SVPWM原理及其实现.doc

1、SVPWM的定义
交流电动机需要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。把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目的来控制逆变器的工作，这种控制方法称为“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来实现的，所以又称为“电压空间矢量PWM（spacevectorPWM,SVPWM）控制”

矢量：既有大小又有方向的量。一般来说，在物理学中称作矢量，在HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1284.htm"数学中称作向量。
2、空间矢量的定义：交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，如果考虑到他们所在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。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，它们在空间互差2pi/3，三相定子相电压、、分别加在三相绕组上，可以定义三个定子电压空间矢量、、。
三相合成矢量：
当定子相电压、、为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量是一个以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，它的幅值是相电压幅值的倍，当某一相电压为最大值时，合成电压矢量就落在该相的轴线上。在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量和的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。

3、电压与磁链空间矢量的关系
当异步电动机的三相对称定子绕组由三相电压供电时，对每一相都可写出一个电压平衡方程式，求三相电压平衡方程式的矢量和，即得用合成空间矢量表示的定子电压方程式

当电动机转速不是很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可以忽略不计，则定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为

或
当电动机由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呈圆形（简称磁链园）。定子磁链旋转矢量为

式中：--定子磁链矢量幅值；
--定子磁链矢量的空间角度；
对上式求导得

该式表明，磁链的幅值等于电压与频率之比，的方向与磁链矢量正交，即为磁链圆的切线方向，当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2pi弧度，若将电压矢量的参考点放在一起，则电压矢量的轨迹也是一个圆。因此，电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。图在Page：136
4、PWM逆变器基本输出电压矢量
PWM的逆变器共有八种工作状态，可以得到八种基本空间矢量。其中六个有效工作矢量，幅值为直流电压的倍，在空间上互差，另两个为零矢量u0和u7.

U00000U1100U2110U3010U4011U5001U6101U71110

5、期望电压矢量合成
每个有效工作矢量在一个周期内只作用一次的的方式只能生成正六边形的旋转磁场，与正弦波供电时所产生的圆形旋转磁场相差甚远，六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压矢量以供选择，但是PWM逆变器只有八个基本电压矢量，所以我们可以用这八个基本矢量合成其他多种不同的矢量。按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM的基本思想。
按六个有效工作矢量将电压空间矢量分为对称的六个扇区，每个扇区对应pi/3，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的两个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。所谓等效是指在一个开关周期内，产生的定子磁链的增量近似相等。
现以落在第一区的参考向量Vref为例，如图2-3，合成该向量最直接的方式就是将其表示为U4与U6的向量和：

由正弦定理可以计算的T1和T2的作用时间，剩下的时间有零矢量来填补。
通过以上分析可以理解SVPWM的工作原理，下面通过一个例子来形象的说明一下。
Page：141
第二部分：SVPWM的实现
SVPWM的法则推导分析可以归纳SVPWM算法的基本步骤为：
（1）参考电压向量Uref在扇区的判断；
（2）基本矢量在各个扇区中作用时间的求解计算；
（3）确定各电压空间矢量的切换点。
1、参考电压矢量Vref扇区判断
SVPWM控制算法第一步是判断由Ud和Uq所决定的空间电压矢量所处的扇区。设合成的电压矢量落在第I扇区，其等价条件为：

式（2-17）再结合矢量图几何关系分析，可以判断出合成电压矢量Uref落在第I扇区的等价条件为：Ud>0，Uq>0且Uq/Ud<。
同理可得到合成的电压矢量落在其它扇区的等价条件，得出下表