svpwm與spwm的區(qū)別和聯(lián)系

　　摘要：svpwm與spwm已經(jīng)廣泛運(yùn)用到了電機(jī)設(shè)備，那么該如何選擇？它們兩者之間有什么區(qū)別聯(lián)系？請(qǐng)看下文。

　　一、SVPWM介紹

　　SVPWM是空間矢量脈寬調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation）的簡(jiǎn)稱。SVPWM的主要思想是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤其準(zhǔn)確磁鏈圓。傳統(tǒng)的SPWM方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來(lái)考慮，模型比較簡(jiǎn)單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。

　　SVPWM原理：

　　普通的三相全橋是由六個(gè)開關(guān)器件構(gòu)成的三個(gè)半橋。這六個(gè)開關(guān)器件組合起來(lái)（同一個(gè)橋臂的上下半橋的信號(hào)相反）共有8種安全的開關(guān)狀態(tài)。 其中000、111（這里是表示三個(gè)上橋臂的開關(guān)狀態(tài)）這兩種開關(guān)狀態(tài)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中都不會(huì)產(chǎn)生有效的電流。因此稱其為零矢量。另外6種開關(guān)狀態(tài)分別是六個(gè)有效矢量。它們將360度的電壓空間分為60度一個(gè)扇區(qū)，共六個(gè)扇區(qū)，利用這六個(gè)基本有效矢量和兩個(gè)零量，可以合成360度內(nèi)的任何矢量。

　　當(dāng)要合成某一矢量時(shí)先將這一矢量分解到離它最近的兩個(gè)基本矢量，而后用這兩個(gè)基本矢量去表示，而每個(gè)基本矢量的作用大小就利用作用時(shí)間長(zhǎng)短去代表。用電壓矢量按照不同的時(shí)間比例去合成所需要的電壓矢量。從而保證生成電壓波形近似于正弦波。

　　在變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，矢量方向是連續(xù)變化的，因此我們需要不斷的計(jì)算矢量作用時(shí)間。為了計(jì)算機(jī)處理的方便，在合成時(shí)一般是定時(shí)器計(jì)算（如每0.1ms計(jì)算一次）。這樣我們只要算出在0.1ms內(nèi)兩個(gè)基本矢量作用的時(shí)間就可以了。由于計(jì)算出的兩個(gè)時(shí)間的總和可能并不是0.1ms（比這小），而那剩下的時(shí)間就按情況插入合適零矢量。 由于在這樣處理時(shí)，合成的驅(qū)動(dòng)波形和PWM很類似。因此我們還叫它PWM，又因這種PWM是基于電壓空間矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。

　　SVPWM特點(diǎn)：

　　1.在每個(gè)小區(qū)間雖有多次開關(guān)切換，但每次開關(guān)切換只涉及一個(gè)器件，所以開關(guān)損耗小。

　　2.利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)單。

　　3.逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比一般的SPWM逆變器輸出電壓高15%

　　二、SPWM介紹

　　PWM的全稱是Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通過(guò)改變輸出方波的占空比來(lái)改變等效的輸出電壓。廣泛地用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速和閥門控制，比如電動(dòng)車電機(jī)調(diào)速就是使用這種方式。

　　所謂SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級(jí)一些的UPS就是一個(gè)例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領(lǐng)域被廣泛的采用。

　　SPWM原理:

　　正弦PWM的信號(hào)波為正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，其脈沖寬度是由正弦波和三角波自然相交生成的。正弦波波形產(chǎn)生的方法有很多種，但較典型的主要有：對(duì)稱規(guī)則采樣法、不對(duì)稱規(guī)則采樣法和平均對(duì)稱規(guī)則采樣法三種。第一種方法由于生成的PWM脈寬偏小，所以變頻器的輸出電壓達(dá)不到直流側(cè)電壓的倍;第二種方法在一個(gè)載波周期里要采樣兩次正弦波，顯然輸出電壓高于前者，但對(duì)于微處理器來(lái)說(shuō)，增加了數(shù)據(jù)處理量當(dāng)載波頻率較高時(shí)，對(duì)微機(jī)的要求較高;第三種方法應(yīng)用最為廣泛的，它兼顧了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。 SPWM雖然可以得到三相正弦電壓，但直流側(cè)的電壓利用率較低， 最大是直流側(cè)電壓的倍，這是此方法的最大的缺點(diǎn)。

　　三、svpwm與spwm的區(qū)別和聯(lián)系

　　變頻器由開關(guān)器件構(gòu)成，依據(jù)目前技術(shù)，不能直接產(chǎn)生正弦波，而是只能產(chǎn)生一種效果與正弦波基本相當(dāng)?shù)腜WM波。所謂效果基本相當(dāng)，是因?yàn)檫@種PWM波從頻譜上看，由與標(biāo)準(zhǔn)正弦波頻率相同的正弦波及頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)正弦波頻率的各種高次諧波構(gòu)成，而對(duì)于變頻器的負(fù)載電機(jī)而言，高次諧波對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩基本無(wú)影響，也就是說(shuō)，對(duì)電機(jī)而言，這種PWM波的效果與正弦波相當(dāng)。

　　SPWM全稱Sinusoidal Pulse Width Modulation，意為正弦脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱正弦脈寬調(diào)制，SPWM著眼于產(chǎn)生三相對(duì)稱的正弦電壓源。理想的SPWM變頻器，不論相電壓還是線電壓，均不包含低次諧波。其最低次的諧波發(fā)生在一倍開關(guān)頻率附近。

　　SVPWM出現(xiàn)在SPWM之后，是針對(duì)電機(jī)負(fù)載對(duì)SPWM的做出改良后的技術(shù)。SVPWM全稱Space Vector Pulse Width Modulation，意為空間矢量脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱空間矢量脈寬調(diào)制。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器均基于SVPWM技術(shù)。

　　SVPWM的空間矢量是指通過(guò)電壓矢量產(chǎn)生的磁場(chǎng)矢量，磁場(chǎng)矢量是空間旋轉(zhuǎn)的矢量，SVPWM將電壓矢量通過(guò)脈寬調(diào)制，旨在產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)矢量。SVPWM從三相輸出電壓的整體效果出發(fā)，著眼于如何使電機(jī)獲得理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。其相電壓往往不是正弦波，但其線電壓是正弦波，而其繞組電流的諧波成分較PWM小，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)更逼近圓形，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)降低。

　　基于SVPWM思想，可以衍生出無(wú)數(shù)種調(diào)制技術(shù)，對(duì)于理想三相電機(jī)，SVPWM的無(wú)數(shù)種調(diào)制方式中，有一種的效果與SPWM效果完全相同。然而，實(shí)際的SVPWM，在不影響控制效果的前提下，直流母線電壓利用率有顯著提升。受SVPWM的啟示，某些SPWM變頻器通過(guò)相電壓注入三次諧波，也能達(dá)到類似的效果，當(dāng)然，嚴(yán)格講，這已經(jīng)不是嚴(yán)格意義上的SPWM了。

　　此外，SVPWM開關(guān)動(dòng)作次數(shù)減少，降低了開關(guān)損耗，有利于提升變頻器效率。

　　SPWM和SVPWM的諧波均集中在開關(guān)頻率整數(shù)倍附近。SPWM電壓低次諧波含量少；SVPWM電流低次諧波含量少。