逆变器矢量作用时间

三相永磁同步电机矢量控制，公式（3-5）、（3-6）、（3-7）、（3-8）怎么变换来的？

       三相永磁同步电机的矢量控制是一种关键技术，它允许对电机的电流和转矩进行独立控制。让我为您解释一下公式（3-5）、（3-6）、（3-7）和（3-8）的变换过程。

       矢量控制概述： 矢量控制，也称为解耦控制或磁场定向控制，使得永磁同步电机的磁通和转矩可以独立控制。关键要点包括：

       使用空间向量形式的电机模型，将其等效为直流电机。

       逆变器能够产生幅值、频率和相位完全可控的电流相量。

       定子电流表示： 假设所需的相量均为从逆变器获得的理想相量，经过恒幅值的3s->2r变换，得到转子参考坐标系下的dq轴电流：

       id

       ​

SVPWM工作原理

       SVPWM的工作原理是基于三相对称电动机定子的理想磁链圆，通过三相逆变器的巧妙切换，生成一系列PWM波，以模拟实际磁链矢量追踪理想磁链圆。它与传统的SPWM方法不同，SVPWM将逆变系统和电机视为一个整体，简化了模型，便于实时控制。

       全桥三相电路由六个开关器件组成，它们形成八种安全开关状态，其中000和111为无效状态，称为零矢量，因为它们不产生有效电流。剩下的六种状态则代表六个有效矢量，它们将电压空间划分为六个相等的扇区。通过这六个基本矢量和两个零矢量，可以合成任何角度的电压矢量，以生成接近正弦波的电压波形。

       在变频电机驱动中，矢量方向不断变化，需要实时计算矢量的作用时间。通常每0.1毫秒进行一次计算，确定两个基本矢量的作用时间。如果总时间小于预定值，剩余部分将插入零矢量，形成与PWM类似的驱动波形。由于这种PWM基于电压空间矢量的合成，所以被称为SVPWM。

svpwm的原理讲解

       SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期Tpwm内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。

       ä¸¤ä¸ªçŸ¢é‡çš„作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。

       SVPWM是一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形。

       SVPWM与SPWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。 SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。

       è®¾ç›´æµæ¯çº¿ä¾§ç”µåŽ‹ä¸ºUdc，逆变器输出的三相相电压为UA、UB、UC，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。

       å¯è§ U(t)是一个旋转的空间矢量，Um为相电压峰值，且以角频率ω=2πf按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴（a，b，c）上的投影就是对称的三相正弦量。

矢量变频器工作原理 矢量变频器和普通变频器的区别

       矢量变频器工作原理

       矢量变频器通过矢量控制技术，将三相系统等效变换为M-T两相系统，将交流电机定子电流分解成磁通和转矩两个直流分量，实现精确控制。矢量控制通过坐标变换，精确控制电机磁通和转矩，从而达到与直流电机相似的控制效果。

       矢量控制原理涉及磁场定向定子电流分量，给定值和滑差角频率给定值，以及电机转速测量，经过积分运算得出转子磁通位置角θ，并送至旋转变换环节。

       矢量变频器系统组成：采用交直交电压型结构和SVPWM脉宽调制方式。系统包括三相整流器、滤波电容、电压型逆变器、逆变器驱动电路、三相笼型异步电机和双DSP控制系统。其中，双DSP控制系统由VC33子系统、F240子系统和数据交换单元三部分构成，实现矢量控制核心算法及两相电流检测。

       矢量变频器和普通变频器的区别

       矢量变频器与普通变频器主要区别在于控制精度和低转速输出转矩上。矢量变频器控制精度更高，可在低转速下提供大转矩，适用于重负载启动场景，如大功率长皮带和提升机等。

       普通变频器在启动重负载时，由于输出转矩不足，可能导致电机启动困难，甚至出现堵转或过电流故障。而矢量变频器则能确保在重负载启动时，电机能够顺利启动并稳定运行。

       例如，在水泵控制中，使用风机水泵专用型或通用型变频器即可满足需求，无需选择价格更高的矢量变频器。

       矢量控制方式类似于开车时的“速度控制”。V/F控制方式下的频率设定值固定不变，类似于油门开度固定不变，但车速会因道路变化而变化。矢量控制方式则通过调整油门开度，确保车速在各种路况下保持恒定，提高速度控制精度。

       声明：以上内容源于程序系统索引或网民分享提供，仅供您参考使用，不代表本网站的研究观点，请注意甄别内容来源的真实性和权威性。

spwm、 cfpwm、 svpwm有什么区别？

       SPWM、CFPWM和SVPWM的基本特征和各自的优缺点如下：

       1、SPWM：

       基本特征：以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波。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。

       优缺点：普通的SPWM变频器输出电压带有一定的谐波分量，为降低谐波分量，减少电动机转矩脉动，可以采用直接计算各脉冲起始与终了相位的方法，以消除指定次数的谐波。 

       2、CFPWM：

       基本特征：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值。

       优缺点：在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能。精度高、响应快，且易于实现。但功率开关器件的开关频率不定。 

       3、SVPWM：

       基本特征：把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，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。

       优缺点：8个基本输出矢量，6个有效工作矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用1次的方式，生成正6边形的旋转磁链，谐波分量大，导致转矩脉动。 

扩展资料：

       用相邻的2个有效工作矢量，合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关周期越小，旋转磁场越接近于圆，但功率器件的开关频率将提高。用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的输出电压最多可提高15%。

SVPWM学习

       摘要：电压空间矢量调制技术（SVPWM）源于电机控制领域。它通过控制逆变器输出波形，实现与交流电机产生圆形磁场的同步，从而提升输出波形质量。SVPWM也被称作磁链跟踪控制，其核心是在静止坐标系下，通过线性组合逆变器可输出的电压空间矢量和作用时间，逼近期望的电压空间矢量。

       1 空间电压矢量的定义

       如图1所示，A、B、C三个轴分别表示空间静止的坐标系。电压空间矢量的定义源自交流电机分析。电机定子电压u1、u2、u3的方向始终在A、B、C轴上，随时间按正弦规律变化，三相电压空间矢量如图1所示可合成一个旋转矢量。其幅值大小为相电压的1.5倍，频率随电源频率变化。用以下公式表示。

       若取A轴为复平面的实轴，则B轴和C轴的位置分别为：

       三相正弦电压：

       这意味着三相对称正弦电压所合成的空间矢量是一个在空间中等幅恒速旋转的矢量。合成的空间电压矢量的幅值是原来的正弦量幅值的1.5倍。通常，希望空间电压矢量与原来三相对称正弦量的幅值相同，于是，空间矢量可以定义为：

       2 三相感应电机定子端电压与定子磁链矢量之间的关系

       当电机转速不是很低时，定子电阻上的压降对于定子磁链产生的感应电动势来说较小，可以忽略。

       在电机学中，当电机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速等幅旋转，其矢端的运动轨迹呈圆形，一般称为矢量圆。

       定子磁链旋转矢量可用下式表示：

       图2 磁链圆

       当磁链幅值一定时，电压空间矢量的大小与供电电压频率成正比，其方向与磁链矢量正交，即磁链圆的切向方向。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2弧度，其轨迹也是圆形的。这样，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。

       3 三相全桥电压型PWM逆变器的八个电压空间矢量

       图3 三相桥式逆变电路

       电压源型PWM逆变器同一桥臂的上、下开关管驱动信号互补。这三个桥臂独立，每个桥臂有两种开关状态，2*2*2=8，三相全桥电压型PWM逆变器总共可以输出8个电压空间矢量。

       （1）开关模式分析分析

       (合成的电压空间矢量)

       其他七个空间电压矢量都可以按照以上的分析，得到空间电压矢量合成图。

       （2）三相全桥电压型PWM逆变器共可输出8个电压空间矢量，其中有6个有效矢量，2个零矢量。有效电压空间矢量的幅值为2/3.

       图4 基本电压空间矢量图

       4 正六边形空间旋转磁场

       图5 正六边形的旋转磁场

       6个有效空间电压矢量，在一个输出基波电压周期内各自依次连续作用1/6周期，逆变器运行于这种状态时会得到一个正六边形的旋转磁场。六个有效电压矢量各自连续作用1/6T，显然不能得到一个圆形的旋转磁场。所以这种六拍阶梯波逆变器的性能较差。

       电机转动形成圆形的旋转磁场。如何使逆变器输出的正六边形的旋转磁场变成一个圆形旋转磁场？

       图6 圆形的旋转磁场

       （1）、图4中磁链矢量为何与电压矢量不垂直？

       输入电压不是正弦，得到的磁链不是圆形旋转的，其幅值也在变化，所以相位就不再是相差.

       （2）、SVPWM作用和目标？

       在每个1/6T之内，磁链的变化为一段圆弧，而不是一段弦。真正的圆弧肯定是得不到的，除非用理想的正弦电压供电。但这是目标，可不可以设法尽可能地逼近这个目标？可以用一段一段的弦来逼近圆弧。分段越多，越接近圆弧。如何得到一段一段的弦？SVPWM。

       5 电压空间矢量调制

       如图4可知，8个电压矢量形成一个六边形，这和电机原理的圆形磁场还相差很远，所以电压输出效果肯定不好。众所周知，矢量之间可以进行合成，那么我们就用8个电压矢量进行合成，得到想要的电压矢量从而可以得到接近圆形的电压矢量。这就是电压空间矢量（SVPWM）的基本思想。

       用弦去逼近圆弧，要知道弦代表的物理意义是磁链矢量的变化量，或者说是期望的电压矢量冲量，这是第一步逼近。每一段弦是期望的电压矢量冲量，可以看作是期望的电压矢量持续作用一个开关周期得到的。也就是说，每一段弦对应的时间是一个开关周期。开关周期越小，即开关频率越高，在一个基波周期内，圆周上的分段越多，得到的磁链轨迹越接近一个圆。

       其次，逆变器的输出只有6个有效的电压空间矢量和2个零矢量，没有期望的电压空间矢量。只能用这8个矢量中的几个各自作用一段时间的冲量去逼近期望矢量作用时间的冲量，这是第二个逼近。

       6 SVPWM实现过程

       从上节的分析可知，哪几个电压空间矢量和其作用的时间是SVPWM的两个根本的问题。所以要实现SVPWM，共分为两步：

       6.1 电压矢量的作用时间

       图7 合成的电压矢量

       从图7，可以将基本电压矢量作用时间分解到静止坐标系坐标系：

       联立以上公式，可以得到：

       以上是在扇区1中对电压空间矢量作用的时间的求解。在其他扇区，求解过程一样，这里就步一一阐述。

       6.2 扇区判断

       定义3个变量X、Y和Z。

       图7 扇区划分

       通过上节的公式推导，合成的空间电压矢量在基本电压矢量Us和u1、u2两者之间的扇区1中，求出t1、t2。

       6.3 基本电压矢量的作用顺序

       （1）五段式

       （2）七段式

       7 小结

       综合以上的理论分析可知，要实现SVPWM需要解决三个方面的问题。

       （1）、电压矢量的作用时间（伏秒原则）；

       （2）、相邻的两个基本电压矢量作用时间和零矢量作用时间在一个载波周期内的排列顺序（也就是发波的方式是五段式还是七段式）；

       （3）、判断参考电压矢量旋转到哪个扇区即扇区的判断。

       7 仿真搭建

       图8 SVPWM仿真模型

两电平svpwm的扇区判断和三电平svpwm的扇区判断方法一致吗

       三电平SVPWM与两电平SVPWM在原理上存在一定的差异，主要体现在控制策略和输出性能上。两电平逆变器与三电平逆变器的比较揭示了三电平逆变器在器件开关应力、损耗、输出波形逼近以及效率提升等方面的优势。

       三电平逆变器结构更加复杂，包括三个桥臂，每个桥臂上四个开关管以及中性线。在三电平逆变器中，当上半桥臂和下半桥臂的两个管子同时导通时，相电压为正或负的半个电压值。当中间两个管子同时导通时，相电压为零。这种设计允许每相电压存在三个电平，组合形成27个不同的电压矢量，提高了输出电压的准确性和稳定性。

       在三电平SVPWM中，扇区判断和区域判断模块的引入是关键步骤。通过将空间矢量图分为6个大扇区，每个扇区再细分为4个小扇区，可以精确地确定参考电压矢量所在的位置。参考矢量的确定结合区域分布和几何关系，有助于实现电压矢量的有效控制。

       在三电平SVPWM中，短矢量作为每个采样周期的起始矢量，确保了开关状态分配的简便性和一致性。通过使用中心对称的七段式SVPWM波形，基本矢量的作用时间被分配给对应的矢量状态，实现对主电路开关器件的精准控制。

       与两电平SVPWM相比，三电平SVPWM在输出性能方面展现出显著优势。它能够提供更接近正弦波的输出电压，降低谐波含量，并减少开关元件的应力和损耗。此外，三电平逆变器在减少电磁干扰（EMI）方面表现更佳，因为开关元件一次动作的du/dt通常只有两电平的一半。

       尽管三电平电路具有诸多优点，但也存在一些挑战。例如，需要更多的开关器件，控制算法更为复杂，以及电位不平衡问题。然而，这些缺点可以通过合理的电路拓扑结构和优化的控制策略来缓解。在实际应用中，二极管钳位式拓扑结构因其成熟性和可靠性，广泛应用于三电平逆变器的主电路设计中。

       综上所述，三电平SVPWM与两电平SVPWM在扇区判断和区域判断方法上确实存在差异，这些差异体现在控制策略、输出性能和系统设计方面。在追求更高效率、更高质量输出和更小损耗的应用场景中，三电平SVPWM具有显著优势。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467