重构载波比与调制比的关系

在SPWM中，三角载波频率f_c与正弦调制信号频率f_r的比值N=f_c/f_r称为载波比，根据N的变化情况可以将SPWM调制方式分为异步调制和同步调制。

1）异步调制（N≠常数）随着正弦调制信号频率f_r的改变，N不是一个常数的调制方式称为异步调制。通常情况是f_c保持不变，这样可以充分利用主管的开关频率。此时在正弦调制波的半周期内，PWM波形的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期内的脉冲不对称。输出电压中的谐波分量会多一些，但是如果N足够大，那么谐波分量还是比较小的，所以在较低f_r时异步调制技术使用较多。

2）同步调制（N=常数）随着调制信号频率f_r的改变，N始终是一个常数，即是说三角载波和正弦参考波信号波始终保持同步（此时三角载波的频率会随着f_r的变化而变化）。三相SPWM中通常共用一个三角波载波，且取N为3的奇数倍，这样可以使三相输出电压波形对称，且输出电压中无偶次谐波分量。基本的同步调制方式导致逆变器输出正弦波频率变化时，三角载波的频率变化范围很大，对此进行改进的方法是分段同步调制，如图9-9所示。从中可以看出，该方法是把f_r的变化范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段的N不同。在f_r较高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；而在f_r较低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。这样可以确保三角载波的频率（即主管开关频率）始终在一个比较稳定的范围内，从而可以获得更好的性能。

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图9-9 不同频率范围内SPWM开关频率示意图

在很多应用场合中，基波频率需要从0变化到较高值，全速范围内的SPWM方式通常是在逆变器输出低频电压时采用异步调制方式——保持三角载波的频率不变，在输出高频时再切换到同步调制方式，这样可以把两者的优点结合起来。如图9-9所示的例子实际上是应用于750V供电城市轨道交通列车交流传动系统主牵引逆变器中IGBT开关频率示意图，由于主牵引逆变器容量可以达到1MVA，IGBT模块的电压、电流等级较高（器件的开关损耗比较大，故而开关频率不能太高），其开关频率限制在1kHz以内。此外在SPWM中，有一个重要的技术指标——调制比m。通常定义调制比m=u_rm/u_cm，即是图9-8中正弦调制波形的幅值与三角载波幅值的比值。