最近有不少小伙伴問我無刷電機控制的SVPWM七段式算法，之前確實寫了一篇，但是被我刪除了，現(xiàn)在重新把它擺出來。

 

一般控制三相電機的控制技術采用SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）算法。它對于電機控制可以提供更高的效率和更低的噪聲。SVPWM控制算法可以分為七段式和五段式兩種。今天我們先介紹下七段式算法如何應用到電驅系統(tǒng)進行電磁兼容性仿真。七段式是一種更復雜的SVPWM控制技術，可以將三相電機的輸出電壓分解為七個矢量，分別為正向最大矢量，正向中等矢量，正向最小矢量，負向最小矢量，負向中等矢量，負向最大矢量和零矢量。這七個矢量可以通過控制脈沖寬度來控制三相電機的輸出電壓。

 

SVPWM基本原理

要得到一個恒定大小的旋轉磁場，可以先來得到一個恒定大小的旋轉電壓矢量。如下圖：

 

 

 

從上圖可知，我們可以通過互差120度，大小隨著時間按正弦規(guī)律變化的3個分矢量來合成一個大小不變旋轉的總矢量。于是問題又變成了：如何得到大小隨著時間按正弦規(guī)律變化的3個分矢量呢？我們先回到電機上，其實這3個分矢量就對應了電機的3個繞組，3個繞組就是互差120度的，只要再控制繞組上的電壓大小按照正弦規(guī)律變化，是不是就可以得到大小不變旋轉的總矢量呢？看下面電機定子的坐標系圖：

 

 

 

如果讓繞組上的電壓大小按照正弦規(guī)律變化呢？直接通交流電，就是正弦的呀，可不可以呢？驅動器的控制電路如下：

 

 

 

我們只能控制6個管子的開關而已，看來直接通交流電是不行了。于是我們只能控制PWM的占空比來等效正弦：

 

 

 

上圖所示占空比越大，電壓越大；占空比越小，電壓越小。讓占空比呈正弦變化，電壓值自然也就呈正弦變化了。

 

我們用公式來表示一下：定義這三個電壓空間矢量為UA(t)、UB(t)、UC(t)，他們方向始終在各自的軸線上，而大小隨時間按正弦規(guī)律變化，時間相位上互差120度。假設Um為相電壓的有效值（相電壓呈正弦變化），f為電源頻率，則有：

 

 

 

 

SVPWM波

SVPWM波是由三角波和馬鞍波調制生成的，如圖所示，馬鞍波可以通過零序分量注入和六相疊加生成，也有同學通過正弦波和它的三次諧波疊加生成，也是勉強可以接受的。

 

 

CST內部的SVPWM波腳本

 

CST Studio Suite 2023版增加了SVPWM的七段式算法，它采用的是零序分量注入的算法，可以在Macros里面找到腳本，如圖，Modulation Schemes下拉菜單選擇Space Vector，在輸入仿真需要的各個參數(shù)就可以生成SVPWM波。

 

小編自己使用的六相疊加的算法，顧名思義就是程序上把六個相限的公式寫出來最后疊加在一起，使用CST自帶的VBA編輯器，方便又好用。VB的代碼也比較容易上手。

 

 

 

需要設置這么多參數(shù)：

（1）開關頻率

（2）相電流頻率，它等于電機轉速X電機磁極對數(shù)/60，堵轉的時候它等于0.

（3）信號總時間和時間步長，這個設置需要注意，生成的信號采樣點數(shù)等于總時間/時間步長，如果采樣點太多會影響到仿真計算時間。

（4）高低電壓，高壓電驅仿真的時候或出現(xiàn)低壓為負壓

（5）初始相位只有堵轉的時候才會用到，窗口才會打開

（6）選擇七段式還是五段式

 

設置完成所有參數(shù)后大功告成，我們來看一下六相疊加的七段式算法生成驅動信號波形圖：

 

下圖中我們可以看到，在每一個扇區(qū)三相驅動信號的波形都會有七段。

 

 

如圖所示，七段式控制的無刷電機的開關模式有七種狀態(tài)，所以我們在分析無刷電機的EMI問題時，理論上我們可以把電機運行狀態(tài)分解成七種去分析，000表示三相橋上管mosfet全部關閉 。實際上只需要分析四種三相橋的開關狀態(tài)。

 

 

 

（內容、圖片來源：CST仿真專家之路公眾號，侵刪）

 

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