谐波消除技术：基波控制与谐波削减

谐波消去法，是在方波电压波形上设置一些槽口，通过合理安排槽口的位置与宽度，则可以达到既能控制输出基波电压分量，又能有选择地消除某些较低次谐波的目的。这种槽口的安排如图2-24a所示。图中决定槽口的开关角不再用参考信号和载频信号波形互相比较的方法来确定，而是利用输出电压波形的数学模型通过计算求得。这种计算是用电子计算机离线计算，计算的工作量通常比较大。但在PWM逆变器中，却可以只利用一台微型计算机通过查表迅速而准确地实时确定开关角的值。

如图2-24a那样的M个开关角，可以消除较低次的M-1种谐波。以M=3为例，令式（2-2）中A₅=A₇=0，即可消掉5、7次谐波。将式（2-2）写成：

A₁=（1-2cosα₁+2cosα₂-2cosα₃）

根据变频器的不同输出频率，可以分别确定基波幅值的相对值A₁。令A₅=0、A₇=0的条件下，可求出为消去5、7次谐波所需的开关角α₁、α₂、α₃。不同A₁值下，α_i的值如图2-26所示。

这是一种根据输出电压的数学模型直接确定开关角的方法，已经脱离了SPWM的范畴，属于一种优化PWM方法。其优点是利用较小的K值，可有效地抑制某些低次谐波。这种优化方法离开微型计算机，则比较难于实现。

结果表明，以消除5、7次谐波为目标设置开关角则可能使其他较关键的低次谐波被抬高。如图2-27a所示，11次谐波显著变大。

由图2-24a可见，PWM波中间部分未进行斩波调制，电压利用率必然提高。

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图2-26 抑制5、7次谐波时开关角α_i与基波电压的关系

优化的目标函数不是绝对的，另一种优化PWM是以谐波电流（或谐波损耗）最小为目标函数，将逆变器与负载电动机综合在一起加以考虑，得到的输出电压频谱如图2-27b所示。与图2-27a相比较，虽然7次谐波重新出现，但11次谐波却大为减小。在这个电压频谱的作用下，电动机谐波电流和谐波损耗却可以最小^[10]。另外，在三相系统中三倍频的谐波可以不考虑。

图2-27 不同目标函数下的输出电压频谱

a）5、7次谐波被消除情况下电压频谱分析器的输出

b）采用最小谐波电流法时电压频谱分析器的输出

除了上述优化PWM方法外，还有以减小微型计算机存储容量为目标的等脉宽消谐波最佳PWM方法等，关于PWM优化的研究是当今PWM技术的一个重要课题^[11]。