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哈尔滨工业大学电气工程系 文件: 电力电子技术21.* 电力电子技术 开关型直流－交流逆变器(2) 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。 6.1.4 SPWM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。 7Ts 0.5Ts 7Ts 0.5Ts 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 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 10 20 30 40 50 60 70 80 2 0 1 1 4 7 9 9 6 9 4 5 3 3 2 1 f 1 /Hz f s / k H z 正常调制方式（ ma 1） 6.1.5 SPWM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。 ST-BWINCCS WinCC 系统概述 第 * 页 SITRAIN 自动化与驱动培训 Seite *