逆变器的调制比

班长带你学变频器：调制比和载波比是什么

在电子技术中，变频器的调制比和载波比是两个关键参数。调制比定义为电压幅值比，即调制波幅值与载波幅值的比例，表示输出电压的大小取决于脉冲宽度的大小。而载波比则是在正弦脉宽调制法（SPWM）中，每周基波与所含正弦调制波输出的脉冲总数之比，即是频率之比。

理论上，载波比越大，输出精度越高，但由于过大的载波比意味着极高的开关频率，会带来开关管的高功率损耗，甚至无法满足过高的开关频率，因此载波比的选择需要根据实际需求进行权衡。

调制比和载波比是脉冲宽度调制（PWM）技术中的两种不同概念。调制比是指PWM脉冲周期与脉冲宽度的比例，输出直流电压大小取决于脉冲宽度，而载波比是基波频率与调制波频率之比。

在实际应用中，调制比和载波比的概念对理解逆变器的工作原理至关重要。调制比是一个稳态平均值的概念，它表示电压利用率，而某一调制方法的实际工作可以估算THD（总谐波失真）的大概数值。

脉宽调制（PWM）是一种模拟控制方式，通过改变晶体管或MOS管导通时间的长短，实现开关稳压电源输出的变化。而正弦脉宽调制（SPWM）则在PWM的基础上进一步优化，输出波形经过适当的滤波后可以实现正弦波输出，广泛应用于直流交流逆变器等领域。空间矢量脉宽调制（SVPWM）则是将三相对称正弦波电压供电时的三相对称电动机定子理想磁链圆作为参考，通过不同的开关模式切换形成PWM波，以准确追踪磁链圆，实现高效和精确的控制。

逆变器调制比是固定的吗

逆变器调制比（Modulation Index）不是固定的。调制比是指逆变器输出电压的平均值与直流电源电压之间的比值。这个比值可以根据需要进行调整，以控制逆变器输出的功率和波形质量。

一般来说，调制比越低，输出电压的波动越大，波形质量越差，但输出功率越大；调制比越高，输出电压的波动越小，波形质量越好，但输出功率越小。因此，调制比的选择需要根据具体的应用需求和逆变器的性能参数进行权衡和选择。

在逆变电路中调制比的变化范围是多少？

“正弦脉冲宽度调制”的英文缩写是SPWM。

正弦脉宽调制法（SPWM）：是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。其中每周基波（正弦调制波）与所含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。

一、PWM技术原理

由于全控型电力半导体器件的出现，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲宽度控制技术，简称PWM技术。 PWM技术可以极其有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到了明显的提高。采用PWM方式构成的逆变器，其输入为固定不变的直流电压，可以通过PWM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。由于这种逆变器只有一个可控的功率级，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、质量轻、可靠性高。又因为集调压压、调频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好。此外，采用PWM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。 把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比γ为

此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。

二、正弦波脉宽调制(SPWM）

1．SPWM的概念

工程实际中应用最多的是正弦PWM法(简称SPWM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。各矩形脉冲的宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉宽：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成SPWM波形。在工程应用中感兴趣的是基波，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系

在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图5 3所示；这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。 SPWM方式的控制方法可分为多种。从实现的途径可分为硬件电路与软件编程两种类型；而从工作原理上则可按调制脉冲的极性关系和控制波与载波间的频率关系来分类。按调制脉冲极性关系可分为单极性SPWM和双极性SPWM两种。

3．双极性SPWM法

双极性控制则是指在输出波形的半周期内，逆变器同一桥臂中的两只元件均处于开关状态，但它们之间的关系是互补的，即通断状态彼此是相反交替的。这样输出波形在任何半周期内都会出现正、负极性电压交替的情况，故称之为双极性控制。与单极性控制方式相比，载波和控制波都变成了有正、负半周的交流方式，其输出矩形波也是任意半周中均出现正负交替的情况

4．SPWM生成方法

正弦脉宽调制波(SPWM)的生成方法可分为硬件电路与软件编程两种方式。

按照前面讲述的PWM逆变电路的基本原理和控制方法，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对功率开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波形。但这种模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。微机控制技术的发展使得用软件生成的SPWM波形变得比较容易，因此，目前SPWM波形的生成和控制多用微机来实现。本节主要介绍用软件生成SPWM波形的几种基本算法。

三相逆变器调制比如何计算？

这个系数的计算方法是m=(vd除以2)除以（vmax乘以sin(wt))。

三相逆变器调制比指的是三相逆变器中直流电压和交流电压的占比，通常用于控制三相逆变器的输出功率和电路效率。

常见的三相逆变器调制方式有正弦波调制和空间向量调制两种。计算公式为：m=(vd除以2)除以（vmax乘以sin(wt))，其中m为调制比vd为所需要的输出电压vmax为三相逆变器的最大输出电压，wt为当前的角度值。

SVPWM中的调制比、调制度、过调制以及电压利用率

电压外环唤醒了关于调制比、调制度、过调制与电压利用率的回忆。以下内容详细解释了这些概念及其在SVPWM（空间矢量脉宽调制）中的应用。

调制比（m）定义为调制波的峰值与载波的峰值之比。在SVPWM中，调制比计算为m=sqrt(3)Uref/Udc。当参考电压Uref幅值恰好等于内切圆半径时，调制比为1；当Uref幅值等于外接圆半径时，理论上调制比为1.154，但实际上无法实现。

调制度（n）是相电压基波幅值与Udc输出的最大相电压基波幅值之比。Udc输出的最大相电压基波幅值在方波控制时取得，值为2/pi*Udc。在SVPWM方式下，线性调制区的最大相电压基波幅值为Udc/sqrt(3)，此时调制度为0.906，即最大调制度为0.906。与调制比相呼应，当调制比为1时，调制度同样为0.906。

过调制是指调制信号峰值超过系统或设备的最大允许值的状态。在非线性调制区域进行信号调制，目的是提高电压利用率。过调制分为一区和二区。一区过调制是指保持参考电压矢量u*的相角不变，只修正其幅值，以减少谐波，使u*超出正六边形的轨迹被限制到边界up*上，并在基础矢量上下αg角度内修正u*。计算αg的依据是伏秒平衡原则，即矢量变换过程中面积相等。随着u*增大，αg需要减小以满足伏秒平衡。一区过调制下的最大相电压基波幅值为sqrt(2/sqrt3/pi)*Udc，对应的调制度为0.952。二区过调制通过趋向于方波控制实现，此时调制度为1，电压利用率达到1.1。

电压利用率定义为逆变器能输出的最大三相交流线电压基波幅值与输入母线电压之比。在线性调制区，电压利用率v0为1。通过过调制，电压利用率可提高至1.05（一区）和1.1（二区）。

总结，调制比与调制度之间有直接的关系，它们都是电压利用率的表示方式。在SVPWM中，通过控制调制比和调制度，可以实现更高的电压利用率。电压利用率与过调制的关系表明，通过合理的过调制策略，可以显著提高逆变器的输出电压，从而提高整个系统的性能。

调制比基本概念

调制比是PWM技术中的核心概念，它涉及到脉冲宽度调制的输出特性。具体来说，如果我们将PWM脉冲周期设为T，脉冲宽度定义为Ton，那么调制比p就是Ton与T的比值，即p = Ton/T。在PWM脉冲调制比K被选定的情况下，当脉冲周期T保持不变时，输出的直流电压大小会随着脉冲宽度Ton的变化而变化。

在实际应用中，如单相STATCOM与系统连接的等效电路中，调制比Km扮演了关键角色。逆变器在工作时，并非完全无损耗，因此在稳态状态下，逆变器的输出电压基波有效值Ud与直流电压Us之间的关系可以通过以下公式表示：Ud = Us * Km * sin(δ + α) * sinα。这里的mK即为调制比，它直接影响了输出电压的波形和幅值。

同样，逆变器的损耗也体现在功率损耗Qs上，其计算公式为Qs = U2S2R * sin²δ。调制比Km在这些公式中起到了决定输出性能和效率的作用，它是衡量逆变器工作特性的一个重要参数。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467