空间矢量调制（SVM）工作原理详解

空间矢量调制是一种改进的SPWM控制方法。空间矢量调制技术与其他PWM技术相比，具有其特有的优越性能，比SPWM高15%的直流电源利用率、适合于数字化实现。目前它已成为数字化PWM技术的趋势。

逆变器主电路如图2-21所示。它采用三相半桥式电路拓扑。为了分析方便，以S_a=1表示逆变器桥a相上桥臂开关管导通，下桥臂开关管截止；S_a=0表示a相上桥臂开关管截止，下桥臂开关管导通。同样用S_b、S_c来表示b、c相桥臂上开关管的工作情况。这样，三相桥臂共有8种导通状态。与这些状态相对应的电压V_n（S_aS_bS_c）（n=0，…，7）称为电压空间矢量。其中，六种开关模式产生输出电压，可以用空间矢量表示，另两种开关模式，即S_aS_bS_c为000和111时不输出电压，称为零矢量。空间电压矢量图如图2-23所示，8个矢量将整个空间分成了六个区域。

图2-23 基本空间电压矢量及六个扇区中SVM模式

SVM控制技术的目标就是通过控制这些基本空间矢量的组合，使得瞬态输出空间电压矢量V_ref按一定的圆形轨迹旋转。实现矢量幅值和角速度的控制，产生一个逼近理想的圆形。若把三相变量以两相d-q坐标系来表示，则有如下变换关系：

这样可得(www.xing528.com)

各个电压矢量的作用时间为

式中，T_s为采样周期；V_a和V_b为V_ref所在区域两个相邻非零基本电压空间矢量，定义为主、辅空间矢量，从图2-23b中可以看出，V_ref在不同区域的主、辅空间矢量的不同选择情况，T_a和T_b为各对应空间矢量的工作时间，T₀为零矢量工作时间。

在SVM中，对于零矢量不同的分配，即考虑到V₀和V₇的选择以及作用时间的不同，可以得到不同的调制方法，这些调制方法的本质就是相当于改变了各相电压的调制函数。我们知道，零矢量的作用不会改变圆形轨迹的形状，只是使矢量停止不前，改变的是矢量的转速。简单地说，零矢量分布得越均匀，或者说同一矢量模式下零矢量插入次数越多，每次停顿时间占总时间比例越小，电流脉动越小。而采用高的调制比和细化的零矢量分割，意味着较高的逆变器开关次数。因此在尽可能采用较高调制比的同时，如何合理安排零矢量，减小开关次数，降低逆变器的开关损耗，是优化控制策略的关键。