什么是载波频率_载波频率高低有什么用 - 全文

　　载波频率的定义

　　变频器（开关频率）载波频率，大多是采用PWM调制的形式进行变频的。也就是说变频器输出的电压其实是一系列的脉冲，脉冲的宽度和间隔均不相等。其大小就取决于调制波和载波的交点，也就是开关频率。开关频率越高，一个周期内脉冲的个数就越多，电流波形的平滑性就越好，但是对其它设备的干扰也越大。载波频率越低或者设置的不好，电机就会发出难听的噪音。通过调节开关频率可以实现系统的噪音最小，波形的平滑型最好，同时干扰也是最小的。

　　载波频率是在信号传输的过程中，并不是将信号直接进行传输，而是将信号负载到一个固定频率的波上，这个过程称为加载，这样的一个固定频率。严格的讲，就是把一个较低的信号频率调制到一个相对较高的频率上去，这被低频调制的较高频率就叫载波频率，也叫基频。

　　载波频率的设计参数

　　电压与频率

　　对电压≤500V的变频器，当今几乎都采用交—直—交的主电路，其控制方式亦选用正弦脉宽调制即SPWM，它的载波频率是可调的，一般从1-15kHz，可方便地进行人为选用。但在实际使用中不少用户只是按照变频器制造单位原有的设定值，并没有根据现场的实际情况进行调整，因而造成因载波频率值选择不当，而影响正常使用，因此在变频器使用过程中如何来正确选择变频器的载波频率值亦是重要的事。

　　功率与频率

　　功率模块IGBT的功率损耗与载波频率有关，且随载波频率的提高、功率损耗增大，这样一则使效率下降，二则是功率模块发热增加，对运行是不利的，当然变频器的工作电压越高，影响功率损耗亦加大。对不同电压、功率的变频器随着载波频率的加大、功率损耗具体变化。

　　温度与频率

　　当变频器在使用时载波频率要求较高，而且环境温度亦较高的情况下，对功率模块是非常不利的，这时对不同功率的变频器随着使用的载波频率的高低及环境温度的大小，对变频器的允许恒输出电流要适当的降低，以确保功率模块IGBT安全、可靠、长期地运行。电动机功率大的，相对选用载波频率要低些，目的是减少干扰（对其它设备使用的影响），一般都遵守这个原则，但不同制造厂具体值亦不同的。

　　载波频率的应用

　　1、变频器

　　变频器的载波频率就是决定逆变器的功率开关器件（如：IGBT）的开通与关断的次数，因此，也称开关频率。它主要影响以下几方面：功率模块IGBT的功率损耗与载波频率有关，载波频率提高，功率损耗增大，功率模块发热增加，对变频器不利；载波频率对变频器输出二次电流的波形影响：当载波频率高时，电流波形正弦性好，而且平滑。这样谐波就小，但是干扰相对要大，反之就差，当载波频率过低时，电机有效转矩减小，损耗加大，温度增高的缺点，反之载波频率过高时，变频器自身损耗加大，IGBT温度上升，同时输出电压的变化率dv/dt增大，对电动机绝缘影响较大。假设SPWM波的载波频率为fc，基波频率为fs，fc/fs称为载波比N，对于三相变频器，当N为3的整数倍时，输出不含3次谐波及3的整数倍谐波。且谐波集中载波频率整数倍附近，即谐波次数为：kfc±mfs，k和m为整数。实际的SPWM波，其载波比不一定为整数，此时，为了降低频谱泄露，可适当增加傅里叶窗口长度，对多个基波周期的PWM进行傅里叶变换（FFT或DFT）。

　　2、发电机

　　电驱动控制系统是以电能为能源，通过电机本体、驱动器、控制器和传感器等环节进行能量变换的电机系统。随着微电子技术、电力电子技术、电机制造技术以及新型材料技术的飞速发展，特别是现代控制理论技术研究的不断进步与深入，电驱动控制系统已经广泛应用于工业、农业、航空航天等多个领域，成为传动系统的主流实现永磁同步电机系统的高性能控制，获知电机转子的位置信号是必不可少的。在传统的驱动系统中，这些信号通常采用光电编码器或旋转变压器来检测，这类机械式传感器存在机械安装、电缆连接、故障等问题，降低了系统的可靠性，而且增加了系统的体积和成本，这都限制了永磁同步电机系统的应用范围。

　　3、无位置传感器

　　为了解决机械式传感器带来的各种缺陷，无位置传感器控制技术得到了广泛的研究和应用。目前，无位置传感器控制技术研究主要分为两类：基波激磁估算法和高频信号成份法。基波激磁估算法主要基于电机的基波动态模型。这类方法具有良好的动态性能，但对电机参数变化敏感，鲁棒性差。在这类方法中，用于转子位置估算所需的基波参数与电机转速成正比，限制了其在零速和低速范围的应用，只适用于电机在中、高速范围内的无位置传感器运行为实现全速域范围内都能精确估算转子的位置信号，一些文献提出了高频信号成份法。这类方法要求电机具有一定程度的空间凸极性，通过追踪电机转子的空间凸极效应以获得转子的位置信号，因此对电机参数的变化不敏感，鲁棒性好。在这类方法中，载波频率成份法利用逆变器本身的载波频率成份信号，无需外加高频激励就能实现系统的无位置传感器运行，已成为无位置传感。

　　载波频率高低有什么用

　　从变频器温升考虑一般我们会把载波频率调的低一些，有助于降低IGBT的温度，减少高频干扰，当然会增加电磁噪音另外载波频率越高，单位时间内能够承载的信息量就会越大。

　　载波频率对电动机的运行有什么影响

　　1．提高载波频率的好处

　　（1）改善电流波形。适当提高载波频率，可以改善电流波形，如图2-20a所示。

　　（2）减小电磁噪声。产生电磁噪声的原因是：与载波频率相同的谐波电流使定子铁心的硅钢片中产生涡流，各硅钢片的涡流之间产生相互作用力，导致铁心振动而发出噪声，电磁噪声的频率与载波频率相同。如果载波频率处于人耳的敏感频率区，电磁噪声就比较“大”（实际上是人们听觉上比较敏感）。适当提高载波频率，可减小甚或消除噪声（实际上是人们“听”不到了）。

　　2．提高载波频率的缺点

　　（1）变频器的输出电压减小。变频器的逆变桥中，上下两个逆变管是在不停地交替导通的，其线电压波形如图2-20b所示。为了保证只有在一个逆变管完全截止的情况下，另一个逆变管才开始导通，在交替导通过程中必须有一个死区△t（等待时间），如图2-20c所示。

　　图2-20逆变管交替导通时的死区

　　a）输出电流波形b）线电压波形。

　　由于死区实际上是不工作区，所以，载波频率越高，则每个周期中死区的累计值（不工作区）越大，变频器输出电压的平均值越低。在负载转矩相同的情况下，电动机的电流偏大。

　　（2）使距离较远的电动机运行不正常。当电动机与变频器之间的距离较远时，则载波频率越高，由线路的分布电容和分布电感引起的不良效应（如电动机侧电压升高、电动机振动等）越大。

　　（3）对其他设备的干扰增大。载波频率越高，高频电磁场的辐射能量越大，对其他设备的干扰越严重。