1 SVPWM技術原理1.1 SVPWM調制技術原理空間矢量脈寬調制SVPWM(SpaceVectorPulseWidthModulation)，實際上是對應于交流感應電機或永磁同步電機中的三相電壓源逆變器功率器件的一種特殊的開關觸發順序和脈寬大小的組合，這種開關觸發順序和組合將在定子線圈中產生三相互差120°電角度、失真較小的正弦波電流波形。實踐和理論證明，與直接的正弦脈寬調制(SPWM)技術相比，SVPWM的優點主要有：(1)SVPWM優化諧波程度比較高，消除諧波效果要比SPWM好，實現容易，并且可以提高電壓利用率。(2)SVPWM比較適合于數字化控制系統。目前以微控器為核心的數字化控制系統是發展趨勢，所以逆變器中采用SVPWM應是優先的選擇。對稱電壓三相正弦相電壓的瞬時值可以表示為：(2-23)其中Um為相電壓的幅值，ω=2πf為相電壓的角頻率。圖2.11為三相電壓的向量圖，在該平面上形成一個復平面，復平面的實軸與A相電壓向量重合，虛軸超前實軸，分別標識為Re、Im。在這個復平面上，定義三相相電壓ua、ub、uc合成的電壓空間矢量為：(2-24)圖2.11電壓空間矢量三相電壓型逆變器電路原理圖如圖2.12所示。定義開關量a，b，c和a'，b'，c'表示6個功率開關管的開關狀態。當a，b或c為1時，逆變橋的上橋臂開關管開通，其下橋臂開關管關斷(即a'，b'或c'為0)；反之，當a，b或c為0時，上橋臂開關管關斷而下橋臂開關管開通(即a'，b'或c'為1)。由于同一橋臂上下開關管不能同時導通，則上述的逆變器三路逆變橋的組態一共有8種。對于不同的開關狀態組合(abc)，可以得到8個基本電壓空間矢量。各矢量為：(2-25)則相電壓Van、Vbn、Vcn，線電壓Vab、Vbc、Vca以及的值如下表2-1所示（其中Udc為直流母線電壓）。圖2.12三相電壓型逆變器原理圖表2-1開關組態與電壓的關系abcVanVbnVcnVabVbcVca00000000001002Udc/3-Udc/3-Udc/3Udc0-Udc010-Udc/32Udc/3-Udc/3-UdcUdc0110Udc/3Udc/3-2Udc/30Udc-Udc001-Udc/3-Udc/32Udc/30-UdcUdc101Udc/3-2Udc/3Udc/3Udc-Udc0011-2Udc/3Udc/3Udc/3-Udc0Udc1110000000可以看出，在8種組合電壓空間矢量中，有2個零電壓空間矢量，6個非零電壓空間矢量。將8種組合的基本空間電壓矢量映射至圖2.11所示的復平面，即可以得到如圖2.13所示的電壓空間矢量圖。它們將復平面分成了6個區，稱之為扇區。表2-2N與扇區的對應關系Table2-2ThecorrespondingrelationshipbetweenNandsectorN315462扇區ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ(2)確定各扇區相鄰兩非零矢量和零矢量作用時間由圖2.14可以得出：(2-33)則上式可以得出：(2-34)同理，以此類推可以得出其它扇區各矢量的作用時間，可以令：(2-35)可以得到各個扇區T1、T2、T0作用的時間如下表2-3所示。表2-3各扇區T1、T2、T0作用時間Table2-3TheeffecttimeofT1、T2、T0everysectorN123456T1ZY-Z-XX-YT2Y-XXZ-Y-ZT0TPWM＝Ts-T1-T2如果當T1+T2>TPWM，必須進行過調制處理，則令:(2-36)(3)確定各扇區矢量切換點定義：(2-37)三相電壓開關時間切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3與各扇區的關系如下表2-4所示。表2-4各扇區時間切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3Table2-4TheswitchingtimeofTcmp1、Tcmp2、Tcmp3everysectorN123456Tcmp1TbTaTaTcTcTbTcmp2TaTcTbTbTaTcTcmp3TcTbTcTaTbTa為了限制開關頻率，減少開關損耗，必須合理選擇零矢量000和零矢量111，使變流器開關狀態每次只變化一次。假設零矢量000和零矢量111在一個開關周期中作用時間相同，生成的是對稱PWM波形，再把每個基本空間電壓矢量作用時間一分為二。例如圖1-4所示的扇區I，逆變器開關狀態編碼序列為000，100，110，111，110，100，000，將三角波周期TPWM作為定時周期，與切換點Tcmp1、Tcmp2、Tcmp3比較，從而調制出SVPWM波，其輸出波形如圖2.15所示。同理，可以得到其它扇區的波形圖。圖2.15扇區I內三相PWM調制方式1.3 SVPWM建模與仿真SVPWM仿真模塊圖如圖2.16所示，對其逆變電路進行了開環研究仿真,其中仿真參數設置如下：直流電壓Udc=550V，TPWM=0.0001s，給定三相參考相電壓有效值220V。圖2.17(a)，(b)，(c)，(d)分別給出了扇區Ｎ、電壓切換時間Tcmp1、A相電壓Van、波線電壓波Vab仿真波形圖。圖2.16SVPWM仿真模型圖圖三相到兩相靜止變換圖扇區N判斷圖中間變量XYZ圖t1和t2計算圖計算切換時間tcm1tcm2tcm3(a)扇區Ｎ(b)切換時間(c)A相電壓仿真波形(d)線電壓仿真波形圖2.17SVPWM仿真波形從圖(a)看出，扇區N值為3、1、5、4、6、2交替