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原书《Electric Motor Control DC, AC, and BLDC Motors》
前面描述的 PWM 技术使用了连续的调制,即一个逆变器 的所有三个极都会有 开关动作。 在 不连续调制中(或者两相调制),开关动作只在三级里两级发生,从而实现降低切换频率。尽管 不连续调制的目的是降低开关频率,一些特性比如切换损耗,谐波,电压线性度,会根据开关的不工作的区间(即不调制区间)的位置而变化。因此根据不调制区间的位置有多种不同的不连续 PWM 技术。这里描述六种不连续PWM技术。
由于三相系统的对称性,每个基波周期内,调制停止的范围最多可总共为120°,这意味着,充分利用未调制区,有效的开关频率可以降低到连续PWM的 66.7%。尽管未调制区可以放在任何位置,一般放在相电流的峰值附近,来减少开关损耗。这是因为开关损耗和电流幅值成正比,因此有必要根据负载的功率因数放置未调制段的位置。
3.1 60° 不连续 PWM 技术
这种60°不连续的脉冲宽度调制技术,在每一个相电压波形正负峰值附近的两个60°区间中停止切换每一个开关器件。这个DPWM技术对于几乎为1的功率因数的负载,比如电网接口、UPS、PMSM,具有了最小开关损耗特性。
下图展示了 使用 60° DPWM技术下,MI=0.9 和 1.15 的极电压和相电压的波形。在 60° DPWM技术中,在相电压的正峰值附近的60°段,极参考电压被钳位到正直流母线电压。所以上面的开关在那段区间里一直为“开”;在相电压的负峰值附近的60°段,极参考电压被钳位到负直流母线电压。所以下面的开关在那段区间里一直为“开”。另外的区间,调节极参考电压的幅值来得到期望的基波电压。下一节里讨论 DPWM的极参考电压是怎么得到的。
3.2 60°(±30°)不连续 PWM 技术
对于具有滞后功率因数负载如感应电机,为了得到最小切换损耗,调制应该在 相电压峰值的 +30°相位差处的 60°区间内停止。对于具有超前功率因数负载如感应发电机,为了得到最小切换损耗,调制应该在相电压峰值的 -30°相位差处的 60°区间内停止。
3.3 ±120° 不连续 PWM 技术
有一种简便的 120° DPWM 技术,调制会在 120°范围内停止。未调制区间可以是相电压波形的最大的120°,或者最小的120°。但是这些技术对开关器件会有不均匀的热应力。
3.4 30° 不连续 PWM 技术
30° 不连续 DPWM 相比于其他DPWM技术有更小的谐波失真。他有四个未调制区,每一个都是30°。
极参考电压在DPWM中是非正弦波形,其形状取决于未调制范围的位置。DPWM技术可以降低切换损耗,并在高调制范围内提升波形质量。但是低调制范围内的表现和它的实现复杂度限制了DPWM的应用。另外,在极低的调制范围内在参考电压和输出电压之间有非线性关系。从所有PWM技术在相等的逆变器平均切换频率下的HDF曲线,可以看到CPWM的HDF在低调制范围内更好,但是DPWM在高调制范围内(MI>0.8)的HDF更好。
DPWM可以通过改变SVPWM中零矢量的持续时间来实现。这意味着,调节三角载波PWM中的极电压等价于改变SVPWM中的零矢量。SVPWM和载波PWM之间是有这样的联系的。
下图是六种不连续PWM技术和它们的零矢量分布。
这里是分布因数,表示零矢量在调制区间里的分布。
和
是V0和V7的持续时间。这个分布因数有范围
,在
之间是连续调制,
或
是不连续调制。最好的选择是
,也就是经典的对称SVPWM技术。
就是只有V7使用,得到+120°DPWM,
就是只有V0使用,得到-120°DPWM。每60度交替使用0、1得到其他四种DPWM技术。所有这些PWM,有趣的是所有的相参考电压都是纯正弦的,但是它们的极参考电压(调制信号)是不同的,导致调制性能不同。