SPWM逆变器的同步调制与异步调制

    SPWM逆变器的性能与两个重要参数有关，它们是调制比M和载频比（载波比）N。其定义分别为

   (2-4)

   (2-5)

式中Urm、fr(Wr、Tr) -调制信号Ur的幅值、频率（角频率、周期）；

   Utm、ft（Wt、Tt）-载波信号Ut的幅值、频率（角频率、周期）。

    在SPWM方式中，Utm值常保持不变，M值的改变由变Urm来实现。在调速过程中，视载频比N的变化与否，有同步调制与异步调制之分。

    1．同步调制

    在同步调制方式中，N为常数，变频时三角载波的频率与正弦调制的频率同步改变，因而输出电压半波内的矩形脉冲数是固定不变的。如果取N等于3的倍数，则同步调制能保证输出波形的正、负半波始终保持对称，并能严格保证三相输出波形间具有互差120°的对称关系。但是，当输出频率较低时，由于相邻两脉冲间的间距增大，谐波会显著增加，使负载电机产生较大的脉动转矩和较强的噪声，这是同步调制方式的主要缺点。

    2．异步调制

    为了清除上述同步调制的缺点，可以采用异步调制方式。在异步调制方式中，在改变调制波频率fr时保持三角载波频率ft不变，因而提高了低频时的载频比。这样输出电压半波内的矩形脉冲数可随输出频率的降低而增加，相应地可减小负载电机的转矩脉动与噪声，改善系统的低频工作性能。

    有一利必有一弊，异步调制方式在改善低频工作性能的同时，又失去了同步调制的优势。当载频比N随着输出频率的降低而连续变化时，它不可能总是3的倍数，势必使输出电压波形及其相位都发生变化，难以保持三相输出的对称性，因而引起电机工作不平稳。但是，如果电力器件开关频率能满足要求，使得N值足够大，这个问题就不很突出了。采用IGBT作为主开关器件的变频器，市场上已有采用全速度范围内异步调制方案的机种，此种变频器还能克服分段同步调制的关键弱点。

    3．分段同步调制

    为了扬长避短，可将同步调制和异步调制结合起来，成为分段同步调制方式。分段同步调制的具体方式是，把整个变频范围划分成若干频段，在每个频段内都维持载频比N恒定，而对不同的频段取不同的N值，频率低时，N值取大些，一般大致按等比级数安排。表2-1给出了一个实际系统的频段和载频比分配，以资参考。图2-21所示为与表2-1相应的f1和ft的关系曲线。由图可见，在输出频率f1的不同频段内用不同的N值进行同步调制，可使各频段开关频率的变化范围基本一致。

    表2-1    分段同步调制的频段和载波比

    图2-21    分段同步调制时输出频率与开关频率的关系曲线

    分段同步调制比较关键的弱点是在N值切换时可能出现电压突变乃至振荡。为此要注意两个问题：一是N值切换不出现电压突变；二是应在临界点处造成一个滞后点，以避免不同N值之间出现振荡。