[发明专利]一种高压变频中载波频率自适应浮动的智能调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压变频中载波频率自适应浮动的智能调制方法，属于高压变频器技术领域。

背景技术

交流变频调速器在生产和生活中的许多领域中得到了广泛应用，但是国内外所提供的变频调速器产品中相对而言比较成熟的是低电压产品，他们满足不了高电压负载的要求，而高压电机所需要的高电压变频器至今还没有特别成熟的产品。

级联多电平高压变频器是现在众多高压变频主回路方案中最有优势的一种，目前我国市场上的级联多电平高压变频器多为电压型，此类变频器输出电流波形THD很小，但是输出电压的谐波含量仍较高，而决定谐波含量的关键因素之一就是PWM(脉冲宽度调制)控制的方法。

现在常用的几种调制方式是根据载波比即载波信号频率与调制信号频率的比值是否可变分类，分别为：

1)同步调制

载波比等于常数，在改变调制信号频率的同时，成比例的改变载波信号的频率，同时在频率改变时使载波信号和调制信号始终保持同步。这样信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。在三相PWM逆变电路中，通常公用一个三角波载波，且取载波比为3的整数倍，以使三相输出波形严格对称。同时载波比取奇数以满足一相的PWM波正负半周镜对称。

这种调制方法的缺点在于：当逆变电路输出频率很低时，载波频率也很低，载波频率过低时由调制带来的谐波无法消除。当负载为电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声。当逆变电路频率很高时，载波频率会过高，使开关器件难以承受。

2)异步调制

载波信号和调制信号不保持同步。在异步调制方式中，保持载波频率固定不变，因而当调制信号波频率变化时，载波比是变化的。同时，在信号波的半个周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。

这种调制方法的缺点在于：当信号波频率较低时，载波比较大，一周期内的脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后1/4周期脉冲不对称产生的不利影响都较小，PWM波形接近正弦波。当信号波频率增高时，载波比减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称影响就变大，有时信号波的微小变化还会产生PWM脉冲的跳动。这就使得输出PWM波和正弦波的差异变大。对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。

3)分段同步调制

分段同步调制就是将调制波频率分为若干个频段，在每个频段内都保持载波比恒定不变，不同频段的载波比则不同。频段的划分和载波比的改变主要考虑：一方面尽可能充分利用功率半导体开关器件的开关频率，另一方面又要避免控制软件过于复杂。在调制波频率的高频段采用较低的载波比，以使载波频率不致太高，从而将功率半导体器件的开关频率限制在允许范围以内；在调制波频率的低频段采用较高的载波比，避免因载波比太低而对负载的运行产生不利的影响。

分段同步调制的缺点在于：当改变载波比时，会出现振荡、电压突变和谐波剧增等情况，这样会使电动机产生较大的脉动转矩和较强的噪声，对电机的运行带来危害，影响电机的使用寿命，对能量也是一种耗损。

发明内容

本发明的目的是提供一种对谐波抑制及三相对称的高压变频中载波频率自适应浮动的智能调制方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种高压变频中载波频率自适应浮动的智能调制方法，其特征在于，使用Intel的ASM96软件，芯片使用Inter公司的80C196MC，程序使用汇编语言编制，其方法为：

第一步.选择马鞍形波作为调制波，以一个5赫兹-60赫兹的基准载波频率除以当前调制波频率即得当前对应调制波频率下的载波比；

第二步.得出的这个载波比为一个参考载波比，以其值除3，即为半波内所含脉冲个数；

第三步.对所得的半波内所含脉冲个数值取整后再乘上参考载波比便得到了一个为3的整数倍的载波比。

本发明提供的调制方法中，载波频率并不随调制信号频率成比例发生改变，同时也不同于异步调制法中的载波频率恒定的做法，而是在开关器件允许的较高频率附近做小范围的波动，其波动的目的是使半个周期内脉冲数正负半周对称，以使输出波形在一个周期内正负半周对称以及半个周期内前后1/4周期对称，同时计算所得载波频率满足载波比取到3的倍数，满足输出电压三相对称的要求，这样便可消除异步调制中由于波形不对称带来的谐波。另一方面，由于保持载波频率在较高的水平，规避了同步调制中由于载波频率降低或跳变带来的不利影响。

本发明的优点是能对谐波抑制及三相对称的高压变频中的载波频率自适应浮动。