SPWM 与 SVPWM 电压利用率简谈

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于 2025-11-17 23:08:55 首次发布

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一、电压利用率是什么

1.1 电压分析

根据上图所示的连接方式，可以分析端电压 $U_{AO}$

当控制 M1 的占空比为 100% 时，端电压 $U_{AO} = V_{dc}$
当控制 M1 的占空比为 50% 时，端电压 $U_{AO} = \frac{1}{2}V_{dc}$
当控制 M1 的占空比为 0% 时，端电压 $U_{AO} = 0V$

1.2 电压利用率是什么

电压利用率 = 逆变器能输出的最大相电压(峰值，非峰峰值) / 母线电压。

比如下图是我们使用 SVPWM 输出的相电压，其相电压利用率为 50%，我们可见每一项的峰值只有母线电压的一半。

而线电压利用率却是 86.6%，我们继续向下看：

二、相电压和线电压的关系

2.1 相电压和线电压是什么？

三相系统里有三相：A、B、C，每一相的电压如果对地 / 对中性点量，就是相电压。

如下图所示，A 与 B 的点的电压。

线电压是两相之间的电压差。

如下所示，也就是两项之间的电压差，A 点与 B 点。

2.1 相电压和线电压的关系 (向量推导)

虚线是我们将 $\dot{U}_{BN}$ 取负平移后得到的，最终得到 $\dot{U}_{AB}$ 向量，也就是我们是线电压。

通过构建等腰三角形，可见， $V_{line}=\sqrt{3}V_{ph}$

$V_{line}$ = 线电压
$V_{ph}$ = 相电压

2.2 三角函数公式推导

假设 a、b 两相电压为：

$U_{m}$ = 电压幅值

线电压就是两者之差：

可得：

$U_{m}$ = 电压幅值

忽略交流效应，可得：

$V_{line}=\sqrt{3}V_{ph}$

$V_{line}$ = 线电压
$V_{ph}$ = 相电压

2.3 结论

至此，我们可以确定相电压和线电压的关系：

$V_{line}=\sqrt{3}V_{ph}$

$V_{line}$ = 线电压
$V_{ph}$ = 相电压

三、SPWM 的电压利用率

2.1 SPWM 的相电压利用率

基于以上分析，三端电压与 $V_{dc}$ 的表达式为：

$\left\{ \begin{array}{l} U_{AO}=\frac{1}{2}V_{dc}\cos(\theta)+\frac{1}{2}V_{dc} \\ U_{BO}=\frac{1}{2}V_{dc}\cos(\theta-120^{\circ})+\frac{1}{2}V_{dc} \\ U_{CO}=\frac{1}{2}V_{dc}\cos(\theta+120^{\circ})+\frac{1}{2}V_{dc} \end{array} \right.$

在加下图中，虚线就是我们上面公式最后的 $\frac{1}{2}V_{dc}$ 的直流偏置。不难发现，这种调制方式的的峰值为母线电压的一半。

我们这样规定电压利用率：

电压利用率 = 电压幅值 / 直流母线电压。

也就是说，SPWM 的相电压 (三项对地电压) 的电压利用率是 50%。

2.2 SPWM 的线电压利用率

SPWM 的相电压 (三项对地电压) 的电压利用率是 50%，我们刚才发现了相电压和线电压的关系：

$V_{line}=\sqrt{3}V_{ph}$

$V_{line}$ = 线电压
$V_{ph}$ = 相电压

所以，SPWM 的线电压利用率就是：

$\sqrt{3}\cdot 0.5 = 0.866$

也就是 86.6%

四、SVPWM 电压利用率

4.1 SVPWM 的相电压利用率

我们以零序注入法距离 SVPWM 的电压利用率

$V_{am}$ 、 $V_{bm}$ 、 $V_{cm}$ = 三相电的相电压 (线对地电压)
$V_{ml}$ = 相电压峰值
$sin(\omega t)$ 、 $sin(\omega t-\frac{2\pi }{3})$ 、 $sin(\omega t+\frac{2\pi }{3})$ = 电压120°的超前后滞后
$V_{0}$ = 零序分量