載波頻率的定義

　　變頻器（開關(guān)頻率）載波頻率，大多是采用PWM調(diào)制的形式進(jìn)行變頻的。也就是說變頻器輸出的電壓其實(shí)是一系列的脈沖，脈沖的寬度和間隔均不相等。其大小就取決于調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，也就是開關(guān)頻率。開關(guān)頻率越高，一個(gè)周期內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)就越多，電流波形的平滑性就越好，但是對(duì)其它設(shè)備的干擾也越大。載波頻率越低或者設(shè)置的不好，電機(jī)就會(huì)發(fā)出難聽的噪音。通過調(diào)節(jié)開關(guān)頻率可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的噪音最小，波形的平滑型最好，同時(shí)干擾也是最小的。

　　載波頻率是在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，并不是將信號(hào)直接進(jìn)行傳輸，而是將信號(hào)負(fù)載到一個(gè)固定頻率的波上，這個(gè)過程稱為加載，這樣的一個(gè)固定頻率。嚴(yán)格的講，就是把一個(gè)較低的信號(hào)頻率調(diào)制到一個(gè)相對(duì)較高的頻率上去，這被低頻調(diào)制的較高頻率就叫載波頻率，也叫基頻。

　　載波頻率的設(shè)計(jì)參數(shù)

　　電壓與頻率

　　對(duì)電壓≤500V的變頻器，當(dāng)今幾乎都采用交—直—交的主電路，其控制方式亦選用正弦脈寬調(diào)制即SPWM，它的載波頻率是可調(diào)的，一般從1-15kHz，可方便地進(jìn)行人為選用。但在實(shí)際使用中不少用戶只是按照變頻器制造單位原有的設(shè)定值，并沒有根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，因而造成因載波頻率值選擇不當(dāng)，而影響正常使用，因此在變頻器使用過程中如何來正確選擇變頻器的載波頻率值亦是重要的事。

　　功率與頻率

　　功率模塊IGBT的功率損耗與載波頻率有關(guān)，且隨載波頻率的提高、功率損耗增大，這樣一則使效率下降，二則是功率模塊發(fā)熱增加，對(duì)運(yùn)行是不利的，當(dāng)然變頻器的工作電壓越高，影響功率損耗亦加大。對(duì)不同電壓、功率的變頻器隨著載波頻率的加大、功率損耗具體變化。

　　溫度與頻率

　　當(dāng)變頻器在使用時(shí)載波頻率要求較高，而且環(huán)境溫度亦較高的情況下，對(duì)功率模塊是非常不利的，這時(shí)對(duì)不同功率的變頻器隨著使用的載波頻率的高低及環(huán)境溫度的大小，對(duì)變頻器的允許恒輸出電流要適當(dāng)?shù)慕档停源_保功率模塊IGBT安全、可靠、長期地運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)功率大的，相對(duì)選用載波頻率要低些，目的是減少干擾（對(duì)其它設(shè)備使用的影響），一般都遵守這個(gè)原則，但不同制造廠具體值亦不同的。

　　載波頻率的應(yīng)用

　　1、變頻器

　　變頻器的載波頻率就是決定逆變器的功率開關(guān)器件（如：IGBT）的開通與關(guān)斷的次數(shù)，因此，也稱開關(guān)頻率。它主要影響以下幾方面：功率模塊IGBT的功率損耗與載波頻率有關(guān)，載波頻率提高，功率損耗增大，功率模塊發(fā)熱增加，對(duì)變頻器不利；載波頻率對(duì)變頻器輸出二次電流的波形影響：當(dāng)載波頻率高時(shí)，電流波形正弦性好，而且平滑。這樣諧波就小，但是干擾相對(duì)要大，反之就差，當(dāng)載波頻率過低時(shí)，電機(jī)有效轉(zhuǎn)矩減小，損耗加大，溫度增高的缺點(diǎn)，反之載波頻率過高時(shí)，變頻器自身損耗加大，IGBT溫度上升，同時(shí)輸出電壓的變化率dv/dt增大，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣影響較大。假設(shè)SPWM波的載波頻率為fc，基波頻率為fs，fc/fs稱為載波比N，對(duì)于三相變頻器，當(dāng)N為3的整數(shù)倍時(shí)，輸出不含3次諧波及3的整數(shù)倍諧波。且諧波集中載波頻率整數(shù)倍附近，即諧波次數(shù)為：kfc±m(xù)fs，k和m為整數(shù)。實(shí)際的SPWM波，其載波比不一定為整數(shù)，此時(shí)，為了降低頻譜泄露，可適當(dāng)增加傅里葉窗口長度，對(duì)多個(gè)基波周期的PWM進(jìn)行傅里葉變換（FFT或DFT）。

　　2、發(fā)電機(jī)

　　電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是以電能為能源，通過電機(jī)本體、驅(qū)動(dòng)器、控制器和傳感器等環(huán)節(jié)進(jìn)行能量變換的電機(jī)系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)制造技術(shù)以及新型材料技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是現(xiàn)代控制理論技術(shù)研究的不斷進(jìn)步與深入，電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，成為傳動(dòng)系統(tǒng)的主流實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的高性能控制，獲知電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)是必不可少的。在傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，這些信號(hào)通常采用光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器來檢測，這類機(jī)械式傳感器存在機(jī)械安裝、電纜連接、故障等問題，降低了系統(tǒng)的可靠性，而且增加了系統(tǒng)的體積和成本，這都限制了永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

　　3、無位置傳感器

　　為了解決機(jī)械式傳感器帶來的各種缺陷，無位置傳感器控制技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。目前，無位置傳感器控制技術(shù)研究主要分為兩類：基波激磁估算法和高頻信號(hào)成份法。基波激磁估算法主要基于電機(jī)的基波動(dòng)態(tài)模型。這類方法具有良好的動(dòng)態(tài)性能，但對(duì)電機(jī)參數(shù)變化敏感，魯棒性差。在這類方法中，用于轉(zhuǎn)子位置估算所需的基波參數(shù)與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，限制了其在零速和低速范圍的應(yīng)用，只適用于電機(jī)在中、高速范圍內(nèi)的無位置傳感器運(yùn)行為實(shí)現(xiàn)全速域范圍內(nèi)都能精確估算轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，一些文獻(xiàn)提出了高頻信號(hào)成份法。這類方法要求電機(jī)具有一定程度的空間凸極性，通過追蹤電機(jī)轉(zhuǎn)子的空間凸極效應(yīng)以獲得轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，因此對(duì)電機(jī)參數(shù)的變化不敏感，魯棒性好。在這類方法中，載波頻率成份法利用逆變器本身的載波頻率成份信號(hào)，無需外加高頻激勵(lì)就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無位置傳感器運(yùn)行，已成為無位置傳感。