减少PWM变频器控制谐波的低频部分

    在采用IGBT的PWM变频器中，载频考虑了开关损耗死区时间引起的电流波形畸变以及输出电压线性等，一般设在10~15kHZ。为此，如果减少载频附近的谐波分量，就可使谐波的主要分量移至音频以外，从而大幅度地减少电磁噪声。将3倍谐波叠加在相电压指令上，在不改变输出线间电压基波分量时，本着实现改变PWM产生的谐波分量的目的，研究了减少载频附近的谐波分量的3倍谐波叠加方法。

    如图11-47a所示，将3倍频率的同相矩形波按叠加率K注入到二相调制的相电压指令eU、eV、eW中。其结果如图11-47b所示，在三角波载波的一个抽样中，线间电压为2个脉冲，所以可推测谐波的主要分量2倍载频附近。由于2个脉宽的合计与图11-47b的情况相同，所以不会给基波分量带来影响。并且，因脉冲间隔由叠加率K决定，所以通过选择最佳K，就可以使载频附近的谐波减少。

    根据图11-47的波形，利用傅里叶展开重复计算高次谐波分量而求出K的最佳值。图1 148示出与调制率α相对应的K的最佳值。图11-49示采用该K值分析高次谐波的结果例。相对图11-34示出的过去方式的频谱，其结果可使载波附近的高次谐波分量大幅度地减少到能忽略的水平。虽然2倍载频附近的高次谐波分量增加了，但因为高次谐波分量可设定在音频以外，并且感应电动机本身是个有低通滤波器，所以对电流和噪声的影响很少。

    图11-47    PWM波形及输出脉冲

    图11-48    K的最佳值

    图11-49    线间电压的计算频谱

    将减少谐波的方法用于PWM变频器，并证实了它的有效性，相对于载频、输出频率及K值进行了输出电压的频率分析。

    被试变频器：200V/220V，3kVA

    被试感应电动机：2.2kW，4极，60kHz。

    将工作频率固定在谐波分量为最大的30Hz，设矩形波的叠加率分别以K=0（过去方式）、0.13、0.28（最佳值）进行试验。

    图11-50示出变频器的输出电压及电流波形。由电流波形得知，即使电压指令中叠加了矩形波，对基波分量也没有影响。

    图11-50    线间电压和相电流的测试波形

   a)电压波形b）电流波形

    图11-51a示出载频为15kHz时输出电压的频率分析结果。图11-51b示出为提高测试分辨力，将载频降低到6kHz时的试验结果。由试验结果可知，通过叠加矩形波，可使载频附近的谐波减少。并且，证实了用叠加矩形波也可减少电磁噪声。

    图11-51    输出电压的测试频谱

   a)fc=15kHz f0=30Hz；b)fc=30kHz f0=30Hz

    在二相调PWM中，将3倍谐波的矩形波叠加在电压指令上，可使载频附近的边频带减小。这种矩形波的振幅调度α的最佳值变化。并且证实了载频充在10kHz以上时，可大大减少音频区的高次谐波，降低电磁噪声。