关于西门子变频器《空间矢量调制SVM》方法的探讨

关于西门子变频器的SVM空间调制方法，在关于EMC问题的视频中描述了。目的是为了解释变频器的电压载波脉宽调制输出作用在电机上产生的EMC问题。

先来看看 SINAMICS 工程设计手册：原理

我们就此展开。

首先，我们来看看IGBT的工作：

这是基本的上下两组6 IGBT构成的输出：

我们来看看它是如何工作的。

首先，这些IGBT需要驱动；导通 - 关断。

有个前提是，同相（ABC）的上下两IGBT只能有一个导通。（上下同时导通就短路了！）

实际上，为了避免上述状态出现，过渡还需要上下两IGBT完全关断。

为了SVM介绍简化，暂不描述此状态。

我们添加上下两组驱动（下组为反向驱动）

如下图：

现在，我们给三组控制极，发送完全相同的2kHz（就是我们实际常用的载波）50%占宽比的矩形波。

毫无疑问，这时，电机线缆、三相绕组也完全相同的电压波形。

观察一下载波：2kHz 周期为0.5毫秒。

这是什么状态？

这就是变频器起始输出的开始使能状态：有载波电压、无线间电压、无电流。

电机状态表现为：零电压、零电流。

问题：如果此时，电机绕组是短路的，或者电缆之间有短路；会有问题么？

现在，我们把其中一相的脉宽展宽（例如A相）。将会得到什么结果？

很明显，A相对B相为正电压，A相对C相为正电压；驱使电流经A相流向B相、C相。

图下方就是绕组上的相对电压（等效电压）；

ΔT的宽度，决定了等效电压。

我们知道，若脉宽调制从1%-99%，那么可以控制的最窄脉宽为5微秒（2kHz载波，1%）。

那么，我们就可以先触发一个5微秒的，检查线缆、绕组是否有短路！

若有短路，电流肯定大大超过快速调试得到的数值。

若没有电流，那肯定是输出断线啦！

上述两点都没问题，就可以展宽ΔT，输出一个等效电压。

该等效电压，就是根据电机辨识得到的电机阻抗折算的励磁电流所对应的电压值，

此时的状态，就是起始异步电机励磁状态。输出一个直流、零频率。

顺便说一句：直流制动的状态与此一摸一样。

直流制动：

OFF2关断全部IGBT，等待电机去磁；然后同上，输出一个你想要的直流，形成静态磁场。转子线圈切割磁场，形成直流制动。

很明显，转子高速时，制动力大。快停止时，制动力很小。

要想使用SVM方法调制频率。

首先，我们需要做出一套三相“正弦波”电压波形数据。

右上图，是我们需要的三相正弦波电压波形。

我们从1/2π处，取4点。作图为左侧：

第一点，A相为正，BC两相相等（同前）ΔT1的宽度决定了这个电压波形的最大电压。

第二点，AB相收窄，C相加宽

第三点，AB相继续收窄，C相加宽。

第四点 C相恢复到50%脉宽。（关键点）

讨论一下：

1、ΔT1最大宽度 99%，对应满电压输出。

2、我们只说电压波形。由于它是正弦波，我们并不需要2π的，也不需要做出π的数据。因为它是对称的、是镜像的。

3、正因为三相的相位差120度是固定的。所以只需要一套数据。

根据ΔT的宽度决定等效电压的原理。那么，我们可以将直流母线电压（500V）分度1%（为5V）。

下图：最窄5微秒，最宽495微秒。

注意：这是需要的三相正弦波电压波形数据。

然后就可以开始调制输出频率了。

满满的诚意和干货

审视一下这张图：

我们可以发现，在一个周期内，它是对称的、镜像的。因此，我们可以在π/2内做100个数据来描述不同的电压状态。

输出正弦波电压的调整：

我们知道，电机的V/F输出需要不同的正弦波电压的。其设定值可以描述为:

 F(Vx,f )=Vx * Sin(2πf)       Vx 是与设定频率 f 相关的最大电压。

据此，就可以通过“查表法”获得一组三相脉宽表述的正弦波电压。

输出频率：根据设定值f，通过 T=1/f。将正弦波电压在Vx范围内，按周期T展开。

（1Hz按1秒展开，50Hz按20毫秒）

载波2kHz，就是“查表”0.5毫秒输出一次。实时输出了。

当给定值25Hz，对应输出电压1/2额定电压时：根据斜率控制，将得到线性的V/f输出。

正因为是驱动数字化，因此，我们可以根据需要添加功能。

例如：在减速中，加上直流电压，达成受控的直流制动减速停车。

额外话题：

1、描述一个圆，可以用多边形来描述。一个圆用160边来描述，就挺圆的了。折算到1/2π，也就40个数据。其他象限无非是镜像、对称而已。（50Hz 20毫秒周期，0.5毫秒/次，也就十个数据描述。）

2、值得注意的是：我们这里的调制，仅仅是对ΔT宽度的调制。ΔT宽度代表了等效电压。其含义是默认直流母线电压恒定。实际运行中，即上电、充电完成后，采样直流母线电压，作为默认值（P1254）。即刻换算成ΔT-等效电压数组用于运行。这意味着，运行过程中，母线电压不能过大波动。这就是西门子驱动虽然可适应供电360V-480V，但不能波动大的原因！（否则可能会导致突然加速 ）

3、空间矢量调制 SVM 方法是有缺点的。主要是输出电压不能达到供电电压。（包括99%调制 、包括全关断过渡间隔。）；当驱动有要求时，可以改用脉冲边缘调制 PEM。

下面，我们开始讨论输出电流。

谢谢版主的分享

虽然主专业课是电力电子技术,基本忘光了,有时间翻翻资料,再请教版主(机械专业的实践派大师傅)

SINAMICS 工程设计手册可以分享嘛

没问题。只有英文的。

《有用的文档》

最下面。

说说输出电流。

对于纯电阻负载，没啥可说的。阻性负载电压电流相位一致，波形一致，有功电流。

我们看看纯感性负载（电机绕组线圈）

电感自感反电势：

Ue=L di/dt   L=电感量

表明：绕组的感生反电势 由电感量和其上的电流变化率成正比。

1、电流没有变化，就没有感生反电势。

2、电流的增加，反电势正向；电流的减小，反电势反向。

3、合闸，电流从当前电流上升，产生反电势抑制电流上升。

4、断开，电流从当前电流减小，产生负反电势，维持电流减小。

（急速断开，产生非常大的负反电势；击穿空气，形成电弧。）

 电机断开时，电感释放的能量W 

W=1/2 L I2 （其中电流 I 为断开瞬间前的电流。）

根据电感反电势定义，我们可以得出：空间矢量调制下，三相电势差作用在电机绕组上的状态：

当电机加上负载后，呈现有功电流。两者的合成，就是电机电流。

早前学习也是那样认识的。后来看过一楼的书，用示波器观察 MM440两相波形，发现从前的认知不对。再反过来看那本书，才明白西门子说的空间矢量调制SVM是 三相之间的载波 减 载波获得线间电势差，形成线间电压正弦波。

而不是与中性线相关的相间电势差。

观察小电压输出5V

进而观察启动、直流励磁、等等过程。

这个方法要比计算再输出可能更加简单。

问题：如果此时，电机绕组是短路的，或者电缆之间有短路；会有问题么？

变频器应该会报F07807，硬件不会损坏

其实，早年间（MM4时代）并不关心西门子的SVM是怎么调制的。只是关心变频器输出EMC的问题。

示波器观察，才发现，0Hz给定（V/f模式取消所有电压提升；或用P1300=19）；变频器三相输出载波是同相位一模一样的。（UVW等同于一根导线。）

毫无疑问，电机绕组对外壳，电机电缆芯线对外部都是有等效电容的。2kHz（50%占宽比）矩形波+500多伏峰峰值，作用在电机、电缆上，肯定会通过等效电容对外部产生泄漏电流（尽管电机还没工作呢）。

应对的方法：就是要添加一根线，让电机外壳“可靠连接”到驱动它的变频器，（经Y电容）返回直流母线中点。理论和实践证明，这一点，对抑制变频器驱动电机系统，对外部的电磁场干扰，非常奏效。

进一步观察励磁（或P1300=19 给定0Hz，小电压）才了解了SVM是如何调制给出一个直流电压的。不但了解了如何给出励磁电压，也了解了如何检测出线短路。

我猜想，其实最初给出的并不是50%占宽比的电压载波，而是同时三相给出1%（甚至更窄）相同脉冲；这样来检测是否有对地短路。而不损坏IGBT。

若输出有对地短路，也会报F07807，而故障值为4。

然后才是三相同相位的 50%占宽比的电压载波。检测相间短路。

这些检测也会存在误报。例如：电机上次停机还没有去磁完成。

通过理解这些方法，更佩服西门子为保护用户利益、资产，尽心尽意。

根据10楼的说明，就能算出 IGBT全关断时。需要电机绕组电感释放的能量。

为啥要写这一篇帖子？

就是要理解变频器输出是怎么操作的。进而给出判断变频器作为EMC干扰源的处理方法！

通过1楼，可以理解，变频器初始是500V、2kHz载波，但没有电机电流。

通过2楼，可以理解，变频器初始的对电机励磁。这个励磁是个直流；尽管载波交变电压存在；但由于电机绕组的电感，保持电流持续，它的电流基本上是比较稳定的直流电流。

我们知道：没有变化的电流，就没有交变磁场。（就是变频器零Hz输出状态。直流电流没变化，没有磁场耦合。）

若此时，出现EMC干扰，那么，我们仅仅需要关注电场的耦合，由等效电容的泄漏电流。不要去琢磨磁场感应造成的EMC。处理方法就是哪里可能出现等效电容（距离），找到泄漏电流点位，做相应处理。从而形成等电势连接，消除共模干扰。宗旨是让泄漏电流回到发生源。而不是到处接地。

若此时，没有干扰问题，而一旦电机开始运转，就出现干扰问题。毫无疑问，这是交变电流引起的交变磁场EMC问题。

这种问题，非铁磁物体的屏蔽（如 铜网屏蔽）是没有效果的。

对于干扰源侧，电机电缆、（电机外壳=是磁屏蔽的）采用放入导磁材料（铁）护套、走线盒中，降低对外影响。

对于信号电缆，就要采用双绞线，多绞线（总之，一条信号线电缆上的电流矢量和=0为准则。）最大程度上消除差模干扰。

理解了这些，对于驱动的EMC问题，从设计上，现场处理上，就有了判断EMC的基础。

楼主的文章受益匪浅。 我说说我的看法。

1. SVPWM是一次计算生产三相波形的， 所以生产一组， 利用120°扩展到三组，有待商榷。

2. 如图， 将一点，分成三个区间，理解成100， 000， 100三个矢量的组合， 更能提醒SVPWM的本质；

   
   

3. 
   

   楼主说的按载波周期查表，而不是用载波调制，真的说到我心里去了。 我也这么猜想的。

关于120度的相位查表不用商榷。

早期设计大板直流调速时，就使用锁相环集成电路，锁住一个AC电源换相点。其他两相就是三分移相。

这是不需要质疑的。为什么？

因为这是由发电机的机械制造分度决定的！

一台分度不准的发电机，根本并不上电网。