SPWM与SVPWM的比较

本文深入解析了SVPWM(空间矢量脉宽调制)与SPWM(正弦脉宽调制)在最大线电压峰值和调制比M与长度系数M*之间的关系,揭示了SVPWM技术在电压利用率上的优势,通过数学公式和实例详细阐述了两者在三相系统中的应用与区别。

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1 最大线电压峰值: (直流测电压为Vdc)

SPWM调制时最大的三相线电压为Vm=1.732Vdc/2

SVPWM调制时最大的三相线电压为Vm=Vdc

故SVPWM调制时的电压利用率比SPWM大15.5%



2 SVPWM调制比M与长度系数M*的关系

分为两种情况:

1)使用线电压作abc/αβ变换,并采用衡幅值变换。

M=2Vm/Vdc

Vm=2/3Vdc*(M*)

所以M=4/3M*

2) 使用相电压做abc/αβ变换,并采用衡幅值变换。

M=2Vm/1.732Vdc

Vm/1.732=M*(2/3Vdc)

同样M=4/3M*。


ps:调制比M为调制波与载波幅值的比值,故提及调制比应该为相电压幅值与直流测电压值的一半的比值。





### SPWMSVPWM工作原理及主要区别 #### 一、SPWM(正弦脉宽调制) SPWM是一种基于模拟正弦波的技术,通过调整载波信号和参考信号之间的关系来生成PWM波形。其核心思想是利用一系列宽度按正弦规律变化的矩形脉冲代替理想的正弦波电压[^1]。 具体实现方法如下: - 使用三角波作为载波信号。 - 将期望输出的正弦波作为调制信号。 - 当调制信号高于载波信号时,开关器件导通;反之则关闭。 这种技术能够有效逼近理想正弦波,适用于多种电力电子变换场合。 #### 二、SVPWM(空间矢量脉宽调制) SVPWM则是基于电压空间矢量的概念设计的一种更高效的PWM策略。它通过对逆变器开关状态的选择,在电机定子绕组上合成接近圆形的理想旋转磁场[^2]。 其实现过程涉及多个步骤: - 首先确定当前所需合成的空间矢量位于哪个区域(通常分为六个大扇区)。 - 计算该区域内两个相邻基本电压矢量的作用时间和零矢量的时间分配比例。 - 根据这些时间参数设置IGBT或其他功率元件的具体开通/关断时刻。 相比传统SPWMSVPWM具有以下优势特点: - **更高的直流母线电压利用率**:理论上可以提升约15.47%。 - 更优的谐波性能表现,从而减少转矩波动并提高效率[^3]。 - 输出电流波形失真度更低,有助于改善动态响应特性。 #### 三、两者的主要差异总结 | 对比维度 | SPWM | SVPWM | |----------------|-------------------------------|--------------------------------| | 基本概念 | 正弦波幅值决定占空比 | 利用电压空间矢量合成圆轨迹 | | 实现复杂度 | 较低 | 较高 | | 效率 | 中等水平 | 显著优于前者 | | 谐波含量 | 存在一定数量 | 得到较好抑制 | ```python def spwm_vs_svpwm(): """ A simple function to illustrate the difference between SPWM and SVPWM. This is a conceptual representation rather than an actual implementation. """ import numpy as np # Example of generating SPWM signal carrier_frequency = 10e3 # Carrier frequency (Hz) modulation_index = 0.8 # Modulation index for SPWM time_vector = np.linspace(0, 0.01, num=1000) reference_signal_spwm = modulation_index * np.sin(2 * np.pi * 50 * time_vector) # Reference sine wave at 50 Hz triangular_waveform = (modulation_index / 2) * np.mod(time_vector * carrier_frequency, 2) - (modulation_index / 2) # Triangular carrier pwm_output_spwm = np.where(reference_signal_spwm >= triangular_waveform, 1, 0) # For simplicity, we skip detailed calculations here but note that SVPWM involves vector decomposition etc. return {"SPWM": pwm_output_spwm} ```
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