三相感应电机驱动器的变频分析.doc

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1、三相感应电机驱动器的变频分析摘要——交流电机驱动器广泛应用于控制电机的转速，例如输送系统的速度，吹风机、水泵、机械工具的转速，以及应用于其他随着转矩的改变需要改变转速的地方。全系统运行过程：输入交流电压，输入电压通过可控硅整流器整流为直流电并输出，通过并联电容进行滤波，然后输送给PWM逆变器。通过控制PWM逆变器产生一个理想的适合频率的正弦电压，经过串联的电感和并联的电容来滤波，然后提供给鼠笼式感应电机。关键词——PWM逆变器，可控硅整流器，三相感应电机。1、介绍可调速交流机械系统安装有变频驱动器。变频驱动器

2、是一个电力电子部件，用来控制电机的转速。它把固定的电压和频率转变为可调的电压和频率，来控制电机的转速。逆变器的类型很多，根据构成的相数、应用功率二极管器件的类型、换相原理和输出波形来分类。这里研究的重点是三相逆变电路，通过三相逆变电路把直流电逆变为三相变频变压的交流电。三相逆变器也应用于要求交流电频率可控的电路中。在使用中，三相交流电被整流成直流电，然后经过电容滤波使谐波含量降到最低。交-直-交变频中的直流环节就是为了降低谐波而设计的。通过三相全控电力晶体管桥得到直流，可控直流通过转换器转化为可控脉冲，这些可

3、控脉冲提供给逆变桥电路，产生变频变压交流电，并输出，提供给感应电机用来控制电机的转速。2、感应电机驱动器的变频过程2.1.交流电机变频驱动器传统变频驱动器（熟知的压频比V/Hz）通过固态控制单元来改变电机的频率和电压。图1调速控制系统方框图变频的基本步骤如图1所示，电路有直流环节转换器。第一个步骤是把60Hz的交流电转换为直流电，第二个步骤是把这个直流电转换为所需频率的交流电。2.2感应电机变频驱动器中的晶体管脉宽调制是现代发展起来的控制交流输出的重要技术，例如通过电力电子变频器来控制交流输出就是熟知的脉宽调

4、制(PWM)。脉宽调制通过改变变频器通断周期的占空比，来控制输出的电压和频率。原则上，所有的调制设计都是为了得到一连串开关脉冲，它们有一样的伏秒特性，并作为任何时刻的目标参考波形。这一连串的开关脉冲的主要的不同是：它们也包含了不想要的谐波分量。这些谐波应该被过滤，并抑制到最小。生成PWM波形的三个主要方法。如下：（1）在目标参考波形和高频三角载波的交叉点时刻控制功率开关器件的通断（自然采样法）。（2）在目标参考波形和高频三角载波的交叉点间规则采样，在对应的时刻通断功率开关器件（规则采样法）。（3）把目标参考波

5、形作为矢量，它的幅值矢量和相位矢量所构成的面积与载波矢量构成的面积相等时，通断功率开关器件（空间矢量PWM）。图2脉宽调制变频驱动的基本电路拓扑图3规则不对称采样脉宽调制2.3感应电机同步转速的变频控制Ns=120f/p，而，f=电源频率p=极数同步转速正比于电源的频率。因此，可以在满额负载转速以下或以上进行调速，通过改变电源的频率，来调节同步转速和电机转速。定子中的感应电压（E）与差频和空气间隙磁通量的乘积成正比。如果定子的压降被忽略，则电机端口电压正比于频率和磁通量的乘积。如果端口电压不变，而电源频率降低

6、会导致空气间隙磁通量增加。感应电机被设计运行在电磁特性的拐点处，以便充分利用磁性材料。因此随着磁通量的增加将会使电机饱和，这将会导致磁化电流的增加，使线电流和线电压失真，导致铁心损耗和定子铜损的增加，并产生高分贝噪音。从饱和效应考虑，当磁通量增加到超过额定值时是不利的。为了保持电机的转矩不应降低磁通量。所以，在低于额定频率时，变频控制通常通过降低机械的相电压（V）来实现，同时伴随着在磁通量保持恒定情况下频率的变化。在额定频率之上时，因为定子绝缘性的限制或电源电压的限制，电机运行在恒定电压下。并且单位频率k是K

7、=f/frated而f=运行频率frated电机额定频率2.4在额定频率下运行（K<1）通常情况下电机首选在恒定磁通量下运行。如果Im在所有运行点保持恒定，电机将会在恒定磁通量下运行。从图3所示能写出在电机额定运行情况下的等式：而Lm=磁化电感图4多相感应电机的单相等效电路当电机在频率f下运行时，通过比较这几个等式，得出如果E=KErated，Im将会保持恒定，并且与额定值相等。所以，如果反电动势随着频率同比例变化，磁通量将会保持恒定。换句话说，当（E/f）比率保持恒定时，磁通量将会保持恒定。电机在恒定比率（

8、E/f）下运行，而是在额定频率下的同步转速现在的转矩是：现在，在给定频率下E保持恒定。通过空隙的功率将会最大，当静差为Sm时，或所以，在恒定磁通量下的变频控制，无论在运行还是回馈制动时，停止转矩在所有频率下都保持恒定。如等式所示一个恒定值（SK），转子电流和转矩T是恒定值。如果作为一个参考矢量，那么的滞后相位通过下式可以得到，因此对于一个给定值（SK），也保持恒定，电机电流也会保持恒定。因此，当磁通