[科普中国]-空间向量调变

空间向量调变简称SVM或是SVPWM，是一种控制脉冲宽度调变（PWM）的算法，用来产生交流波形，多半是有直流电压输入，利用多组D级放大器输出电压，驱动三相交流马达1。

简介空间向量调变的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。

空间向量调变是一种控制脉冲宽度调变（PWM）的算法2，用来产生交流波形，多半是有直流电压输入，利用多组D级放大器输出电压，驱动三相交流马达。空间向量调变有许多的变体，其输出品质及计算需求也随之不同。目前一个热门的领域是利用算法来减少快速切换时产生的总谐波失真。

传统的空间向量调变方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而空间向量调变方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。

原理右图是一个三相逆变器，用许多开关将直流电源转换为可以驱动三相马达的三相交流电1。

开关在控制时，同一臂的上臂及下臂开关不能同时投入，同时投入时直流电源会短路。因此上下臂的动作信号需要互相反相（除反相外还需要有延遟，以下先省略不计），也就是A +on时，A-需为off，反之亦然。因此逆变器会有八种不同的组合，分别是六个有效的向量及二个零向量。

若只考虑有效向量V1-6，输出电压为脉波的弦波，每只脚的相位差为120度。

若要实现空间向量调变，先要有一个参考信号Vref依fs的频率取様（Ts= 1/fs）。参考信号可以用三个独立的相讯号用转换。参考信号会用二个有效向量及一个零向量合成。存在多种不同的策略来选择有效向量及零向量。不同的选择会影响谐波成分及切换损失。

三相逆变器用空间向量调变可以产生八种不同的切换向量。Vref位在第一区，Vref_MAX是在不用非线性调变下的最大振幅。

SVPWM与PWM、SPWM的比较PWM：脉冲宽度调制(PWM)，晶体管(常用MOS、IGBT等全控型器件)工作在开关状态，晶体管被触发导通时，电源电压加到电动机上；晶体管关断时，直流电源与电动机断开；这样通过改变晶体管的导通时间（即调占空比ton）就可以调节电机电压，从而进行调速。

对比SVPWM的产生原理可知，SVPWM本身的产生原理与PWM没有任何关系，只是形似。

SPWM：正弦波脉宽调制，将正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来替代。三角波载波信号Ut与一组三相对称的正弦参考电压信号Ura、Urb、Urc比较后，产生的SPWM脉冲序列波Uda 、Udb、Udc作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。逆变器输出电压的基波正是调制时所要求的正弦波，调节正弦波参考信号的幅值和频率就可以调节SPWM逆变器输出电压的幅值和频率。

SVPWM与SPWM的原理和来源有很大不同，但是他们确是殊途同归的。SPWM由三角波与正弦波调制而成，而SVPWM却可以看作由三角波与有一定三次谐波含量的正弦基波调制而成，这点可以从数学上证明。

特点空间向量调变的主要特点有：

1.在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以开关损耗小。

2.利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简单。

3.逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM逆变器输出电压高15%

本词条内容贡献者为:

任毅如 - 副教授 - 湖南大学