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(lài)脈寬調(diào)制(PWM)來(lái)控制電力轉(zhuǎn)換過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(xiàn)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(guò)調(diào)制區(qū)域)時(shí)，參考電壓超過(guò)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(kāi)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(guò)濾。在給定周期(t)下生成的PWM信號(hào)可以通過(guò)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(kāi)關(guān)操作過(guò)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(kāi)關(guān)頻率諧波通常更容易使用LC低通濾波器進(jìn)行過(guò)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(guò)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(lài)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(guò)程中，波形的幅度和頻率是影響載波波形線(xiàn)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(kāi)關(guān)發(fā)生速度的影響。就不對(duì)稱(chēng)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(lèi)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(xiàn)性上升和下降，從而產(chǎn)生更平衡的開(kāi)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(guò)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(kāi)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(lái)確定開(kāi)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(kāi)關(guān)頻率。較高的載波頻率會(huì)增加開(kāi)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(guò)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(guò)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(jiàn)解，從而做出合適的選擇。

通過(guò)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。