高壓逆變器是可再生能源系統的重要組成部分，這些逆變器依賴脈寬調制(PWM)來控制電力轉換過程。PWM使得波形生成和電力質量的精確控制成為可能，同時有效地抑制諧波。通過調節電壓脈沖的寬度，可以在高壓逆變器中近似出所需的交流波形，從而實現有效且平穩的電力傳輸給負載。

載波波形的形狀在與參考信號進行比較時區分了不同的PWM技術。主要的三種載波基礎PWM技術包括三角波、正弦波和鋸齒波。這些PWM方法在處理諧波失真方面各有優缺點，影響其在不同高壓應用中的適用性，因此需要進行比較分析，以便根據具體使用情況提供更好的選擇依據。

PWM與諧波分析概述

通過在固定周期內變化電壓脈沖的寬度，PWM控制輸送給負載的電壓。載波基礎PWM使用高頻載波波形(如鋸齒波、正弦波或三角波)生成逆變器的開關脈沖，并將其與低于調制信號的參考波形進行比較。

在載波基礎PWM中，一個關鍵參數是調制指數，它定義了調制波形的幅度(Am)與載波波形的幅度(Ac)之間的比率。當調制指數(M)等于或小于1(線性調制區域)時，輸出電壓波形與參考調制波形非常相似，從而確保高質量的交流電壓輸出，失真度最低。然而，當調制指數大于1(過調制區域)時，參考電壓超過載波波形，雖然輸出電壓增加，但代價是波形的失真增大。

另一個需要考慮的PWM方面是開關頻率(fs)與輸出頻率(fo)之間的頻率比，必須足夠高以確保平穩的輸出，并將諧波移到更高的頻率，便于過濾。在給定周期(t)下生成的PWM信號可以通過以下公式進行近似，該公式比較了所需輸出波形(Vm(t))和載波波形(Vc(t))。

其中(Vdc)是PWM的高電平電壓。

分析載波基礎PWM在開關操作過程中產生的諧波，對于理解高壓逆變器的效率和性能至關重要。PWM信號中的開關頻率諧波通常更容易使用LC低通濾波器進行過濾，并且發生在更高的頻率。高諧波會增加逆變器的損耗，降低效率和使用壽命(由于過熱)，增加電磁干擾(EMI)，并降低電力質量。

鋸齒波、三角波和正弦波PWM技術

在高壓逆變器中，諧波失真的控制依賴于載波信號的選擇。除了針對特定邊帶諧波的諧波濾波器設計之外，對三種載波基礎PWM進行基于應用的比較是非常必要的。

在鋸齒波調制過程中，波形的幅度和頻率是影響載波波形線性上升和急劇下降的主要特性之一。在這種情況下，調制指數由波形的幅度決定，而載波頻率則受到開關發生速度的影響。就不對稱性和諧波影響而言，該PWM技術的特征在于增加的邊帶諧波含量，這源于不均勻的脈沖寬度。這以及開關頻率(fs)顯著影響輸出波形的質量。此外，載波信號的尖銳邊緣產生的低階諧波由于其顯著特性，使得過濾變得困難。就最合適的應用而言，鋸齒波載波在瞬態響應至關重要的高速度開關應用中效果最佳。

正弦波載波的特征是其平滑且連續的波形，類似于參考調制波形。在引入正弦波PWM的調制概念之前，有必要先看一下三角波形，以理解它們與正弦信號的關系。三角波形在一個完整周期內線性上升和下降，從而產生更平衡的開關間隔。這導致諧波能量集中在可預測的頻率上，進一步通過最小化低頻成分提高載波信號的整體性能。與鋸齒波PWM相比，三角波PWM展現出更好的諧波特性和較低的失真，適合用于電機驅動和可再生能源集成中的扭矩控制等需要平滑輸出和均衡開關模式的應用。

在PWM信號的生成中，高頻三角波載波波形與正弦波形進行比較，兩個信號的交點被用來確定開關時刻。直接影響最終PWM輸出的一個主要因素是三角波載波的開關頻率。較高的載波頻率會增加開關損耗，另一方面則提高PWM信號的分辨率。PWM信號的占空比與參考信號的正弦變化相匹配，生成的平滑波形需要較少的過濾，以產生正弦輸出。與其他載波基礎PWM技術相比，鋸齒波PWM的總諧波失真(THD)最低，得益于其在跟蹤參考信號方面的精確性。

總結

經過對THD、諧波分布和實施復雜度的比較分析，工程師們在設計高壓逆變器時能夠獲得更好的見解，從而做出合適的選擇。

通過這次分析得出：

正弦波PWM是高壓逆變器和并網系統中最合適的選擇，因為它具有最低的THD、有效的諧波分布和優質的波形。

三角波PWM提供了適中的復雜性和均衡的諧波特性，最適合于通用逆變器和電機驅動。

鋸齒波的高諧波失真特性最適合低精度應用。