過調製

過調製是指調製信號的某些峰值超過所考慮的系統或設備的最大允許值的狀態。

中文名稱	過調製
英文名稱	over modulation
定　　義	調製信號的某些峰值超過所考慮的系統或設備的最大允許值的狀態。
套用學科	通信科技（一級學科），通信原理與基本技術（二級學科）

基本介紹

• 中文名：過調製
• 外文名：over modulation
• 套用學科：通信科技，通信原理與基本技術

定義

過調製是指調製信號的某些峰值超過所考慮的系統或設備的最大允許值的狀態。

任何電路在一定的工作範圍內，輸入量與輸出量能滿足某種給定的關係，大多數是線性關係，也有一些是非線性關係。通常要求調製器工作線上性範圍內，因此作為輸入量的多路信號，其峰值應落在調製器的線性工作範圍內。由對多路信號幅度分布的討論可知，它的幅值在峰值附近出現的機率很小。因此，在設計主載波調製器時，適當地允許多路信號的峰值超過調製器的線性範圍是可以的。我們把這種技術措施稱為過調製或超調製。

工作區域

位於失去線性控制（m=1.15）和完全失去控制（m=1.27）之間區域稱做過調製區域。當出現過調製時，調製比M超出三角載波的峰值。當m>1或者m>1.15時，實際輸出的基波電壓不再隨M線性變化，這種情況下稱控制器已經飽和。因此，輸出電壓僅僅部分受控。由於在飽和區間上調製器失去了對輸出電壓的控制，因此輸出電壓波形逐漸發生畸變，且含有基波分層的低頻諧波成分。過調製最終得結果是輸出六階梯波，這相當於各相橋臂工作在方波輸出狀態。輸出電壓波形中脈衝數目減少的過程被稱為過調製。m=1.5時，過調製的自然採樣PWM如圖所示。

M為1.5時，過調製的自然採樣PWM

過調製模式

一般來說，正弦脈寬調製有三個工作區：線上性區中，正弦參考波幅值保持小於三角載波的峰值。在恆定的直流環節電壓下，交流側輸出相電壓基波分量隨參考調製波幅值呈線性變化；當參考調製波幅值超過三角載波峰值時，開始丟失脈衝，輸出電壓與參考調製波之間喪失線性關係，進入非線性區。此時，不同的調製方式有著不同的非線性電壓增益特性。所以，在這個區域中工作以及隨後過渡到方波工況都需要過調製策略，以補償增益特性。對於電機調速系統，可能限制速度和轉矩的調節；對於電網接口的變流器，可能限制網壓的調節範圍，影響在低諧波下保持所需電壓和功率因數的處理能力。

正弦脈寬調製的電力電子開關門極驅動信號

利用調製指數m作為電壓增益的判據，在正弦脈寬調製、而且參考波為純正弦形的情況下，線上性調製區的終點，最大調製指數達到 ；當這個參考調製波通過注入零序信號加以修正時，如加上三次諧波時，調製指數為 。空間矢量調製可以用等效三角載波比較法實現，這時的參考波是在正弦波上注入馬鞍形零序信號修正出來的，所以參考電壓矢量增大到觸及六邊形的某個邊時，調製指數也可達到0.907.所以說，各種線性調製方法的可控範圍都在這點上終結。

方波模式可能的最大輸出電壓相應於調製指數m=1。在 的中間區域，採用過調製方法實現控制。在這個區域中，通過修正參考電壓矢量的相位角和幅值，把原來的參考電壓矢量改變，並提供給調製器。根據參考電壓矢量的修正程度，過調製方法有兩種模式：過調製模式Ⅰ（修正的連續參考信號）和過調製模式Ⅱ（修正的斷續參考信號）。

過調製模式Ⅰ

此時，改變幅值得到修正參考電壓矢量，它的軌跡處於六邊形的內接圓和外接圓之間。保持相位的同時改變幅值的出發點，是使參考電壓矢量具有所期望的基波分量。在這種模式下，參考電壓矢量的軌跡是一個半徑 的圓，只要這個圓位於六邊形之內，就相當於正弦調製。逆變器的控制裝置選擇相鄰的有效電壓矢量或零電壓矢量，相應的接通時間可按空間矢量有關方法計算，隨著調製指數慢慢增大，參考電壓矢量不再在圓形軌跡上。若在特定相位角上修正參考電壓矢量，使其從圓形軌跡移到六邊形的一個邊上去，直到與下一個頂角等距的那個點位置，在該六邊形的邊上，零序電壓矢量的接通時間為0。過調製模式Ⅰ的界限 。

過調製模式1

過調製模式Ⅱ

當調製指數高於0.952時，進入該區域。同時改變幅值和相位角來修正參考電壓矢量，在某個預定的相位角下圓弧AB的長度減小為零。就是說，它的軌跡變為純六邊形的。在這種狀態下，改變相鄰兩個電壓矢量的占空度，控制參考電壓矢量，沿邊線軌跡的移動速度。隨著調製指數m的增大，在六邊形邊線中點的速度變得更高，愈接近頂點愈小，在六邊形頂點上的速度為零。當沿邊線的速度變成無窮大時，過調製模式Ⅱ最終收斂於方波模式。

過調製模式的電流波形

影響

所謂過調製，即調製比m>1的調製，這種調製常用在諸如感應電動機傳動一類的感性負載時，使逆變器運行在過調製區。逆變器採用SPWM時，其輸出電壓的基波幅值與調製比m的有如下關係：基波幅值隨著m的增大而增大，在m=0~1區間內，基波幅值隨著m的增大而線性增加；在m=1~3.24區間內，基波幅值隨著m的增大呈非線性增加；在m≥3.24時，曲線呈飽和狀態，基波幅值不再隨著m的增大而增大，而是隨著m的增大保持恆定不變。所以可以把基波幅值與m的關係曲線分成三個區域：m=0~1區域為線性區域，也稱為調製區域；m=1~3.24區域為非線性區域，也稱為過調製區；m≥3.24區域稱為方波區域。

在m=0~1的線性區域（調製區域），是正常使用的SPWM區。在這一區域內，基波電壓幅值與m成正比，諧波總含量較小，但各別諧波的幅值較大，波形畸變率與載波比N有關，但基波幅值與N無關（當N>9時）。在m=1~3.24的非線性區域（過調製區）是非正常使用區域，是只有在諸如感應電動機傳動一類感性負荷時才使用的過調製區。在這一區域內，基波電壓幅值與m呈非線性增加，諧波總含量較大，但各別諧波的幅值較大的現象不一定再存在，波形畸變率與載波比N的關係較小，但基波幅值與N值有關（在N較大時）。在m≥3.24時，逆變器輸出電壓的波形將從脈寬調製波趨變成方波。

輸出電壓的基波幅值與m的關係曲線