毕 业 设 计(论文)
`
院 系
控制科学与工程学院
专业班级
自动化专业
学生姓名
指导教师
二○○九年六月
题 目: SVPWM 逆变器的设计与实现
大学本科毕业设计（论文）
Ⅰ
SVPWM 逆变器设计与实现
摘要
近年兴起的空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术具有谐波小，直流电压利用率高，易
于数字化实现等优点，因而广泛应用于逆变技术中。本文通过三相阻感星型连接负载，对
三相电压型逆变器做了相关研究。分析了 SVPWM 控制技术的基本原理及相应的控制算法。
该方法根据α-β复平面空间中的状态开关矢量，直接合成参考电压空间矢量，进行相关矢
量作用时间的求取。计算量适中，实时性好，逆变器输出电流谐波小，电机转矩脉动小。
同时给出了相关的数学推导来证实 相关原理 和 算 法 理论。之后 根 据 这 一 理论利用
MATLAB/SIMULINK 动态仿真工具来实现对 SVPWM 控制算法的动态仿真。
本文建立了三异步电动机在旋转坐标系下的数学模型，利用模型进一步讨论了空间矢
量脉宽调制技术原理，再利用 MATLAB 对电压源型 SVPWM 交流调速系统进行了仿真，
给出了仿真结果，并进行了分析。仿真结果表明，采用 SVPWM 技术的感应电动机变频调
速系统实现简单，性能优越，大大改善了电机的运行品质，提高了逆变器的母线电压利用
率。仿真结果证实了相关理论，达到了预期效果。在世界能源形势日益紧张的今天，SVPWM
控制技术在逆变节能方面具有广阔的应用前景。
关键词：空间矢量脉宽调制；逆变技术；SIMULINK 动态仿真；矢量控制
大学本科毕业设计（论文）
Ⅱ
Abstract
The space vector pulse width modulation（SVPWM）, which develops fast in the recent
years, owing to its advantage of little harmonic, high utilization rate of DC voltage, convenience
to be digital, widely uses in inverter technology. Studying on the three-phase voltage source with
star-connected inductive load resistance, it takes some research on inverter technology and
analysis the basic principles and control algorithms of SVPWM in this paper. The reference
voltage space vector was directly synthesized based on the switching state vectors in α-β
vectors complex space, and the duration time of each switching state vectors was calculated. The
computational efficiency of this algorithm is moderate, and the real-time performance is elegant.
Thus the current distortions and torque ripples are lower in the output of the inverter. It proves
the algorithms with sorts of mathematical method, building the overall structure of the
three-phase inverter control that based on SVPWM control strategy. The control algorithms are
simulated dynamically by using MATLAB/SIMULINK dynamic simulation tool.
The mathematical model of three-phase asynchronous motor in rotating coordinate system is
established, and SVPWM technology is discussed. The simulation of voltage source SVPWM
Frequency-varying and speed-adjusting system based on MATLAB is made. The result are given
and analyzed. The test results showed that this control system with SVPWM has such merits as
simple realization, improved running performance and an enhanced DC voltage utilization ratio.
The simulation results achieve the desired effect, which promise the SVPWM control technology
would have a wider and better application horizon in the days when the severer situation of
energy shortage in the world today.
Keywords: SVPWM; Inverter; Simulation; Vector Control
大学本科毕业设计（论文）
0
目 录
摘要 ........................................................................ I
Abstract ................................................................... II
1 绪论 ...................................................................... 1
1.1 引言 .................................................................... 1
1.2 逆变技术 ................................................................ 1
1.2.1 PWM 脉宽调制技术 ...................................................... 3
1.2.2 SVPWM 技术概述 ........................................................ 4
1.3 课题研究意义和完成的内容 ................................................ 5
1.3.1 课题研究意义 .......................................................... 5
1.3.2 本论文主要完成的工作 .................................................. 6
2 三相电压型换流器 SVPWM 原理 ................................................ 7
2.1 三相桥式电压型逆变器结构分析 ............................................ 7
2.2 空间坐标系建立与转换 .................................................... 8
2.2.1 三相静止坐标系 a-b-c 模型建立 .......................................... 8
2.2.2 两相旋转坐标系 d-q 模型与坐标变换 ..................................... 10
2.3 空间矢量脉宽调制基本原理分析 ........................................... 12
2.4 空间电压矢量的调制法则数学推导 ......................................... 14
2.5 SVPWM 控制算法分析 ..................................................... 16
2.5.1 参考电压矢量 V
ref
扇区判断 ............................................. 17
2.5.2 各扇区中基本矢量作用时间 ............................................. 18
2.5.3 电压空间矢量切换点 ................................................... 19
3 SVPWM 的仿真研究 ......................................................... 21
3.1 MATLAB/SIMULINK 环境简介 ............................................... 21
3.2 SVPWM 控制算法仿真 ..................................................... 22
3.2.1 SVPWM 仿真主接线图 ................................................... 22
3.2.2 SVPWM 控制算法的实现 ................................................. 24
3.3 仿真结果分析 ........................................................... 29
3.3.1 带三相阻感型负载的逆变波形分析 ....................................... 29
3.3.2 带小型异步电机仿真结果 ............................................... 31
3.4 仿真分析小结 ........................................................... 32
4 总结 ..................................................................... 33
参考文献 ................................................................... 34
致谢 ....................................................................... 35
大学本科毕业设计（论文）
1
1 绪论
1.1 引言
电力电子技术是以电力变换为主要研究内容的一门工程技术，对电能进行变换和控制
的目的是为了更方便、更为有效地使用电能，使电能更好地为人类服务。逆变技术就是电
力变换的一种基本类型。近年来 ，随着电力电子技术的飞速发展以及随着各行各业控
制技术发展以及对操作性能要求的日益提高，有很多用电设备都不是直接通过交流电
网提供的交流电作为电能源，而需要通过各种形式对其进行变换，这里就要用到电力
电子技术方面的电力变换，包括整流、斩波、交流电力变换以及逆变技术等。这里包
括生活中常用的设备如充电器、各种形式的发电装置、电动机的变频调速器、高温设
备电源、电动机车、生物能发电、环保照明电源、有源滤波器、电源的无功补偿器等，
它们所使用的电能都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。通过
这一系列变换后获得的电能在很大程度上就可以减少电力电子装置对电网造成的谐波
污染，减少无功功率，提高电能利用率。
目前控制技术中的逆变技术已经渗透到国民经济的各个领域以及人们生活中
[2,4]
，
随着新理论、新器件、新技术的不断涌现，特别是与微电子技术的日益融合，电力电
子技术的应用领域也将不断地得以扩展。广泛应用于电力系统、交通运输、计算机与
家用电器、工业控制等民用领域和航空、航天、航海等国防领域，特别是随着石油、
煤和天然气等。随着能源日益紧张，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视，逆
变技术作为利用新能源的关键技术，能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其他新能
源转化的直流电能变换成交流电能与电网并网发电，并网逆变的基础则是有源逆变技
术。有效利用绿色能源也是可持续发展和构建社会主义和谐社会的内在要求，适应这
一发展要求，在国民经济建设和人民生活中，各种形式的逆变器将会得到越来越广泛
的应用，而与此相适应的新型控制算法也将应运而生。
1.2 逆变技术
逆变技术是电力变换的基本形式之一
[2,4]
，通过电力电子元件和触发策略将直流转
变为交流提供负载或回馈电网就是通常意义上的逆变。其基本原理是通过半导体功率
开关器件的开通和关断作用，将直流电能变换得到质量较高能满足负载对电压和频率
要求的交流电能，逆变器就是完成该变换的装置。现代逆变技术就是研究现代逆变电
路的理论和应用设计方法的一门学科，这门学科综合了现代电力电子开关器件技术、
