逆变器电流轨迹



空间电压矢量调制 SVPWM技术

空间电压矢量调制技术是一种利用三相功率逆变器的六个功率开关元件构成特定开关模式，以生成脉宽调制波，使输出电流波形尽量接近理想正弦波的调制方法。以下是关于SVPWM技术的详细解答：

技术原理：

SVPWM技术着眼于三相输出电压的总体效果，通过特定的开关模式，生成脉宽调制波。其理论基础是平均值等效原理，通过组合基本电压矢量，使其平均值与给定电压矢量相等。

目标与应用：

主要目的是为了实现电机获得理想圆形磁链轨迹，从而减小绕组电流波形中的谐波成分，降低电机转矩脉动。适用于永磁同步电机等需要低转矩脉动和低噪音运行的场合。

实现方式：

在SVPWM控制中，直流母线侧电压、逆变器输出的三相相电压在时间相位互差120°的三相平面静止坐标系中变化。定义三个电压空间矢量，并通过八个基本矢量的组合，合成理想磁通圆。

关键技术：

关键在于合理分配零矢量时间，避免圆形电压失真，实现理想磁通的逼近。需要精确计算和控制各基本矢量的工作时间，以得到合适的PWM占空比。

优势：

相较于传统的正弦PWM技术，SVPWM技术能显著提高直流母线电压的利用率。便于实现数字化控制，提高电机运行性能和效率。

综上所述，SVPWM技术是一种先进的脉宽调制方法，通过精确控制逆变器的开关状态，实现电机输出电流波形的优化，从而提高电机的运行性能和效率。

PWM波如何产生并控制

PWM控制技术基于采样控制理论中的结论，即窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。通过控制半导体开关器件的导通与关断，使输出得到一系列幅值相等而宽度不同的脉冲，以此替代正弦波或其他波形。这种控制方法可以改变逆变电路输出电压的大小和频率。

随着电力电子器件的发展，尤其是全控型器件的出现，PWM控制技术在上世纪80年代得到广泛应用。如今，已出现了多种PWM控制方法，包括等脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法等。SPWM法是一种成熟的控制方法，其原理基于采样控制理论中的结论，通过脉冲宽度按正弦规律变化的PWM波形来控制逆变电路中的开关器件。

等面积法是SPWM法的直接实现方式，通过计算各脉冲的宽度和间隔来生成PWM信号。此方法虽能准确计算开关器件的通断时刻，但计算繁琐且难以实时控制。硬件调制法则通过模拟电路来实现，虽然简单但难以精确控制。

软件生成法利用微机技术，实现调制过程。自然采样法和规则采样法是两种基本算法，规则采样法计算简单，便于实时运算，但直流电压利用率较低。低次谐波消去法则旨在消除特定低次谐波，但剩余谐波幅值较大，计算复杂。

梯形波与三角波比较法是一种提高直流电压利用率的方法，通过采用梯形波作为调制信号，实现PWM控制。这种方法能有效提高直流电压利用率，但输出波形中含低次谐波。

线电压控制PWM适用于三相逆变电路，旨在使线电压趋于正弦。马鞍形波与三角波比较法通过注入三次谐波，提高直流电压利用率。单元脉宽调制法则通过特定的脉冲模式，实现线电压的脉冲波形，这种方法不仅能抑制低次谐波，还能减小开关损耗。

电流控制PWM通过比较指令电流与实际电流，决定开关器件的通断状态。滞环比较法电路简单，动态性能好，但开关频率不固定。三角波比较法则通过固定频率，提高电流响应速度。预测电流控制法则根据预测误差，决定下一个调节周期的电压矢量。

空间电压矢量控制PWM通过逆变器的不同开关模式，逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹，实现PWM波形的生成。此法从电动机角度出发，控制逆变器和电机的整体性能。矢量控制PWM通过坐标变换，分别控制速度和磁场，但难以准确观测转子磁链。直接转矩控制PWM直接控制转矩，克服了矢量控制的不足，但逆变器开关频率有限制。

非线性控制PWM中的单周控制法通过控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等。单周控制能自动消除稳态和瞬态误差，适用于各种软开关逆变器，反应快且鲁棒性强。

谐振软开关PWM通过在常规PWM变换器中附加谐振网络，使电力电子器件在开关点上实现软开关过程。这种方法保持了PWM技术的特点，实现了软开关技术，但谐振网络的存在会导致谐振损耗。

svpwm控制原理

1. 空间矢量脉宽调制（SVPWM）的控制原理主要思想是将三相交流电机等效为直流电机，并通过跟踪圆形磁场来实现控制。

2. 永久磁铁同步电机（PMSM）可以被想象成两块同心的磁铁，这两块磁铁是相互吸引的。因此，当外部磁铁绕组围绕圆心转动时，内部的磁铁也会跟随转动。这就是PMSM的基本工作原理。

3. PMSM的高转子是由永磁铁构成的，而定子则是由绕组构成。通过电路控制定子绕组产生旋转磁场，内部的转子磁铁随之转动。为了保证良好的运动性能，这个旋转磁场的强度应当保持恒定。

4. 了解电机的本质后，我们需要一种算法来控制定子绕组的输出，以产生一个恒定的旋转磁场。SVPWM是一种新颖的控制方法，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，旨在使输出电流波形尽可能接近理想的正弦波形。

5. 空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它从三相输出电压的整体效果出发，专注于如何使电机获得理想的圆形磁链轨迹。

6. 与传统的SPWM技术相比，SVPWM技术降低了绕组电流波形的谐波成分，从而减少了电机转矩脉动，使旋转磁场更接近圆形。此外，它还提高了直流母线电压的利用率，并且更容易实现数字化。

PWM技术的几种PWM控制方法

采样控制理论中有一个重要结论：当冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是基于这个结论，通过控制半导体开关器件的导通和关断，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需的波形。通过按一定规则对各脉冲的宽度进行调制，既可以改变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。

PWM控制的基本原理很早就已经提出，但由于电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展，以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，主要有以下方法。

1. 随机PWM方法：在上世纪70年代至80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声，尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。

2. SPWM（Sinusoidal PWM）法：这是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。其原理是利用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变局旦培调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

3. 等面积法：该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。

4. 硬件调制法：硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。

5. 软件生成法：由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法，即自然采样法和规则采样法。

6. 低次谐波消去法：是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开，表示为u(ωt)=ansinnωt，首先确定基波分量a1的值，再令两个不同的an=0，就可以建立三个方程，联立求解得a1、a2及a3，这样就可以消去两个频率的谐波。

7. 梯形波与三角波比较法：该方法是采用梯形波作为调制信号，三角波为载波，且使两波幅值相等，以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。

8. 线电压控制PWM：对于三相无中线对称负载，逆变器输出不必追求相电压接近正弦，而可着眼于使线电压趋于正弦。因此，提出了线电压控制PWM，主要有马鞍形波与三角波比较法和单元脉宽调制法。

9. 电流控制PWM：基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实际的电流波形作为反馈信号，通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断，使实际输出随指令信号的改变而改变。其实现方案主要有滞环比较法、三角波比较法和预测电流控制法。

10. 空间电压矢量控制PWM（SVPWM）：也叫磁通正弦PWM。它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形。

11. 矢量控制：也称磁场定向控制，其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib及Ic，通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿对直流电动机的控制方法，实现对交流电动机的控制。

12. 直接转矩控制：与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制，它也不需要解耦电机模型，而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值，然后，经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，能方便地实现无速度传感器化，有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度。

13. 单周控制法：又称积分复位控制（Integration Reset Control，简称IRC），是一种新型非线性控制技术，其基本思想是控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例。

14. 谐振软开关PWM：在常规PWM变换器拓扑的基础上，附加一个谐振网络，谐振网络一般由谐振电感、谐振电容和功率开关组成。开关转换时，谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程，谐振过程极短，基本不影响PWM技术的实现。

三相变频器的工作原理是什么?

1. SPWM（正弦脉宽调制）的基本特征是使用与期望输出电压波频率相同的正弦波作为调制波，并以频率更高的等腰三角波作为载波。通过这两个波形的交点来确定逆变器开关器件的通断时刻，从而生成脉冲宽度按正弦规律变化的脉冲序列。

2. CFPWM（电流反馈脉宽调制）的基本特征是在主回路的基础上增加电流闭环控制，使得实际电流能够快速跟随给定值。

3. SVPWM（空间矢量脉宽调制）的基本特征是将逆变器和交流电动机视为一个整体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作。通过交替使用不同的电压空间矢量来控制磁链轨迹。

这些调制技术的优缺点如下：

1. SPWM的优点是调制波为正弦波，易于实现。但其缺点是输出电压中含有谐波分量，可能导致电动机转矩脉动。

2. CFPWM的优点是精度高、响应快，易于实现电流闭环控制。但其缺点是功率开关器件的开关频率不定。

3. SVPWM的优点是能够生成接近圆形的旋转磁链，谐波分量较大，但可以通过合成相邻的有效工作矢量来生成任意的期望输出电压矢量。其缺点是计算相对复杂，且对开关频率的要求较高。

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%。

SPWM与SVPWM区别

SPWM与SVPWM是电机控制领域中的两种重要调制技术，虽然只一字之差，但它们所代表的原理和应用却大相径庭。

SPWM（正弦脉宽调制）原理基于生成等幅不等宽的矩形脉冲波形，使波形与正弦波自然相交生成。其生成方法包括对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种，其中第三种方法应用最为广泛。SPWM能生成三相正弦电压，但直流侧电压利用率较低，最高为直流侧电压的倍。

SVPWM（电压空间矢量PWM）则从整体考虑逆变系统与电动机，通过八个基本电压矢量合成期望电压矢量，建立逆变器功率器件的开关状态，并依据电机磁链与电压关系实现恒磁通变压变频调速。相比SPWM，SVPWM在电压利用率方面有显著提升，高出约15%，但两者在本质上仍有关联，SVPWM可视为在SPWM基础上加入零序分量后进行规则采样得到的结果。

SPWM与SVPWM的区别主要体现在电压利用率、计算复杂度和硬件实现上。SPWM易于硬件电路实现，而SVPWM更适合数字化控制系统。SPWM关注于输出电压接近正弦波，而SVPWM则更注重电流控制和磁场轨迹的跟踪。

此外，SVPWM通过电压空间矢量合成驱动波形，减少了硬件损耗，计算过程相对简单，且在每个小区间内实现多次开关切换，提高了输出线电压基波最大值，与SPWM相比提升了约15%的直流利用率。

总之，SPWM与SVPWM在原理和应用上存在显著差异，但两者均在电机控制领域发挥重要作用。SPWM注重生成接近正弦波的电压，而SVPWM则通过电压空间矢量合成，实现更高效和精确的电机控制。

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。

两个矢量的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。

设直流母线侧电压为Udc，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°。

可见 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。

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