关于SVPWM的几点总结

符号说明

  • U_{dc} —— 直流电压
  • U_s —— 合成的空间电压矢量
  • \omega —— 相电流角频率
  • U_a, U_b, U_c —— 电机三相相电压

基本原理

SVPWM的基本原理在于,通过八个基本电压空间矢量(包含两个零矢量),合成所需要的空间电压矢量U_s,合成的原则无非就是平均值等效,将所需要的电压矢量投影到八个电压矢量上,求出作用时间即可。因此一提到SVPWM,就经常能看到如下的图:

SVPWM的八个空间电压矢量(包含两个零矢量)

几点总结

从图里面可以看到有几个很重要的元素:

  • 坐标系:上图中所使用的坐标系是定子的静止坐标系,即\alpha-\beta坐标系,与电机的ABC三相坐标系差了个Clark变换。
  • 正六边形:正六边形是八个电压矢量所能调制的极限范围,这一点能很轻易的证明,任意两个非零电压矢量在一固定周期T内,所能合成的最大矢量轨迹是一条直线,六条直线构成正六边形。
  • 内切圆:正常在不过调制的情况下所能调制的空间电压矢量范围。为什么是内切圆呢?因为在所需电压矢量幅值固定的情况下,扫描整个圆周一圈的最大值只能是内切圆。超过内切圆的幅值将导致过调制,产生电压矢量畸变。
  • 外切圆:目前来看在不过调制的情况下,并没有什么作用。至于过调制手段那又是一个新的研究领域了。
  • 基本空间电压矢量幅值(外切圆半径):零矢量幅值为零,剩余的六个矢量幅值视采取的变换原则来定(横幅值,恒功率)。采用恒幅值变换时,幅值为\frac{2U_{dc}}{3};采用恒功率变换时,幅值为\sqrt{\frac{2}{3}}U_{dc}
  • 内切圆半径:内切圆半径就是SVPWM能调制的最大空间电压矢量的幅值。同样的,根据恒功率和恒幅值有不同的结果。由简单的几何关系可知,内切圆半径为基本空间电压矢量幅值(外切圆半径)的\frac{\sqrt{3}}{2}倍。因此恒幅值为\frac{U_{dc}}{\sqrt{3}};恒功率为\frac{U_{dc}}{\sqrt{2}}。BTW,在TI开源的PMSM例程中,关于电压电流均使用的标幺值。而电压标幺值选取的基值就是基于恒幅值的\frac{U_{dc}}{\sqrt{3}}

题外话

  1. 值得一提的是,SVPWM的目标是生成旋转的空间电压矢量,而通过三相正弦电压的合成式:
    \begin{cases} U_a = U_{dc} cos( \omega t ) \\ U_b = U_{dc} cos( \omega t + 120 ) \\ U_c = U_{dc} cos( \omega t - 120 ) \\ \end{cases}
    \implies U_{out}=\frac{3}{2}U_{dc}cos( \omega t )
    可以看到,只要使三相电压都成正弦变化,同样也可得到一旋转电压矢量(这里称电压矢量并不是特别合适,因为此时的矢量并不是在\alpha-\beta坐标系,而是在三相ABC坐标系,没有考虑Clark变换)。因此对于两电平三相电压型逆变器而言,只要保证上桥臂的开通时间呈正弦变化,且相位上三相互差120°,就形成了一旋转电压矢量。此即为最基础的SPWM。
    两电平三相电压型逆变器(带一电机负载)

参考资料

  1. 交流电机Clark变换中的功率不变约束与幅值不变约束
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