空間矢量調制已經成為用于基于場定向控制(FOC)的電機系統的最流行的電壓調制技術。目前最常使用的SVM技術涉及直接操控電壓狀態以便產生所需的電壓矢量，而不需要查找表或三角計算。除帶來上述好處外，尚有一種不太為人所知的技術給予開發者無縫地過渡到過調制工作模式的能力。本文中，將從圖形視角與支持方程角度來表述SVM的基礎。

SVM三角學

大多數三相電動機不允許接入它們的中性連接。SVM利用電機內部的浮動中性點，并使用完全DC母線(buss)電壓。在圖1中，示出了三個電壓矢量：Va在X軸上、Vb移動120度、Vc移動240度。

圖1：表示三相電動機的三個繞組電勢的電壓空間矢量。

DC母線電壓(Vbuss)跨越與Vb和Vc相交的兩條水平線。在這種情況下，三相線-線電壓Vbc充分利用了Vbuss。

圖2示出了當電壓矢量從X軸旋轉90度且同時在Vbuss的中心保持中性時發生的情況。 目前，母線電壓不夠大、不足以產生電壓矢量Va。這是當純三相正弦曲線在載波上調制以產生三相PWM時的情況。 為了創建三個對稱正弦曲線，必須減小所有電壓矢量的幅度。每個電壓矢量必須減小的量如下式所述：

這將峰-峰值電壓降低了15.5%。

圖2：通過將中性點保持在Vbuss的中心，電壓矢量Vb的幅度必須在電動機旋轉的某些角度處減小。

SVM技術采用圖2中的三相矢量，并將它們全部向下移動，使得相電壓的大小不必減小。 采用圖2并將其中性向下移動、如圖3所示，允許電壓矢量Va具有相同幅度。在圖3的情況下，中性點從Vbuss /2向下偏移，偏移量如下：

對圖3來說，向下移動沒問題，但當Va直接指向下方而非上方時，情況會怎樣？在這種情況下，我們需要將所有電壓矢量向上移動等于0.1443×Vbuss的量。 換句話說，需要被添加到所有電壓矢量的共模偏差的量是動態的，并且是空間矢量旋轉角度的函數。

圖3：中性向下移動允許矢量Va保持更大幅度。

圖4示出了SVM波形的360度旋轉。你還可以看到電壓矢量的方向和中性點經歷的路徑。

圖4：30度角時，SVM波形的完整旋轉。Va是該矢量圖的參考點。

創建SVM

SVM用在微控制器(MCU)中時，計算量必須保持最小。當初次研究SVM時，得出的印象是：必須創建三個正弦曲線和一個三角波形。如果是這種情況，那么SVM將對處理器和內存有高要求。因為不需要正弦計算或查找表，所以比預期簡單得多。讓我們首先了解如何創建三相波形。 在FOC系統中，控制在同步參考系中完成，其中大多數信號看起來像DC波形。然后，通過逆Park變換將同步信號變換成靜止參考系。在靜止參考系中只出現兩個隨時間變化的信號。當處于穩定狀態時，信號采取正弦和余弦形式。 SVM必須將Vα和Vβ這兩個信號從靜止參考系取出，并將它們轉換成三相(Va，Vb和Vc)輸出。在嵌入式處理器中，SVM算法的輸出必須是可以使用MCU的PWM外設輕松創建的PWM波形。

創建SVM的三個過程如下：

1.執行逆克拉克(Clarke)變換以將Vα和Vβ轉換為Va、Vb和Vc。逆克拉克算法如下：

2.使用以下公式創建三角形中性點：

3.從Va、Vb和Vc中減去Vneutral。

在步驟3之后，SVM信號被加載到PWM外設比較寄存器中。圖5中的五條曲線顯示了每個信號的不同幅度，它們產生了在其峰值處具有100％占空比的SVM波形。

圖5：用于從上述三個步驟創建SVM的波形。

SVM過調制

在上一節中，我們創建了一個SVM波形，其峰值可以達到Vbuss的100％占空比。這產生純線到線的電壓正弦波。仍然存在生成更多電壓的可能性，但不是以純正弦波形式。 參見圖6，目前已經描述的SVM波形可以覆蓋綠色圓圈內的任何地方。可以通過過調制使用橙色陰影的未使用區域。當處于完全過調制時，電壓矢量Vs將覆蓋整個六邊形。過調制將產生梯形輸出波形，其中優點是有更高的基波正弦波幅度(帶一些諧波)和更低的開關損耗。

從圖5中，Vα和Vβ的最大和最小峰值是±1/√3，這對應于圖6的綠色圓圈的周邊軌跡。隨著克拉克變換的輸入變得大于1/√3 ，SVM波形將增長到超過±?，而這是不可能的。

圖7：對具有2/3幅度輸入的SVM波形的過調制進行克拉克變換。虛線、水平、品紅線表示舊的1/2量級。

圖7示出了當克拉克變換的輸入幅度變得大于1/√3、等于2/3時發生的情況。如品紅虛線所示，SVM的舊幅度在±1/2；現在峰值幅度在1/√3。 這個SVM技術的好處是：過渡到過調制很容易。限制波形輸出所需要的是限制SVM輸出的Va、Vb和Vc的最大值和最小值。 具有過調制的總SVM系統的框圖如圖8所示。

圖8：具有過調制的SVM框圖，用于對MCU進行編碼。

SVM電壓輸出受三個飽和元素的限制，這三個飽和元素設置為100％和0％占空比，即±1/2。 完全過調制的結果波形如圖9所示。

圖9：完全過調制時的SVM算法。

當將電壓信號從兩相α-β轉換為三相A、B、C時，空間矢量調制是用于場定向控制的有效技術。SVM利用移位三相中性值以允許直流母線的完全線-線利用。已經給出了用于創建SVM的一種技術。這種技術的優點是易于用MCU實現，因為它不需要任何正弦計算或查找表。此外，它可以非常平穩地轉換到過調制。