SVPWM控制简介

上节说明了电压空间矢量的概念，但用SVPWM控制方法解决问题，用六脉波逆变器是不能完全说清楚的。下面以圆磁场轨迹控制，说明利用逆变器开关模式得到的PWM控制效果。

图2-64 电压矢量与相电压和线电压波形的对应关系

要想使电机的磁场轨迹，由六边形向圆转化，必须实现脉宽调制。用六个非零电压空间矢量和两个零矢量的不断切换才能实现脉宽调制。图2-64给出了一种圆磁场控制的方案。由图中的电压空间矢量图可见，6脉波方式下u₁矢量的作用改由在u₆、u₁、u₂有规律切换的作用来代替，这样就使得六边形磁场轨迹变成了如图2-64所示的18边形。这就使Ψ_s的轨迹向圆形靠近了一大步。实际上是把原来的六拍控制变成了18拍。前者称为6脉波，后者称为18脉波。

18脉波控制的电机端电压波形如图2-64b所示。SVPWM控制，实现了电压空间矢量的进进退退，就使电压波形变成了PWM调制波形。比起六脉波情况电压的谐波会大幅度减小。电机的转矩脉动和谐波损耗都得到了抑制。

观察线电压波形的半个周期，PWM的开关槽口只在波形靠近0或π的两边出现，中间部分没有PWM开关槽口。显然这与三次谐波注入法的效果是类似的。可以证明，SVPWM的电压利用率，也可以达到1。基波线电压的幅值最大可以达到E_d（直流侧电压）。

可以证明SVPWM的“折角控制”，当脉波数超过40时，较低次的谐波消减的程度是十分理想的。例如，图2-65所示的42脉波，恰当的选择槽口α₁、α₂、α₃，电压的5、7、11、13次谐波幅值都减小到基波幅值的2%以下[16]。这与图2-24研究的谐波消去法有异曲同工之妙。“折角控制”的名称是根据图2-64a的矢量图形象得到的，仿佛六边形的六个角向内折叠了。

图2-65 42脉冲开关模式的矢量图与电压波形

图2-66、图2-67分别给出了6脉波和42脉波控制时，线电压的实际波形和磁场轨迹。大家可以相互比较。

下面研究一下SVPWM和SPWM有什么联系。实际上两者是相通的。SPWM的开关信号是正弦参考电压波和三角载波互相比较产生的。而SVPWM的开关信号是由选择不同的电压空间矢量及其作用时间来决定的。选择的方法是多种多样的，得到电机的运行性能也是不同的。

回顾本章中图2-22，取其中如图2-68所示的T_o时区。三角波和正弦波互相比较，u_ra、urb、urc如图中所示，在T_o时间内，把u_ra、u_rb、u_rc看作常值，如图中虚线。用这三个常值与三角波比较，得到开关信号，这就是常规的规则采样法。通过比较就可以确定T₀内的各区段的导通模式。把SPWM所确定的导通模式标以电压空间矢量如图所示。依时间顺序这些量是电压空间矢量01277210的顺序。也相当于一种SVPWM的方案。的确SVPWM理论上把这种安排称为“七段式SVPWM”^[15]。SVPWM的线性组合法磁场轨迹控制，就是针对七段式SVPWM展开研究的。基于我们这本书的宗旨，不准备深入研究。

图2-66 6脉冲模式时实际的相电压(https://www.xing528.com)

图2-67 42脉冲模式的相电压，电流波形及定子磁链矢量轨迹

SPWM的目标是使逆变器的输出电压正弦，并通过参考正弦波的频率和幅值的协调变化，实现E/f恒定的恒磁通变频调速，达到消除谐波减小转矩脉动的效果。如果SVPWM以圆旋转磁场轨迹为目标，同样会保持磁通恒定，实现E/f恒定。自然与SPWM会有同样的效果。但后者概念清楚，设计者的主动性更强。

图2-68的情况，实际上是在非零电压空间矢量u₁和u₂所夹的扇区内取了一个小的T₀时间范围作为控制周期的。在T₀范围内反复地切换u₁和u₂并适量地插入零矢量。从控制效果看，使得磁场实现了进进退退，走走停停。效果是磁场是碎步前进，而不是六脉波那样大步跳跃。反过来说，实现磁场的进退走停，就是PWM控制。

改变空间电压矢量的幅值，或改变插入零矢量的时间比例，可以改变Ψ_s的转速。由于外加直流电压U_d是恒定的，插入零矢量是改变转速的主要手段[16]。

综上分析，可以得到SVPWM的如下概念。

图2-68 正弦PWM用电压空间矢量表达示意图

（1）电机的磁场和转矩均可以通过控制逆变器的开关模式来控制。磁场轨迹PWM，直接转矩控制和高压三电平变频器都可以用SVPWM方式作为控制手段。

（2）SVPWM与SPWM及优化PWM方法都有一定的内在联系。

（3）SVPWM调节输出电压及频率，可以通过插入零矢量的方法实现。

（4）SVPWM可以提高直流电压利用率，可以证明电压利用率可以达到1。即输出线电压的幅值可以等于直流电压E_d。