【逆变器知识总结1】同步调制与异步调制

一. SPWM主电路

主电路
如图所示，为采用二极管组成的不可控整流器及由自主关断器件组成逆变器的主电路。图中的逆变器的主开关器件是BJT，也可以采用GTO或IGBT。

BJT是双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor-BJT)

其中GTO为：

GTO（Gate-Turn-Off
Thyristor）是门极可关断晶闸管的简称，他是晶闸管的一个衍生器件。但可以通过门极施加负的脉冲电流使其关断，属于全控型器件。


门极可关断晶闸管是一种具有自关断能力和晶闸管特性的晶闸管。如果在阳极加正向电压时，门极加上正向触发电流，GTO就导通。在导通的情况下，门极加上足够大的反向触发脉冲电流，GTO就由导通转为阻断。
它的一些性能虽然比绝缘栅双极晶体管、电力场效应管差，但其具有一般晶闸管的耐高压、电流容量大以及承受浪涌能力强的优点。因此，GTO已逐步取代了普通晶闸管，成为大、中容量变流装置中的主要开关器件。

其中IGBT为：

IGBT(Insulated Gate Bipolar
Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,
兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上；

IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见；

IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

逆变器开关模式是信号，通常情况下利用三相对称的正弦波参考信号与一个共用的三角载频信号互相比较来生成。

二. 调制比和载频比

SPWM逆变器的性能与两个重要参数有关，调制比m和载频比K。


在SPWM的方式中，载频信号的Ucm的值常保持不变，m值的改变由改变参考信号URm来实现，例如在三角载波中的计数范围不变，从0计数到10000，通过改变正弦调制波的幅值来改变调制比。如果幅值为5000，相当于调制比只有50%，调大正弦波的幅值大小，可以调大调制比。
调制波正弦波的幅值越大，调制比越大，逆变器输出的电压越大。

在调速过程中，根据载频比K是否改变，可以分为同步调制与异步调制两种方式。

三. 同步调制与异步调制

1.同步调制

在改变调制波的频率f的同时成正比地改变载频信号的频率fc，使载频比K的值保持不变，则称为同步调制。采用同步调制的优点是可以保持输出波形的对称性。

三角波的频率就称为载波频率。输出电压脉冲序列的频率必等于载波频率，也就对应着IGBT的开关频率，变频器的脉冲频率
在提高载波频率时，线路与地之间分布电容的容抗变小，由高频脉冲电压引起的漏电流变大。另外，对其他设备的干扰也越严重。另外，电动机定子绕组的集肤效应也越严重，有效电阻值及其损失增大，电机输出功率越小。开关时间也会变长，输出功率也受此影响而越小

DSP里Period同时控制着频率和幅值，要是不改变占空比，改变了Period就要比例的改变comp的值。

比较值中的正弦波由Period控制，三角载波也由Period控制。这样可以保证载频比是一致的。

如果载波频率设置为5000，载波频率的倒数为周期0.0002s=200us，意味着IGBT的开关频率为5K。

对于三相系统，为保持三相之间的对称，互差120度的相位角，K应该取3的整数倍，为保证双极性调制时每相波形的正，负半波对称，则该倍数应该取奇数。

由于波形的对称性，不会出现偶次谐波的问题。但是，受开关器件允许的开关频率的限制，保持K值不变，在逆变器低频运行时，K值会显得过小，导致谐波含量变大。使电动机的谐波损耗增加，转矩脉动相对加剧。

2.异步调制
在改变正弦调制波f的同时，三角载波fc的值保持不变，使K值不断变化，则称为异步调制。
采用异步调制的优点是可以使逆变器低频运行时K值加大，相应地减小谐波含量，以减轻电动机的谐波损耗和转矩脉动。
但是，异步调制可能使K值出现非整数，相位可能连续漂移，且正，负半波不对称。相应的偶次谐波问题变得突出了。
但是如果器件开关频率能满足要求，使得K值足够大，这个问题就不是很突出了。