空间电压矢量脉宽调制技术（SVPWM）

导读：本期文章将介绍空间电压矢量脉宽调制技术SVPWM。SVPWM调制是电机控制的基础之一。文章将从的作用、原理和实现三个角度，对SVPWM进行特彻的分析。

SVPWM的全称为空间电压矢量脉宽调制技术（SVPWM, Space Vector Pulse Width Modulation）。首先，SVPWM只是调制发波的一种手段，并不是一种控制算法。在FOC控制算法中，SVPWM的作用就是把参考电压矢量调制成与之对应的开关状态，即6路开关脉冲。6路开关脉冲给到逆变器，将直流母线电压逆变成三相电压（三相电压经过坐标变换与参考电压完全一致）连接电机的三相定子绕组。

图1 SVPWM的作用

所以说SVPWM是一种逆变的手段。SVPWM输入是alpha和beta轴电压，输出是三相PWM占空比。通俗的说，SVPWM可以当作一个理想的电压源，控制逆变器实现对参考电压的输出。也可以把SVPWM当成是一个黑盒子，把电流环的输出作为输入指令，输出PWM比较值。

SVPWM是从电动机的角度出发，其目的是使交流电动机获得理想圆形磁场。它以三相对称正弦波电压供电时的交流电动机的理想圆形磁通轨迹为基准，用逆变器不同的开关模式产生的实际磁通去逼近基准磁通圆（不同的开关状态使逆变器输出三相电压，接入电机的三相定子绕组从而在电机内部产生旋转的磁场），从而达到较高的控制性能。所以，SVPWM也可以叫磁链圆跟踪控制（它是在假想的静止坐标系下控制不同电压矢量得到的）。

SVPWM的实质就是用逆变器可输出的电压与作用时间的线性组合去逼近所期望的电压空间矢量，具体的做法就是对逆变器中功率器件的开通和关断状态进行正确控制。

一、SVPWM的作用

为了达到控制电机的目的，电机驱动系统要有能力给电机提供频率和幅值可以变化的电压。工业电源输出电压的频率和幅值是固定的。我们首先可以将工业电源输出的电压变为直流电压源，也就是图（3-1）中大家可以看到的Vdc，这一步叫做整流。这一直流电压源经过图（1-1）中的三相逆变器就可以变换为频率和幅值可以变化的电压，这一步叫做逆变。图（1-1）中的逆变器连接电机的三个定子相绕组。此逆变器有a、b、c 3个桥臂，所以被称为三相逆变器。每个桥臂上有两个开关。比如在a相上有VT1和VT2 两个开关，控制a相的上桥臂和下桥臂的导通和切断。图（1-1）中的N点代表电机三相绕组的中性点。

图1-1三相电压型逆变电路

SVPWM技术实际上计算的是图（1-1）所示逆变器的六个开关何时导通，何时关断。图（1-1）中的逆变器是虚拟的模型，但在真实工况中，该逆变器是真实的元器件。通过控制这六个开关的导通和切断，配合左边的直流电压源，该逆变器可以在右侧三个电机定子相上产生所需要的电压正弦量。注意，后面会看到该正弦电压是PWM （脉宽调制，Pulse Width Modulation）形式的。这六个开关的开关状态是离散的，所以该调制很适合离散的数字系统。