载波频率对系统的影响

1.双极性调制的死区

如上述，变频器在进行脉宽调制时，一般都采用双极性调制的方式。双极性调制在实施过程中，同一桥臂的两个IGBT管是不断地交替导通的。每一个IGBT管从截止状态到饱和导通状态，又从饱和导通状态到截止状态，都需要时间：从截止到饱和导通所需时间，称为开通时间，从饱和导通到截止所需时间称为关断时间，如图7-30a所示。

在交替导通过程中，如果原来导通的IGBT管尚未完全截止，而另一个IGBT管开始导通，则必将造成两个IGBT管同时导通的直通现象。

为了防止直通，在一个IGBT管的截止指令和另一个IGBT管的导通指令之间，必须留有死区，死区的时间必须大于IGBT管的关断时间，如图7-30b所示。

2.载波频率对输出电压的影响

死区是不工作的时间，不工作的时间多了，必然会影响变频器的输出电压。

如图7-31所示，交替导通的次数是脉冲个数的两倍。所以，载波频率高了，总的死区时间就长了，输出电压将减小。

图7-30 逆变管的交替导通

a）开通与关断过程 b）交替导通的特点

由图可以看出，如果以载波频率为4kHz时的输出电压为100%的话，当载波频率增大为14kHz时，输出电压就只有71%了。

所以，载波频率高了，变频器的输出电压会有所下降。

图7-31 载波频率对电压的影响

3.载波频率对输出电流的影响

载波频率对变频器最大输出电流的影响主要体现在两个方面：

（1）线路漏电流增加 载波频率高了，从变频器到电动机的线路之间，以及电动机的线匝之间分布电容的容抗将减小：

式中 X_C0——分布电容的容抗，Ω；

f_Δ——载波频率，Hz；

C₀——分布电容的电容量，pF。

通过分布电容的漏电流就增加了，这些漏电流都要通过IGBT管的，从而增加了IGBT管的负担，减小了逆变桥向电动机输出电流的能力，如图7-32a所示。(www.xing528.com)

（2）开关损失增加IGBT管每一次状态的转换（每开关一次），都会损失一定的功率，称为开关损失。载波频率高了，IGBT管的开关次数多了，开关损失就大了，开关损失将导致IGBT管的发热。

所以，载波频率高，变频器允许输出的最大电流将减小。如图7-32b所示，如果以载波频率为4kHz时的允许输出电流为100%的话，当载波频率增大为14kHz时，允许的最大输出电流就只有60%了。

图7-32 载波频率对最大输出电流的影响

a）电路中的分布电容 b）最大输出电流与载波频率的关系

4.对电磁噪声的影响

关于电磁噪声，不知你注意过没有？”

小李说：“在车间的生产机械旁边，因为机器本身的噪声较大，所以电动机的噪声就听不大出来。但在实验室里，因为环境比较安静，电磁噪声就比较明显了。”

张老师接着说：“产生电磁噪声的原因，是因为变频器的输出电流中，存在着与载波同频率的谐波分量，电动机的磁路中就有谐波磁通，并在硅钢片中感应出涡流。涡流与涡流之间的电动力使硅钢片振动而产生电磁噪声。

噪声的‘大小’，又和人耳对声音的灵敏度有关。

当载波频率很高时，人耳的灵敏度较低，噪声就‘小’；

载波频率较低时，人耳的灵敏度较高，噪声就‘大’。

如图7-33所示，当载波频率为4kHz时，噪声可达66dB；而当载波频率为14kHz时，噪声可降低为56.5dB。

图7-33 载波频率对噪声的影响

a）变频器的输出电流 b）噪音与载波频率的关系

要想减小噪声，须提高载波频率。但载波频率高了，又会影响变频器的输出电压和输出电流，所以，要注意协调好。”

小李的归纳

交-直-交变频器的调制