高壓逆變器是可再生能源系統(tǒng)的重要組成部分，這些逆變器依賴脈寬調(diào)制(PWM)來控制電力轉(zhuǎn)換過程。PWM使得波形生成和電力質(zhì)量的精確控制成為可能，同時(shí)有效地抑制諧波。通過調(diào)節(jié)電壓脈沖的寬度，可以在高壓逆變器中近似出所需的交流波形，從而實(shí)現(xiàn)有效且平穩(wěn)的電力傳輸給負(fù)載。

載波波形的形狀在與參考信號(hào)進(jìn)行比較時(shí)區(qū)分了不同的PWM技術(shù)。主要的三種載波基礎(chǔ)PWM技術(shù)包括三角波、正弦波和鋸齒波。這些PWM方法在處理諧波失真方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，影響其在不同高壓應(yīng)用中的適用性，因此需要進(jìn)行比較分析，以便根據(jù)具體使用情況提供更好的選擇依據(jù)。

PWM與諧波分析概述

通過在固定周期內(nèi)變化電壓脈沖的寬度，PWM控制輸送給負(fù)載的電壓。載波基礎(chǔ)PWM使用高頻載波波形(如鋸齒波、正弦波或三角波)生成逆變器的開關(guān)脈沖，并將其與低于調(diào)制信號(hào)的參考波形進(jìn)行比較。

在載波基礎(chǔ)PWM中，一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是調(diào)制指數(shù)，它定義了調(diào)制波形的幅度(Am)與載波波形的幅度(Ac)之間的比率。當(dāng)調(diào)制指數(shù)(M)等于或小于1(線性調(diào)制區(qū)域)時(shí)，輸出電壓波形與參考調(diào)制波形非常相似，從而確保高質(zhì)量的交流電壓輸出，失真度最低。然而，當(dāng)調(diào)制指數(shù)大于1(過調(diào)制區(qū)域)時(shí)，參考電壓超過載波波形，雖然輸出電壓增加，但代價(jià)是波形的失真增大。

另一個(gè)需要考慮的PWM方面是開關(guān)頻率(fs)與輸出頻率(fo)之間的頻率比，必須足夠高以確保平穩(wěn)的輸出，并將諧波移到更高的頻率，便于過濾。在給定周期(t)下生成的PWM信號(hào)可以通過以下公式進(jìn)行近似，該公式比較了所需輸出波形(Vm(t))和載波波形(Vc(t))。

其中(Vdc)是PWM的高電平電壓。

分析載波基礎(chǔ)PWM在開關(guān)操作過程中產(chǎn)生的諧波，對(duì)于理解高壓逆變器的效率和性能至關(guān)重要。PWM信號(hào)中的開關(guān)頻率諧波通常更容易使用LC低通濾波器進(jìn)行過濾，并且發(fā)生在更高的頻率。高諧波會(huì)增加逆變器的損耗，降低效率和使用壽命(由于過熱)，增加電磁干擾(EMI)，并降低電力質(zhì)量。

鋸齒波、三角波和正弦波PWM技術(shù)

在高壓逆變器中，諧波失真的控制依賴于載波信號(hào)的選擇。除了針對(duì)特定邊帶諧波的諧波濾波器設(shè)計(jì)之外，對(duì)三種載波基礎(chǔ)PWM進(jìn)行基于應(yīng)用的比較是非常必要的。

在鋸齒波調(diào)制過程中，波形的幅度和頻率是影響載波波形線性上升和急劇下降的主要特性之一。在這種情況下，調(diào)制指數(shù)由波形的幅度決定，而載波頻率則受到開關(guān)發(fā)生速度的影響。就不對(duì)稱性和諧波影響而言，該P(yáng)WM技術(shù)的特征在于增加的邊帶諧波含量，這源于不均勻的脈沖寬度。這以及開關(guān)頻率(fs)顯著影響輸出波形的質(zhì)量。此外，載波信號(hào)的尖銳邊緣產(chǎn)生的低階諧波由于其顯著特性，使得過濾變得困難。就最合適的應(yīng)用而言，鋸齒波載波在瞬態(tài)響應(yīng)至關(guān)重要的高速度開關(guān)應(yīng)用中效果最佳。

正弦波載波的特征是其平滑且連續(xù)的波形，類似于參考調(diào)制波形。在引入正弦波PWM的調(diào)制概念之前，有必要先看一下三角波形，以理解它們與正弦信號(hào)的關(guān)系。三角波形在一個(gè)完整周期內(nèi)線性上升和下降，從而產(chǎn)生更平衡的開關(guān)間隔。這導(dǎo)致諧波能量集中在可預(yù)測(cè)的頻率上，進(jìn)一步通過最小化低頻成分提高載波信號(hào)的整體性能。與鋸齒波PWM相比，三角波PWM展現(xiàn)出更好的諧波特性和較低的失真，適合用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)和可再生能源集成中的扭矩控制等需要平滑輸出和均衡開關(guān)模式的應(yīng)用。

在PWM信號(hào)的生成中，高頻三角波載波波形與正弦波形進(jìn)行比較，兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)被用來確定開關(guān)時(shí)刻。直接影響最終PWM輸出的一個(gè)主要因素是三角波載波的開關(guān)頻率。較高的載波頻率會(huì)增加開關(guān)損耗，另一方面則提高PWM信號(hào)的分辨率。PWM信號(hào)的占空比與參考信號(hào)的正弦變化相匹配，生成的平滑波形需要較少的過濾，以產(chǎn)生正弦輸出。與其他載波基礎(chǔ)PWM技術(shù)相比，鋸齒波PWM的總諧波失真(THD)最低，得益于其在跟蹤參考信號(hào)方面的精確性。

總結(jié)

經(jīng)過對(duì)THD、諧波分布和實(shí)施復(fù)雜度的比較分析，工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)高壓逆變器時(shí)能夠獲得更好的見解，從而做出合適的選擇。

通過這次分析得出：

正弦波PWM是高壓逆變器和并網(wǎng)系統(tǒng)中最合適的選擇，因?yàn)樗哂凶畹偷腡HD、有效的諧波分布和優(yōu)質(zhì)的波形。

三角波PWM提供了適中的復(fù)雜性和均衡的諧波特性，最適合于通用逆變器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

鋸齒波的高諧波失真特性最適合低精度應(yīng)用。