SVPWM：空間矢量脈沖寬度調(diào)制

為什么要使用 SVPWM 來控制電機(jī)呢？傳統(tǒng)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(jī)空間形成的旋轉(zhuǎn)磁場為一個(gè)正六邊形，與我們期望的理想的圓形旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場的目標(biāo)

在人們 的探索下，SVPWM 控制方式就得以實(shí)現(xiàn)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(gè)更趨近于圓形磁場的一個(gè)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(dǎo)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(cuò)開

120°，大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律脈動(dòng)。可定義 uA0、uB0、uC0如下：

則三個(gè)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(zhuǎn)頻率與所加的正弦電壓的頻率一致，均為ω1，其幅值為每項(xiàng)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(dāng)電機(jī)用三相平衡的正弦電壓供電時(shí)，電機(jī)的定子磁鏈的幅值不變，其合成的空間矢 量以恒速旋轉(zhuǎn)

其矢量的頂端的運(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形，也就是常說的磁鏈圓，所以磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量就可表示如 下：

上式表明，當(dāng)磁鏈的幅值一定時(shí)，合成的空間電壓矢量的大小與磁鏈的旋轉(zhuǎn)角速度（或電機(jī)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(dāng)合成磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g運(yùn)動(dòng)一圈（2 π），合成電壓矢量也沿磁鏈圓的切線方向運(yùn)動(dòng)一圈

所 以電機(jī)旋轉(zhuǎn)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(guī)律的 PWM，從而使電機(jī)的磁場逼近于圓形。

接下來講解模擬正弦波的 PWM 的產(chǎn)生方法:

因?yàn)槲覀兯玫碾姍C(jī)不是交流電機(jī)，而是直流電機(jī)，所以我們在電機(jī)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(guī)律，在三相供電端通與正弦電壓規(guī)律一樣的 PWM

這樣也能 達(dá)到我們最初的產(chǎn)生趨于圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。那么我們要模擬這種規(guī)律就不能像六步換相那種兩個(gè)管子 導(dǎo)通了（兩相通電），而是要三個(gè)管子導(dǎo)通（三相都通電）

這樣才能滿足類似交流電機(jī)供正弦電的規(guī)律。 所以下面我們就來推導(dǎo)下怎么利用 PWM 去模擬正弦波

為了方便分析，我們把六個(gè)電壓空間矢量所表示的一個(gè)電周期劃分為六個(gè)區(qū)域，稱其為扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)對應(yīng)的時(shí)間均是 60°的時(shí)間。扇區(qū)劃分如下圖所示：

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

在這 60°的時(shí)間里，該種狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變，直到 60°時(shí)間到，然后 切換為下一個(gè)狀態(tài)

也就對應(yīng)著電壓矢量狀態(tài)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(gè)電周期的結(jié)束

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

所以我們可以得出，在任何時(shí)刻，產(chǎn)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(shí)間

所以我們就可得出，如果我們想得到趨近于圓形的旋轉(zhuǎn)磁場的話，就必須在一個(gè)扇區(qū)內(nèi)出現(xiàn)多種電 壓矢量狀態(tài)，這樣可以將正六邊形的每一條邊再細(xì)分，形成相位不同的電壓空間矢量

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