脈衝幅度調製

脈衝調製方式是減少逆變器輸出電壓中所含低次諧波成分的有效方法, 同時又具有調整輸出頻率和輸出電壓的功能, 因此在電氣工程及電力工業領域得到了廣泛的發展和套用.

基本介紹

• 中文名：脈衝幅度調製
• 外文名：pulseamplitude modulation

脈衝調製方式

脈衝調製方式主要有脈衝幅度調製( PAM )、脈衝寬度調製( PWM )、脈衝頻率調製( PFM ) 3種. 其中前兩種調製方式使用較多, 特別是PWM 方式, 以其良好的變壓變頻特性和諧波抑制效果在變流系統控制、電機控制及其他電氣工業領域受到普遍重視. 但是PWM 系統在結構、控制、操作、調試和維護方面都相對比較複雜和困難,加上PWM方法實施過程中一些措施的影響, 如死區時間的存在會使變頻器不能完全精確地復現PWM控制信號的理想波形, 不能精確地實現控制目標, 或產生更多諧波並造成輸出轉矩脈動, 或使電流、磁鏈跟蹤性能變差, 這些因素都使得PWM 方式在某些套用場合不能得到令人滿意的控制效果. 而作為受關注程度遠不如PWM 方式的PAM 方式, 則具有開關損耗低、控制簡單、系統效率高等特點; 同時, PAM 方式能夠以較低的開關頻率達到與PWM 方式相近的諧波消除效果, 這也是PAM 方式的一個顯著優點. 近十年來, 在電力電子與電機控制領域, PAM 技術得到了一定的研究與套用. 文獻[ 1􀀂3]研究了基於PAM 逆變器的異步電機系統及其矢量控制和解耦控制. 而無刷直流電機的PAM 控制技術也得到了較多的研究, 研究成果表明, PAM方式控制的無刷直流電機系統具有更高的整體效率. 在多電平變換器技術中, PAM方式的諧波抑制效果接近PWM 方式. 文獻提出了一種PAM /PWM 混合調製技術, 成功地減小了逆變器直流側電容電流的脈動, 降低了電容的功耗和定額, 延長了電容的使用壽命. 因此, PAM 逆變器是一個很值得研究的方向, 而研究如何降低其輸出電壓中的諧波含量也具有重大的現實意義.

概述

通常人們談論的調製技術是採用連續振盪波形(正弦型信號)作為載波的，然而，正弦型信號並非是唯一的載波形式。在時間上離散的脈衝串，同樣可以作為載波，這時的調製是用基帶信號去改變脈衝的某些參數而達到的，人們常把這種調製稱為脈衝調製。通常，按基帶信號改變脈衝參數(幅度、寬度、時間位置)的不同，把脈衝調製分為脈幅調製(PAM)、脈寬調製(PWM, Pulse Width Modulation)和脈位調製(PPM)等。

所謂脈衝振幅調製，即是脈衝載波的幅度隨基帶信號變化的一種調製方式。如果脈衝載波是由衝激脈衝組成的，則前面所說的抽樣定理，就是脈衝振幅調製的原理。但是，實際上真正的衝激脈衝串是不可能實現的，而通常只能採用窄脈衝串來實現，因此，研究窄脈衝作為脈衝載波的PAM方式，將更加具有實際意義。

設脈衝載波以s(t)表示，它是由脈寬為τ秒、重複同期為秒的矩形脈衝串組成，其中是按抽樣定理確定的，即有秒。其產生方框圖為 (a)所示，基帶信號的波形及頻譜如圖 (b)所示；脈衝載波的波形及頻譜如圖（c）所示；已抽樣的信號波形及頻譜如圖 (d)所示。

比較採用矩形窄脈衝進行抽樣與採用衝激脈衝進行抽樣(理想抽樣)的過程和結果，可以得到以下結論：

（1）它們的調製(抽樣)與解調(信號恢復)過程完全相同，差別只是採用的抽樣信號不同。

（2）矩形窄脈衝抽樣的包絡的總趨勢是隨上升而下降，因此頻寬是有限的；而理想抽樣的頻寬是無限的。矩形窄脈衝的包絡總趨勢按Sa函式曲線下降，頻寬與τ有關。τ越大，頻寬越小，τ越小，頻寬越大。

（3）τ的大小要兼顧通信中對頻寬和脈衝寬度這兩個互相矛盾的要求。通信中一般對信號頻寬的要求是越小越好，因此要求τ大；但通信中為了增加時分復用的路數要求τ小，顯然二者是矛盾的。