过调制

通信领域术语

过调制是指调制信号的某些峰值超过所考虑的系统或设备的最大允许值的状态。

定义

过调制是指调制信号的某些峰值超过所考虑的系统或设备的最大允许值的状态。

任何电路在一定的工作范围内，输入量与输出量能满足某种给定的关系，大多数是线性关系，也有一些是非线性关系。通常要求调制器工作在线性范围内，因此作为输入量的多路信号，其峰值应落在调制器的线性工作范围内。由对多路信号幅度分布的讨论可知，它的幅值在峰值附近出现的概率很小。因此，在设计主载波调制器时，适当地允许多路信号的峰值超过调制器的线性范围是可以的。我们把这种技术措施称为过调制或超调制。

工作区域

位于失去线性控制（m=1.15）和完全失去控制（m=1.27）之间区域称做过调制区域。当出现过调制时，调制比M超出三角载波的峰值。当m>1或者m>1.15时，实际输出的基波电压不再随M线性变化，这种情况下称控制器已经饱和。因此，输出电压仅仅部分受控。由于在饱和区间上调制器失去了对输出电压的控制，因此输出电压波形逐渐发生畸变，且含有基波分层的低频谐波成分。过调制最终得结果是输出六阶梯波，这相当于各相桥臂工作在方波输出状态。输出电压波形中脉冲数目减少的过程被称为过调制。m=1.5时，过调制的自然采样PWM如图1所示。

过调制模式

一般来说，正弦脉宽调制有三个工作区：在线性区中，正弦参考波幅值保持小于三角载波的峰值。在恒定的直流环节电压下，交流侧输出相电压基波分量随参考调制波幅值呈线性变化；当参考调制波幅值超过三角载波峰值时，开始丢失脉冲，输出电压与参考调制波之间丧失线性关系，进入非线性区。此时，不同的调制方式有着不同的非线性电压增益特性。所以，在这个区域中工作以及随后过渡到方波工况都需要过调制策略，以补偿增益特性。对于电机调速系统，可能限制速度和转矩的调节；对于电网接口的变流器，可能限制网压的调节范围，影响在低谐波下保持所需电压和功率因数的处理能力。

利用调制指数m作为电压增益的判据，在正弦脉宽调制、而且参考波为纯正弦形的情况下，在线性调制区的终点，最大调制指数达到；当这个参考调制波通过注入零序信号加以修正时，如加上三次谐波时，调制指数为。空间矢量调制可以用等效三角载波比较法实现，这时的参考波是在正弦波上注入马鞍形零序信号修正出来的，所以参考电压矢量增大到触及六边形的某个边时，调制指数也可达到0.907.所以说，各种线性调制方法的可控范围都在这点上终结。

方波模式可能的最大输出电压相应于调制指数m=1。在的中间区域，采用过调制方法实现控制。在这个区域中，通过修正参考电压矢量的相位角和幅值，把原来的参考电压矢量改变，并提供给调制器。根据参考电压矢量的修正程度，过调制方法有两种模式：过调制模式Ⅰ（修正的连续参考信号）和过调制模式Ⅱ（修正的断续参考信号）。

过调制模式Ⅰ

此时，改变幅值得到修正参考电压矢量，它的轨迹处于六边形的内接圆和外接圆之间。保持相位的同时改变幅值的出发点，是使参考电压矢量具有所期望的基波分量。在这种模式下，参考电压矢量的轨迹是一个半径的圆，只要这个圆位于六边形之内，就相当于正弦调制。逆变器的控制装置选择相邻的有效电压矢量或零电压矢量，相应的接通时间可按空间矢量有关方法计算，随着调制指数慢慢增大，参考电压矢量不再在圆形轨迹上。若在特定相位角上修正参考电压矢量，使其从圆形轨迹移到六边形的一个边上去，直到与下一个顶角等距的那个点位置，在该六边形的边上，零序电压矢量的接通时间为0。过调制模式Ⅰ的界限。

过调制模式Ⅱ

当调制指数高于0.952时，进入该区域。同时改变幅值和相位角来修正参考电压矢量，在某个预定的相位角下圆弧AB的长度减小为零。就是说，它的轨迹变为纯六边形的。在这种状态下，改变相邻两个电压矢量的占空度，控制参考电压矢量，沿边线轨迹的移动速度。随着调制指数m的增大，在六边形边线中点的速度变得更高，愈接近顶点愈小，在六边形顶点上的速度为零。当沿边线的速度变成无穷大时，过调制模式Ⅱ最终收敛于方波模式。

影响

所谓过调制，即调制比m>1的调制，这种调制常用在诸如感应电动机传动一类的感性负载时，使逆变器运行在过调制区。逆变器采用SPWM时，其输出电压的基波幅值与调制比m的有如下关系：基波幅值随着m的增大而增大，在m=0~1区间内，基波幅值随着m的增大而线性增加；在m=1~3.24区间内，基波幅值随着m的增大呈非线性增加；在m≥3.24时，曲线呈饱和状态，基波幅值不再随着m的增大而增大，而是随着m的增大保持恒定不变。所以可以把基波幅值与m的关系曲线分成三个区域：m=0~1区域为线性区域，也称为调制区域；m=1~3.24区域为非线性区域，也称为过调制区；m≥3.24区域称为方波区域。

在m=0~1的线性区域（调制区域），是正常使用的SPWM区。在这一区域内，基波电压幅值与m成正比，谐波总含量较小，但各别谐波的幅值较大，波形畸变率与载波比N有关，但基波幅值与N无关（当N>9时）。在m=1~3.24的非线性区域（过调制区）是非正常使用区域，是只有在诸如感应电动机传动一类感性负荷时才使用的过调制区。在这一区域内，基波电压幅值与m呈非线性增加，谐波总含量较大，但各别谐波的幅值较大的现象不一定再存在，波形畸变率与载波比N的关系较小，但基波幅值与N值有关（在N较大时）。在m≥3.24时，逆变器输出电压的波形将从脉宽调制波趋变成方波。

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