电力电子技术

6.1.3单桥臂逆变器输出电压波形的频谱分析

输出电压中的基波分量频谱分析得知基波电压的峰值说明基波电压的峰值与电源电压间是线性关系取1个开关周期，分析输出电压特点假定1个开关周期内vcontrol恒定，则有(根据19.4)实际vcontrol是周期变化的正弦信号。但是，当mf很大时，则vcontrol在一个开关周期内变化很小，因而可假定vcontrol在该开关周期内是恒定的。一个周期上输出电压瞬时平均值不同开关周期之间，vcontrol是变化的，所以输出电压vAo在一个周期上的瞬时平均值也是变化的。该瞬时平均值就是vAo

基波分量。推导基波幅值表达式逆变器在SPWM方式下，控制ma可改变输出电压的基波幅值，控制f1可改变输出电压的基波频率。基波电压峰值

输出电压中的谐波分量谐波呈现边（频）带特征：以开关频率及其倍数频率为中心，向两侧分布。

mf较大时（≥9），谐波幅值与mf几乎无关。谐波频率基波幅值与ma成正比谐波呈现

边带特征由于较高频率的谐波易于被滤除，所以希望选取尽可能高的开关频率。但是开关损耗与开关频率成比例上升。

在很多应用中，开关频率fs被选取为低于6KHz，或高于20KHz（高于音频范围，以消除音频噪声）。在控制信号频率f1（即输出电压基波频率）给定后，开关频率取决于频率调制比mf的选取。6.1.4SPWM下频率调制关系的选择开关频率与频率调制比的关系mf较小(例如<21)的情况三角波与控制信号应保持同步关系，即要求mf为

整数（常数），这种调制关系称为同步PWM调制。

理由是若mf不是整数，将产生基波频率的谐波。同步调制方式意味着三角波（载波）频率需与逆变器期望的输出频率同步变化。例如：频率调制比mf应取为奇数，保证输出电压波形对称。7Ts0.5Ts7Ts0.5Ts输出电压中只有奇次谐波，无偶次谐波mf较大(例如>21)的情况

当mf较大时，由于mf不是整数所产生基波频率的谐波幅值较小，可采用异步PWM调制方式。异步PWM调制方式下，三角波频率保持恒定，不随控制信号频率而变化。

mf是变化的，且往往不是整数。如果逆变器的负载为交流电机，输出电压中含有的低频谐波会产生很大的电流，因此，因避免采用异步调制方式。同步调制的缺点控制信号率较低时，三角波频率也低，由调制带来的谐波不易滤除。控制信号率较高时，三角波频率会过高，使开关器件难以承受。分段同步调制

分段同步调制是异步调制和同步调制的综合应用。把整个控制信号f1的频率变化范围划分成若干个频段，每个频段内保持mf恒定，不同频段的mf不同。在f1高的频段采用较低的mf，使三角波频率不致过高；在f1低的频段采用较高的mf，使三角波频率不致过低。分段同步调制方式举例00.40.81.21.62.02.410203040506070802011479969453321f1/Hzfs

/kHz正常调制方式（ma

<1）6.1.5SPWM下幅度调制比的控制ma

<1

时，SPWM处于线性工作区此时，SPWM将谐波推到高频区域

（开关频率以上）缺点是基波的最大幅值不够高。过调制方式（ma

>1）ma

>1时，可提高输出电压中基波的最大幅值。此时的调制方式称为过调制。过调制的缺点是输出电压中包含更多的谐波，且存在基波频率附近的谐波。过调制的另一个缺点是基波幅值与ma

是非线性关系。ma

<1时，基波的峰值与ma

是线性关系，且几乎与mf

无关（mf

>9)ma

>1时，基波的峰值与ma

不是线性关系，且与mf

有关。ma

足够大时，输出波形由PWM波变为方波过调制模式常用于感应电机驱动，而不用于对波形畸变要求较高的不间断电源。6.1.6逆变器的方波控制方式方波控制方式是PWM控制的特例。（ma

足够大时）方波