电压空间矢量PWMSVPWM控制技术或称磁链跟踪控制技术

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.。

⁡ ⁡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。

2012~2013年（本）1、平波电抗器的大小是如何选择的？答：一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择，通常首先给定最小电流I（以A为单位），再利用它计算所需的总电感（以mH为单位）。

减去电枢电感，即得平波电抗应有的电感值。

2、转速负反馈单闭环有静差调速系统中，电枢电阻、转速反馈系数，这些参数变化时系统是否有调节作用？为什么？答：在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数Kp发生变化时系统有调节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的影响。

当电动机励磁电流、电枢电阻Ra发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻处于反馈环外。

当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。

因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。

当电压反馈系数γ发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。

反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

(无调节作用。

因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈包围的前向通道上的扰动。

)3、对于经常正、反运行的调速系统，理想的起动过渡过程应什么样?答：始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。

当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。

（起动电流呈矩形波，转速按线性增长）4、什么是软起动器？答：当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从而可以避开起动电流冲击的高峰。

起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现起动转矩不够的问题。

降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻载）起动的场合。

5、对于通用变频器，所谓的“通用”有什么含义？答：一是可以和通用的笼型异步电动机配套使用；二是具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。

6、什么是正弦脉宽调制技术？答：由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种调制方法称作正弦波脉宽调制7、比例积分控制中比例和积分部分各有什么特点？答：比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。

关于“电压空间矢量”的教学解析关键字：电压,空间,矢量,教学,解析关于“电压空间矢量”的教学解析本文为Word文档，感谢你的关注！摘要：“运动控制系统”是自动化、电气工程及其自动化等专业的一门重要专业课程，课程中有SVPWM技术的学习，要理解好SVPWM技术需要对“电压空间矢量”有正确的认识。

教学中发现部分学生对相关知识点的认识容易产生混淆，本文对“电压空间矢量”的时间特性和空间特性进行细致的描述，帮助学生更深刻地理解“电压空间矢量”的特点。

关键词：运动控制系统；电压空间矢量；教学解析“运动控制系统”是自动化、电气工程及其自动化等专业的一门综合性较强的专业课，以电动机的运动为对象分析和设计相应的控制系统，主要包括电机学、电力电子技术、控制理论等学科的内容。

电压空间矢量PWM（SVPWM）在交流电动机运动控制中广泛应用，学习SVPWM技术的过程中需要学习电压空间矢量的特点，但其中的一些知识点会让不少学生感到困惑，本文通过对电压空间矢量的时间特性和空间特性的详细论述，使学生更清晰地认识电压空间矢量的特点，对其推导过程有更深刻的理解，在这个基础上帮助更多的学生理解整个SVPWM算法。

一、“电压空间矢量”学习难点SVPWM技术称之为电压空间矢量脉宽调制技术，在交流电动机调速中它的本质是磁链跟踪控制。

交流电动机能够旋转的原因是电动机空间中存在圆形旋转磁场，而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。

在电压空间矢量的推导过程中有时间分量，还有空间分量，不管是时间分量还是空间分量都存在“超前”和“滞后”的概念，当把这些概念和特点放在一块时会让不少的学生感到迷糊，从而不能清晰认识“电压空间矢量”的特点。

二、“电压空间矢量”难点解析1.空间矢量的定义交流电动机的绕组是按照一定规律嵌置的，三相绕组的轴线在空间上互差2π3，交流绕组中的电压、电流、磁链等物理量是随时间变化的，考虑绕组的空间位置，才将相应的物理量定义为空间矢量。

电力拖动自动控制系统（名词解释）一、名词解释：1.G-M系统（旋转变流机组）：由交流电动机拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁If即改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n，这样的调速系统简称G-M系统，国际上统称Ward-Leonard系统。

2.V-M 系统（晶闸管-电动机调速系统）：通过调解器触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现评平滑调速，这样的系统叫V-M系统。

3. （SPWM）：按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波雨期望波的争先等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（SPWM）。

4.（旋转编码器的测速方法）M法测速——在一定时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1,用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。

T法测速——在编码器两个相邻输出脉冲间隔时间内，，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。

M/T法测速——既检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测用一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。

5.无刷电动机：磁极仍为永磁材料，但输出方波电流，气隙磁场呈梯形波分布，这样就更接近于直流电动机，但没有电刷，故称无刷电动机（梯形波永磁同步电动机）。

6.DTC（直接转矩控制系统）：它是利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，是既矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。

7.恒Eg/f1=C控制：对于三相异步电动机，要保持气隙磁通不变，当频率从额定值向下调节时，必须同时降低气隙磁通在在定子每相中感应电动势的有效值Eg，使Eg/f1=恒定值，像这样的控制方法叫恒Eg/f1=C控制。

（譬如，对于异步电动机，如果在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压Us的数值，使它在克服钉子阻抗压降以后，能维持Eg/f1为恒值，这种控制方法叫Eg/f1=C控制。

SPWM与SVPWM之比较首先，先分别了解SPWM和SVPWM的原理SPWM原理：正弦PWM的信号波为正弦波,就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形,其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的.正弦波波形产生的方法有很多种,但较典型的主要有:对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种.第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小,所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波,显然输出电压高于前者,但对于微处理器来说,增加了数据处理量当载波频率较高时,对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的,它兼顾了前两种方法的优点. SPWM虽然可以得到三相正弦电压,但直流侧的电压利用率较低, 最大是直流侧电压的倍,这是此方法的最大的缺点.SVPWM原理：电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同,SPWM调制是从三相交流电源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源.而SVPWM是将逆变器和电动机看成一个整体,用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量,建立逆变器功率器件的开关状态,并依据电机磁链和电压的关系,从而实现对电动机恒磁通变压变频调速.若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨迹为圆形. SVPWM比SPWM的电压利用率高15%,这是两者最大的区别,但两者并不是孤立的调制方式,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,因此SVPWM有对应SPWM的形式.反之,一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的,只不过SPWM易于硬件电路实现,而SVPWM更适合于数字化控制系统.接下来对SPWM和SVPWM进行具体的对比。

按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。

svpwm控制原理SVPWM控制原理。

SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种常用的电力电子变换器控制策略，它通过对电压矢量的合理选择，实现对三相逆变器的PWM控制，从而实现对交流电机的高效控制。

本文将介绍SVPWM控制原理及其应用。

首先，我们来了解一下SVPWM的基本原理。

SVPWM是一种基于矢量控制的PWM技术，它通过对电压矢量进行合理的选择，将其分解为若干个基本矢量，然后利用PWM波形对这些基本矢量进行合理的组合，从而实现对交流电机的精确控制。

与传统的三角波PWM相比，SVPWM可以更精确地控制电机的电压和电流，提高了电机的效率和性能。

在SVPWM控制中，我们需要对电压矢量进行合理的选择。

通常情况下，我们可以将电压矢量分解为六个基本矢量，它们分别是零矢量、正向矢量和反向矢量。

通过对这些基本矢量的合理选择和组合，我们可以实现对电机的精确控制，提高电机的效率和性能。

SVPWM控制还可以实现对电机的无感测控制。

在传统的磁场定向控制中，通常需要使用霍尔传感器或编码器来实现对电机位置的反馈。

而在SVPWM控制中，我们可以通过对电压矢量的合理选择，实现对电机位置的精确控制，从而实现对电机的无感测控制。

这不仅简化了系统的结构，降低了系统的成本，还提高了系统的可靠性和稳定性。

除此之外，SVPWM控制还可以实现对电机的空间矢量控制。

在传统的PWM控制中，通常只能实现对电机的磁场定向控制，而无法实现对电机的空间矢量控制。

而在SVPWM控制中，我们可以通过对电压矢量的合理选择，实现对电机的空间矢量控制，从而实现对电机的精确控制。

这不仅提高了电机的效率和性能，还拓展了电机的应用领域。

综上所述，SVPWM是一种高效的电力电子变换器控制策略，它通过对电压矢量的合理选择，实现对交流电机的精确控制。

在实际应用中，SVPWM控制可以提高电机的效率和性能，降低系统的成本，提高系统的可靠性和稳定性，拓展电机的应用领域。

SPWM与SVPWM之比较首先，先分别了解SPWM和SVPWM的原理SPWM原理：正弦PWM的信号波为正弦波,就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形,其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的.正弦波波形产生的方法有很多种,但较典型的主要有:对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种.第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小,所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波,显然输出电压高于前者,但对于微处理器来说,增加了数据处理量当载波频率较高时,对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的,它兼顾了前两种方法的优点. SPWM虽然可以得到三相正弦电压,但直流侧的电压利用率较低, 最大是直流侧电压的倍,这是此方法的最大的缺点.SVPWM原理：电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同,SPWM调制是从三相交流电源出发,其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源.而SVPWM是将逆变器和电动机看成一个整体,用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量,建立逆变器功率器件的开关状态,并依据电机磁链和电压的关系,从而实现对电动机恒磁通变压变频调速.若忽略定子电阻压降,当定子绕组施加理想的正弦电压时,由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量,故气隙磁通以恒定的角速度旋转,轨迹为圆形. SVPWM比SPWM的电压利用率高15%,这是两者最大的区别,但两者并不是孤立的调制方式,典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果,因此SVPWM有对应SPWM的形式.反之,一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法,所以两者在谐波的大致方向上是一致的,只不过SPWM易于硬件电路实现,而SVPWM更适合于数字化控制系统.接下来对SPWM和SVPWM进行具体的对比。

按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。

内容摘要随着自动化技术的飞速开展，电气传动控制系统也日新月异，电气传动控制系统的概念从出现以来，电气传动控制系统又有了新的开展。

电气传动控制系统是近年来引起人们很大兴趣的一个领域：它的研究目标是用机器，通常为传动控制系统、电脑等，尽可能地代替人的体力活动，并且争取在这些方面最终改善并超出人的能力；其研究领域及应用范围十分广泛、例如，自动控制、人工智能、PLC控制系统、智能机器人等等。

电气传动控制系统的研究是通过他的原理及其应用而为人类社会的进步作出奉献。

关键词：传动控制，自动控制，PLC控制，智能控制，信息化，电气传动，数字控制。

目录内容摘要 (2)前言 (4)1 电气传动控制系统的研究与应用 (6)1.1 电气传动自动控制系统优化设计方法研究概述 (6)1.2 信息化时代的电气传动技术 (8)1.3 交流传动在我国的应用和展望 (12)2 电气传动控制与PLC控制系统的应用 (14)2.1 利用PLC控制的自动配料系统 (14)2.3 PLC控制系统与智能化中央空调 (19)3 电气传动控制系统在具体实际生活的应用 (23) (23)3.1 起重机电气传动的设计 (24)电梯传动控制系统 (27)4 电气传动控制系统的结论 (32)5 参考文献 (33)前言电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置3局部组成。

电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能和控制机械的运转状态(位置、速度、加速度等)，实现电能-机械能的转换，到达优质、高产、低耗的目的。

电气传动分成不调速和调速两大类，调速又分交流调速和直流调速两种方式。

不调速电动机直接由电网供电，但随着电力电子技术的开展这类原本不调速的机械越来越多地改用调速传动以节约电能(节约15%～20%或更多)，改善产品质量，提高产量。

在我国60%的发电量是通过电动机消耗掉的，因此调速传动是一个重要行业，一直得到国家重视，目前已有一定规模。

近年来交流调速中最活泼、开展最快的就是变频调速技术。

空间电压矢量（SVPWM ）控制的原理异步电机输入正弦三相电流的根本目的是产生空间圆形磁场，从而使产生的电磁转矩恒定，为了实现这一目标把逆变器与异步电动机做为一个整体，以最终产生圆形旋转磁场为目的来控制变换器的输出电压，这种控制方法称为“磁链跟踪控制”，因为磁链轨迹通过电压空间矢量相加而得到，所以又被叫做“电压空间矢量控制”，即SVPWM 控制。

其理论基础是平均值等效原理，使一个开关周期内基本电压矢量组合的平均值和给定的电压矢量相等。

SVPWM 控制技术不仅可以用于控制逆变器，还可以用于控制整流器，该控制方法是以规则采样PWM 为基础而改进的准优化PWM 法，具有实时控制容易且计算简单的优点。

转子侧PWM 变换器A 相等效相量图在理想情况下，供给双馈电机的电压为三相正弦电压，由合成电压矢量的定义可得：在上式中，令3/2παj e=，可以得到在理想供电电压情况下双馈电机的合成电压空间矢量为t j m eU u ω-=2。

在理想的情况下，其电压空间矢量是圆形旋转矢量，其磁通也是圆形旋转矢量。

现在分析逆变器的输出情况，为了分析简便，把六个功率开关元件用开关符号代替，上桥臂导通时用“1”来表示，下桥臂导通时用“0”来表示，即1=S K ，表示k 值对应的上桥臂导通，下桥臂关断；0=S K 表示k 值对应的上桥臂关断，下桥臂导通。

在任意时刻六个桥臂中一定有三个开关器件导通，另三个开关器件关断。

而从逆变器拓扑结构来看，功率开关器件有 8 中状态，如下表所示。

开关状态与相电压和线电压的对应关系表如果不计定子绕组电阻的压降，对应 6 个非零的电压矢量运动的轨迹呈六边形，其相邻的两个非零矢量的夹角为060 ，零矢量与原点重合。

电压空间矢量分布图由上面分析可知，当用这种逆变器向双馈感应发电机提供励磁电流时，产生的不是圆形旋转磁场，而是正六边形旋转磁场，其磁通大小与旋转角速度都不固定，因此产生转矩脉动不利于电机匀速转动使电机容易损坏。