关于SVPWM马鞍形和相、线电压标准正弦的一些汇总

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整理:https://blog.csdn.net/qq_27016651/article/details/83746732

开始:

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这个问题困惑过不少初学者或者没有相关项目经验的人,当初我也被困惑过,我来做个总结:
 
SVPWM调制的结果,是各相电压(端电压对中性点,line-neutral)是正弦的,如果是PWM控制,这个正弦电压是很难观察到的,因为示波器的探头只能夹在电机的三个出线上(端电压测量口),就算你把虚拟中点引起来,你看到的电压波形也是PWM信号, PWM dutycycle*Udc =正弦。那怎么确认相电压是正弦的呢?看各相电流,如果示波器上看到的电流是正弦的,反过来可以确认等效的相电压是正弦的I = U/Z,感抗Z的存在不影响波形。

那么马鞍型电压波形是怎么回事?它是电机的三个出线端对地的波形(line-GND),也是等效的均值,PWM DUTY CYCLE *Udc,直接把示波器探头测端电压,看到的也是PWM波,不是马鞍形,如果你想看这个马鞍形波形,可以把 端电压经过RC低通滤形,这样,示波器上就看到马鞍形的波形了。

一些厂商如Microchip的笔记上,对这个问题也犯个错误,或者标不清楚,我见过对这个问题说得最清楚的是是TI公司,所以对TI的严谨印象很深。

再说一句,SVPWM的相电压是正弦(不是马鞍形),SVPWM的相电压是正弦(不是马鞍形),SVPWM的端电压(line to GND)经过滤形后得到的滤形是马鞍形。

区分几个名词:

端电压   terminal voltage,  terminal to GND(line to GND) 即电机线对地的电压

相电压   phase voltage,    terminal to neutral point(line to neutral point) 即电机线对电机中点线的电压

相电流(绿色)一定是正弦,由此可知等效的相电压是正弦,I =U/Z,感抗Z不影响波形;

端电压(黄色)一定是你用示波器一端钳住电机的某一相(MOSFET上下桥引出的某一相),然后示波器的地接板子上的地,并且经过RC低通滤波,才看到马鞍形波形。

电压,顾名思义,是两点之间的电位差,某点的电压,准确地说,是某点相对另一点的电位差,只是在通常情况下,另一点通常选为零电位点。

电流就没有参考点的概念,电流指的是导线中的电流,怎么测量都是一样的。

通过接地电阻测量相电流,理解很简单,相电流从上端----》中点-----》地, 当然可以在中点和地之间加一个采样电阻来测量相电流,采得的电压包括有相电流的信息,这里要注意采样时机。

你也可以在上端---》中点之间安装电流传感器,这样也可以采到相电流,并且这里采到的相电流就是真实的相电流,很多方案就是这么做的。

单片机输出的信号经低通滤波器后可以得到马鞍形波形。

但是该输出信号经过驱动电路输入到电机后,由于3相的3次谐波电流在电机中自行抵消,因此看到的相电流波形是基波分量,也就是单一的正弦波电流。

基于SVPWM思想,可以衍生出无数种调制技术,对于理想三相电机,SVPWM的无数种调制方式中,有一种的效果与SPWM效果完全相同。然而,实际的SVPWM,在不影响控制效果的前提下,直流母线电压利用率有显著提升。受SVPWM的启示,某些SPWM变频器通过相电压注入三次谐波,也能达到类似的效果,当然,严格讲,这已经不是严格意义上的SPWM了。 SVPWM调制波呈马鞍形相比SPWM波形添加了0矢量,也即是整数倍3次谐波,也即是在正弦的基础上加了整数倍的3次谐波变成了马鞍形

根据三相电路对称性可知,相电压的三次谐波相位相同,相位相同的谐波就是零序谐波。

此外,9次谐波,15次谐波,所有三的整数倍的奇数次谐波,都是零序谐波。

当采用SVPWM控制时,由于波形通过正弦波和整数倍的3次谐波(零矢量)合成,因此UNO不为0,而是等于3次谐波电压,这样,端电压为马鞍形,相电压为标准正弦,线电压为标准正弦


造电机时使得产生的反电势是正弦,我们可以控制相电流是正弦(通常说的气隙磁场正弦分布),于是就得到恒定的转矩,因为电磁功率Pe为

Pe= Ia*Ea +Ib*Eb+Ic*Ec

Ia= I*cos(theta), Ea = E*cos(theta)
Ib= I*cos(theta +120), Eb = E*cos(theta120)
Ic= I*cos(theta-120),   Ec = E*cos(theta-120)

于是我们可以得到电磁功率Pe

Pe= Ia*Ea +Ib*Eb+Ic*Ec = 常数(三角函数展开)

这是PMSM正弦控制噪音小的根本原因,也是PMSM正弦波控制平稳的根本原因


另一个人提的观点:

你错了,马鞍形波形是可以测出来的,端电压滤波后的波形就是马鞍形,相电压是基于中性点的,三次谐波都被抵消掉了,观察不到的。


马鞍波如下原理:

LYJ博客


用示波器观察:

昨天用示波器亲测试了一下U相上桥驱动电压(黄色)和线电流波形(绿色)。示波器设置为高精度滤波模式(HIGH Res)。

LYJ博客

解释如下:

相电流(绿色)一定是正弦,由此可知等效的相电压是正弦,I =U/Z,感抗Z不影响波形;
端电压(黄色)一定是你用示波器一端钳住电机的某一相(MOSFET上下桥引出的某一相),然后示波器的地接板子上的地,并且经过滤波,才看到马鞍形波形。

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