调制2.1 原理介绍空间矢量PWM (Space Vector PWM, SVPWM) 是一种常用的控制技术，广泛应用于电力电子领域中的交流电机驱动系统。

它通过合理的结合和控制三个相位电压，可以实现对输出电压矢量的精确控制，从而实现对电机转速、转矩等参数的精确调节。

在空间矢量PWM 调制中，将三个相位电压作为一个整体来处理，并将其表示为一个空间矢量。

通过改变空间矢量的大小和方向，可以实现逆变器输出电压的调节。

2.2 实现方法空间矢量PWM 的实现方法主要包括如下几步：步骤一：将输入的参考信号转换为空间矢量；步骤二：根据当前所处的扇区以及参考信号与各个零序位置的关系，确定最接近参考信号方向的两个基本矢量；步骤三：根据最接近参考信号方向的两个基本矢量以及预设比例因子，计算得到最终需要输出的三相电压；步骤四：通过逆变器将计算得到的三相电压转换为供给电机的交流电。

空间电压矢量控制变频调速零矢量的作用引言在现代工业中，电机广泛应用于各种传动系统中。

电机调速技术对于传动系统的性能和效率至关重要。

空间电压矢量控制变频调速是一种常用的电机调速方法，其中零矢量调制是其中的一种重要方式。

本文将详细探讨空间电压矢量控制变频调速中零矢量的作用，其优势和应用。

空间电压矢量控制变频调速简介空间电压矢量控制是一种通过控制电机绕组电流来实现电机转矩和速度控制的方法。

其基本原理是将电机绕组电流分解为两个正交轴上的电流矢量，利用矢量间的相对运动来控制电机。

零矢量调制的基本原理零矢量调制是空间电压矢量控制中的一种调制策略。

其原理是将正交轴上的电流矢量都置为零，使电机停止转动。

在零矢量状态下，电机所产生的转矩为零，同时电机也不会出现震动和噪声。

零矢量调制主要应用于电机停止或变速的场景中。

零矢量调制的优势零矢量调制具有以下几个优势：1. 减少电机噪声由于零矢量调制使电机停止转动，电机的机械运动噪声也将降低。

这对于要求低噪声的应用场景（例如家电和办公设备）非常重要。

2. 提高系统响应速度在电机变速时，零矢量调制可以迅速将电机停止。

这对于要求快速响应的系统非常重要，例如需要频繁制动和变速的装备。

3. 减少能耗零矢量调制可以有效减少电机的能耗。

在电机停止或变速时，无需额外的能量输入，因此可以降低系统的总能耗。

4. 降低机械磨损在电机转速较高的情况下，零矢量调制可以避免电机因制动或变速过程中产生的机械磨损。

这对于提高电机寿命和减少维护成本非常重要。

零矢量调制的应用零矢量调制在各种场景中都有广泛应用。

1. 家电和办公设备家电和办公设备中往往需要低噪声和高效率的电机。

零矢量调制可以在停止和变速时降低噪声，提高系统效率。

2. 制造业制造业中的装备往往需要频繁制动和变速。

零矢量调制可以提高系统的响应速度，提高生产效率。

3. 交通运输交通运输领域中的电机（例如电动汽车和电动自行车）往往需要高效率和能耗较低。

采用空间矢量脉宽调制（SVPWM ）的开环VVVF 调速系统的综合实训一、实验目的1、理解电压空间矢量脉宽调制（SVPWM ）控制的基本原理。

2、熟悉MCKV 电机控制系统的CPU 模块、IPM 模块和机组各部分硬件模块，并确认工作正常。

3、了解SVPWM 变频器运行参数和特性。

二、实验内容：1、熟悉CCS 编程环境，并在CCS 下编译、下载、运行DSP 软件工程。

2、观察并记录定子磁链周期和频率，并分析他们之间的关系。

3、观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形)(t f i v =与)(t f n =；三、实验预习要求1、阅读并掌握三相交流异步电机VVVF 调速系统工作原理。

2、了解电压空间矢量脉宽调制（SVPWM ）控制的基本原理。

3、阅读本次实验指导书和实验程序，写好实验预习报告。

4、在MATLAB/Simulinlk 环境中搭好仿真模型，结合本程序LEVEL1功能框图，完成电流速度双闭环系统交流异步电机矢量控制仿真。

四、实验原理当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并以恒速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转矢量（磁链圆）。

SVPWM 就是着眼于使形成的磁链轨迹跟踪由理想三相平衡正弦波电压源供电时所形成的基准磁链圆，使逆变电路能向交流电动机提供可变频电源，实现交流电动机的变频调速。

现在以实验系统中用的电压源型逆变器为例说明SVPWM 的工作原理。

三相逆变器由直流电源和6个开关元件( MOSFET) 组成。

图1是电压源型逆变器的示意图。

图1 电压源型逆变器示意图对于每个桥臂而言，它的上下开关元件不能同时打开，否则会因短路而烧毁元器件。

其中A 、B 、C 代表3 个桥臂的开关状态，当上桥臂开关元件为开而下桥臂开关元件为关时定义其状态为1 ,当下桥臂开关元件为开而上桥臂开关元件为关时定义其状态为0。

这样A 、B 、C 有000 、001 、010 、011 、100 、101 、110 、111共 8种状态。

空间矢量调制众所周之，感应电机变频调速采用SPWM 要求获得的正弦的三相电压波形，虽然定子三相绕组电压按照等面积法则满足正弦对称条件，但是由于逆变器电压实际上仍然是脉冲电压，三相绕组中电流的谐波分量多，而且最主要的不足是电源的利用率较低，大约等于86%。

从电机学的原理来看，感应电机需要输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形的旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。

空间矢量调制技术在电压源逆变器供电的情况下，以三相对称正弦电压产生的圆形磁链为基准，通过逆变器开关状态的选择产生PWM 波形，使得实际磁链逼近圆形磁链轨迹，而且可以较好地改善电源的利用率。

对于逆变器来说，功率器件的开关导通状态是有限的，因此根据功率器件导通状态确定的空间矢量位置也时有限的。

空间矢量调制就是根据确定位置的有限个空间矢量组合作用来产生满足任意位置和一定幅值范围需要的空间矢量的过程。

也就是，在整个PWM 周期内改变各相导通时间的分配来形成所需的任意空间矢量。

空间矢量调制有三类：电压空间矢量调制、磁链空间矢量调制、电流空间矢量调制。

常用的电压空间矢量调制（SVPWM).SVPWM的基本原理图绘出了三相PWM逆变器供电给异步电机的原理图，为使电机对称工作，必须三相同时供电。

a,b,c 分别代表3 个桥臂的开关状态，规定：上桥臂器件导通用“1”表示，下桥臂器件导通用“0”表示，并依UVW 相序依次排列。

可以推导出，三相逆变器输出的相电压矢量[Uu Uv Uw]T 与开关状态矢量[a b c]T的关系为：Uu Uv Uw = U DC32−1−1−12−1−1−12abc式中U DC是直流电源电压。

将式（1-17）代入电压空间矢量公式：得到相应逆变器工作模式与输出电压的关系，如表1-1 U out=23U u + U v e j2π3 +U w e j4π3得到相应逆变器工作模式与输出电压的关系，如表1-1由表1-1 的计算结果，得到如图1-6 所示的8个基本空间电压矢量，其中6中空间电压矢量幅值相等，都等于2U DC3，相位角互差π3，分别记作U0,U60,U120,U180,U240,U300,而零电压矢量记作0000，0111。