SVPWM技术的工作原理简介

2.1 基本电压空间矢量

图1示出电动游览车的逆变器主电路。规定当上桥臂的一个开关管导通时，开关状态为1。此时，相应的下桥臂开关管关断；反之亦然，开关状态为0。3个桥臂只有1或0的状态，因此由3个桥臂的开关状态a，b，c可形成000～111的8种开关模式。其中，000和111的开关模式为零状态，其他6种开关模式可提供有效的输出电压。空间矢量的基本思想就是用这8种开关模式的组合来近似电机的定子电压。

图1 逆变器主电路

由上述假定可推导出三相逆变器输出的线电压矢量[U_AB，U_BC，U_CA]^T与开关状态矢量[a，b，c]^T的关系为：

式中 U_dc——直流输入电压。

三相逆变器输出的相电压矢量[U_AB，U_BC，U_CA]^T与开关状态矢量[a，b，c]^T的关系为

将开关状态矢量a，b，c的8种开关组合代入式（2），可求出U_A，U_B，U_C在8种状态下各自对应的电压，然后把在每种开关模式下的相电压值代入u=u_A+u_B+u_C就可依次求出8种开关模式下的相电压矢量和相位角。图2示出这8个基本电压矢量的位置。

图2 基本电压矢量的位置

上述相电压值都指三相A，B，C平面坐标系中的值，为了计算方便，在DSP程序计算中需将其转换到0，α，β平面坐标系中。如果选择在两个坐标系中，电机的总功率将保持不变，作为两个坐标系的转换原则，则采用下述转换方式：

根据式（3）可将前面算出的各开关模式下对应的相电压转换至0，α，β坐标系中的分量。各基本矢量转换至0，α，β坐标系后的对应分量如图2所示。

2.2 磁链轨迹的控制

有了含6个有效矢量和2个零矢量的这8个基本电压空间矢量后，就可根据这些基本矢量合成尽可能多的电压矢量。以形成一个近似圆形的磁场。图3示出一种电压空间矢量的线性时间组合方法。输出的参考相电压矢量U_out的幅值代表相电压的幅值。其旋转角速度就是输出正弦电压的角频率。U_out可由相邻的两个基本电压矢量U_x和U_x±60的线性时间组合来合成，如：

在每一个T_PWM期间都改变相邻基本矢量的作用时间，并保证所合成的电压空间矢量的幅值都相等，因此当T_PWM取足够小时，电压矢量的轨迹是一个近似圆形的正多边形T_PWM。(www.xing528.com)

在合成电压空间矢量时，由于对非零矢量U_x和U_x±60的选择不同，以及零矢量的分割方法也不同，因而会产生多种电压空间矢量的PWM波。目前，应用较为广泛的是七段式电压空间矢量PWM波形，其U_x和U_x±60的选择顺序如图2所示。

2.3 T₁，T₂和T₀的计算

根据式（4），电压空间矢量U_out可由U_x和U_x±60的线性时间组合来得到，则由图3，且根据三角正弦定理有：

由式（5）和式（6）可解得：

图3 电压空间矢量的线性组合

式（7）和式（8）中，T_PWM可事先选定；U_out可由U/f曲线确定；θ可由电压角频率ω和nT_PWM的乘积确定。因此，当U_x和U_x±60确定后，就可根据式（7）和式（8）确定T₁和T₂。最后再根据确定的扇区，选出U_x和U_x±60即可。

为了使每次状态转换时，开关管的开关次数最少，需要在T_PWM期间插入零矢量的作用时间，使T_PWM=T₁+T₂+T₀。插入零矢量不是集中的加入，而是将零矢量平均分成几份，多点的插入到磁链轨迹中，这不但可使磁链的运动速度平滑，而且还可减少电机的转矩脉动。

2.4 扇区号的确定

将图2划分成6个区域，成为扇区。每个区域的扇区号已在图中标出。确定扇区号是非常重要的，因为只有知道U_out位于哪个扇区，才知道选用哪一对相邻的基本电压空间矢量合成U_out。下面介绍一种确定扇区号的方法，即当U_out以0，α，β坐标系的分量形式U_outα，U_outβ给出时，先计算U_ref1=U_β，U_ref2=，，再用N=4sign（U_ref3）+2sign（U_ref2）V+sign（U_ref1）计算N值。式中sign（x）为符号函数，当x＞0时，则sign（x）=1时，当x＜0时，则sign（x）=0。然后，根据N的值，查表1即可确定扇区了。

表1 确定扇区表

在每一个PWM周期中，各扇区中U_x和U_x±60的切换换顺序如图2所示。图4示出七段式电压空间矢量PWM波的零矢量和非零矢量在0扇区的施加顺序及作用时间。

图4 0扇区电压空间矢量PWM波形