电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）在三相系统中的应用

"PWM,控制.pdf" PWM，即脉宽调制（Pulse Width Modulation），是一种广泛应用的信号调制技术，特别是在电力电子领域。它通过改变脉冲宽度来调节输出信号的平均值，以此达到控制电力设备如三相交流电动机的速度、亮度或温度等目的。在三相交流电动机变频调速控制系统中，PWM技术尤为关键，因为它能够有效地改变电机的转速和扭矩，同时在三相PWM整流器和有源电力滤波器等设备中也有重要应用。 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM，Space Vector Pulse Width Modulation）是PWM控制的一种高级形式，特别适用于三相全桥逆变器。在SVPWM中，逆变器的开关元件，如IGBT、MOSFET、GTO或IGCT等，通过精确的时序控制产生一系列脉冲宽度不同的电压空间矢量，这些矢量可以组合成所需的目标电压波形，以驱动三相交流电动机。SVPWM的优势在于它可以更精确地控制电机的磁链，提高效率并减小谐波影响。 在SVPWM方法中，逆变器的工作模式通常设定为180°导通，这意味着在一个周期内每个开关元件至少导通180°。三相对称交流量的空间矢量定义了三相电压的数学模型，而电机磁链空间矢量与电压矢量的关系则揭示了如何通过电压控制来影响电机的磁通状态。SVPWM控制策略通过电压空间矢量的线性组合，实现对电机磁链的精细调节，从而达到理想的输出效果。这种控制策略通常包括六拍阶梯波逆变器操作，它与正六边形空间旋转磁场相结合，使得电机电流尽可能接近正弦波形，降低谐波含量。 在实际应用中，如图所示的三相PWM逆变器-交流电动机系统框图，SVPWM控制器接收三相控制电压输入信号，生成6路驱动脉冲，进而控制逆变器的开关元件，产生三相交流输出电压。在空载运行条件下，通过观察等效参考电压调制波和电机线电流，可以看到SVPWM对电机运行状态的精准控制。随着频率的变化，电机相电压和线电流的波形会相应调整，以保持良好的运行性能。 相比于传统的SPWM控制，SVPWM更注重电流波形的优化，不仅仅追求电压的正弦波形，而是通过更精细的控制，使输出电流接近正弦并减少电流畸变，这有助于提升电动机的效率和动态响应，同时减少对电网的干扰。电流滞环跟踪控制虽然也可以改善电流波形，但SVPWM提供了更全面的解决方案，确保在电动机空间形成理想的圆形磁通路径，从而提高电机的整体性能。