PWM型逆变电路的控制方式

    在PWM逆变电路中，载波频率fc与调制信号频率fr之比N=c/fr称为载波比，根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM逆变电路可以有异步调制和同步调制两种控制方式。    1．异步调制方式    载波信号和调制信号不保持同步关系的调制方式称为异步调制方式。图4-8中的波形就是异步调制三相PWM波形。在异步调制方式中，调制信号频率fr变化时，通常保持载波频率fc固定不变，因而载波比N是变化的。这样，在调制信号的半个周期内，输出脉冲的个数不固定，脉冲相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，同时，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。    当调制信号频率较低时，载波比-Ⅳ较大，半周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称的影响都较小，输出波形接近正弦波。当调制信号频率增高时，载波比N减小，半周期内的脉冲数减少，输出脉冲的不对称性影响就变大，还会出现脉冲的跳动。同时，输出波形和正弦波之间的差异也变大，电路输出特性变坏。对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。因此，在采用异步调制方式时，希望尽量提高载波频率，以使在调制信号频率较高时仍能保持较大的载波比，改善输出特性。    2．同步调制方式    载波比N等于常数，并在变频时使载波信号和调制信号保持同步的调制方式称为同步调制方式。在基本同步调制方式中，调制信号频率变化时载波比N不变：调制信号半个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。在三相PWM逆变电路中，通常公用一个三角波载波信号，且取载波比N为3的整数倍，以使三相输出波形严格对称，同时，为了使一相的波形正负半周镜像对称，N应取为奇数。图4-9的例子是N=9时的同步调制三相PWM波形。
    图4-9    同步调制三相PWM波形    在逆变电路输出频率很低时，因为在半周期内输出脉冲的数目是固定的，所以由PWM产生的fc附近的谐波频率也相应降低。这种频率较低的谐波通常不易滤除，如果负载为电动机，就会产生较大的转矩脉动和噪声，给电动机的正常工作带来不利影响。    为克服上述缺点，一般都采用分段同步调制的方法，即把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内都保持载波比N为恒定，不同频段的载波比不同。在输出频率的高频段采用较低的载波比，以使载波频率不致过高，维持在功率开关器件所允许的频率范围内。在输出频率的低频段采用较高的载波比，以使载波频率不致过低而对负载产生不利的影响。各频段的载波比应该都取3的整数倍且为奇数。    图4-10所示为分段同步调制的一个例子，各频率段的载波比标在图中。为了防止频率在切换点附近时载波比来回跳动，在各频率切换点采用了滞后切换的方法。图中切换点处的实线表示输出频率增高时的切换频率，虚线表示输出频率降低时的切换频率，前者略高于后者而形成滞后切换。在不同的频率段内，载波频率的变化范围基本一致，fc大约在1.4~ 2kHz之间。提高载波频率可以使输出波形更接近正弦波，但载波频率的提高受到功率开关器件所允许的最高频率的限制。另外，在采用微机进行控制时，载波频率还受到微机计算速度和控制算法计算量的限制。    同步调制方式比异步调制方式复杂一些，但使用微机控制时还是容易实现的。也有的电路在低频输出时采用异步调制方式，而在高频输出时切换到同步调制方式，这种方式可把两者的优点结合起来，和分段同步调制方式的效果接近。
    图4-10    分段同步调制方式举例