SVPWM：空間矢量脈沖寬度調制

為什么要使用 SVPWM 來控制電機呢？傳統的六拍換相控制方式使逆變器的輸出呈方波變化該種控 制方式在電機空間形成的旋轉磁場為一個正六邊形，與我們期望的理想的圓形旋轉磁場并不相符可見 六拍換相控制的方式并不是最理想的控制方式，因此本著我們期望的獲得圓形旋轉磁場的目標

在人們 的探索下，SVPWM 控制方式就得以實現了SVPWM 的控制方式就是通過交替使用不同的電壓空間矢量來得到一個更趨近于圓形磁場的一個磁 鏈軌跡

這里需要明確，為什么通過使用不用的電壓空間矢量就可以得到圓形磁鏈軌跡呢？下面我們就來推 導下具體過程:

如圖一所示，uA0、uB0、uC0為定子電壓空間矢量，其方向始終處于各相的繞組的軸線上，角度互相錯開

120°，大小隨時間按正弦規律脈動。可定義 uA0、uB0、uC0如下：

則三個矢量相加的合成矢量為：

即是

可推出

可以得出，合成的空間矢量的旋轉頻率與所加的正弦電壓的頻率一致，均為ω1，其幅值為每項電 壓值的 3/2 倍

而我們用合成的空間矢量表示定子的電壓方程有：

而我們知道，當電機用三相平衡的正弦電壓供電時，電機的定子磁鏈的幅值不變，其合成的空間矢 量以恒速旋轉

其矢量的頂端的運動軌跡呈圓形，也就是常說的磁鏈圓，所以磁鏈旋轉矢量就可表示如 下：

上式表明，當磁鏈的幅值一定時，合成的空間電壓矢量的大小與磁鏈的旋轉角速度（或電機供電電壓的 頻率）成正比

其方向與磁鏈軌跡正交，所以我們可以用下圖表示上式：

這樣，當合成磁鏈矢量在空間運動一圈（2 π），合成電壓矢量也沿磁鏈圓的切線方向運動一圈

所 以電機旋轉磁場的軌跡問題就被等效為求合成的定子電壓矢量的軌跡問題，這也就解釋了 SVPWM 的來源也就是我們需要在三相定子電樞上模擬出正弦規律的 PWM，從而使電機的磁場逼近于圓形。

接下來講解模擬正弦波的 PWM 的產生方法:

因為我們所用的電機不是交流電機，而是直流電機，所以我們在電機的三相供電端不可能供交流正 弦電壓

所以我們只能去模擬正弦電壓的規律，在三相供電端通與正弦電壓規律一樣的 PWM

這樣也能 達到我們最初的產生趨于圓形的旋轉磁場。那么我們要模擬這種規律就不能像六步換相那種兩個管子 導通了（兩相通電），而是要三個管子導通（三相都通電）

這樣才能滿足類似交流電機供正弦電的規律。 所以下面我們就來推導下怎么利用 PWM 去模擬正弦波

為了方便分析，我們把六個電壓空間矢量所表示的一個電周期劃分為六個區域，稱其為扇區，每個扇區對應的時間均是 60°的時間。扇區劃分如下圖所示：

對于六拍換相的逆變器來說，每個電周期內，六種有效的電壓狀態各出現一次，每隔 60°就換一 個狀態（也就是我們說的換相）

在這 60°的時間里，該種狀態不會發生改變，直到 60°時間到，然后 切換為下一個狀態

也就對應著電壓矢量狀態的切換，在切換過程中，電壓矢量的幅值不變，而相位每 次變化 60°直到一個電周期的結束

當電壓矢量走過一個電周期時（360°），就形成了一個封閉的正六邊形，如下圖所示：

所以我們可以得出，在任何時刻，產生的磁鏈增量的方向由電壓矢量決定，其幅值正比于電壓矢量 施加的時間

所以我們就可得出，如果我們想得到趨近于圓形的旋轉磁場的話，就必須在一個扇區內出現多種電 壓矢量狀態，這樣可以將正六邊形的每一條邊再細分，形成相位不同的電壓空間矢量

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