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感应电机的传动

感应电机的速度和电机的转差率决定，同步转速与电源频率有关，可通过调节攻击电动机的电压或电流来控制，可从下面几个作用原理调节感应电动机的转速：

(1)变压恒频或定子电压控制；

(2)变压变频调速控制；

(3)变电流变频调速控制；

(4)电机转差率的调节。

其中，变压变频调速控制，将在下文介绍。

方波逆变器传动

电压型逆变器(也称为电压源逆变器VSI)，通常风为两种类型:方波逆变器和脉宽调制逆变器，这种类型的逆变器在十九世纪六十年代初期就被引进，其中包括完善的强制换向技术。图1所示为一个方波逆变器传动的基本电路图。

图1 变压变频调速方波感应电机驱动器

一交流电压经一个三相桥整流器整流为可变电压的直流，这一直流在强制换向逆变器的输入端有重要作用。逆变器产生了可变电压可变频率的电源供电来控制电机的转速，逆变器之所以称为电压型逆变器是因为一个大的滤波电容提供给逆变器一个恒定不变的电压，而且逆变器的输出电压波形不受负载特性的影响。通常情况下，逆变器各桥臂的每个晶闸管导通角为180度，在相对于直流电源的虚拟中心点的相上输出方波电压。如图所示，输出的线电压是六脉波。由于感应电机有一滞后功率因数负载，逆变器晶闸管需要强迫换向，反溃二极管的滤波电容为交流侧向直流侧反馈能量提供通道，由直流电压源的箝位作用，来维持交流侧输出电压波形。该二极管也参与了该整流和制动过程。

变压变频控制电机转速的原理可用图2和图3来说明。电机用这种方式传动有较低

图2 异步电机调速的压频曲线

图3 电机在恒转矩和恒功率时的转矩-转速曲线

的转差率特性，这将会提高电机的效率。电机的转速仅通过调节它的同步转速或调节逆变器频率来改变。然后随着频率的增加，电机的气隙磁通下降，使电机的转矩降低。如果电压随着频率变化时，并使其恒比例变化，气隙磁通量将会像在直流电机中那样保持不变。图2描述了电动机的理想电压与频率关系。在基频（1.0PU）以下，恒压频比控制调节时，气隙磁通量基本保持不变，这就是恒转矩调节。在频率很低的情况下，定子阻抗远大于漏阻抗，因此提升电压用来补偿这种影响。在基频以上，如图所示，随着频率的增加，由于气隙磁通减少转矩下降，电机运行在恒功率情况下。这就类似于直流电机弱磁情况下的调速。电机在恒转矩和恒功率时的转矩--转速曲线如图3所示，在特定电机中，每条转矩--转速曲线对应唯一的电压和频率，分别对应于不变负载和可变负载情况下的两个稳态运行点A和B，如图所示。电动机可以在可变最大转矩下从零开始加

速，然后在恒磁通变转差率控制情况下或在恒转差率变磁通控制情况下运行到稳定状态，在稳定运行状态时磁通和转差率同时调节，增加了电机的效率。

电压型方波驱动器通常用于中小功率的工业应用，其调速范围通常限制为10：1。最近，这种传动驱动器很大程度上已被PWM驱动器所取代，PWM驱动器将在下一小节介绍。电压型逆变器适用于多数电动机传动中，许多感应电机的速度可以被降下来。

PWM逆变传动

在上一小节所介绍的可变电压变频调速逆变传动中，直流环节电压由一个整流二极管使其可以保持不受控制，并且基频输出电压可控制的电子内部的逆变器采用脉宽调制技术。在此方法中，晶闸管在半个周期内多次导通和关断，以产生一个可变输出电压，这通常是在低谐波含量时。其中几个脉宽调制技术，正弦脉宽调制是最常见的，其原理图见图4。

图4 脉宽调制原理图

一个等腰三角形载波与正弦信号做比较，两者的交点确定逆变器开关器件的通断。除在低频范围内，载波是同步信号，保持偶数调制比（三的倍数）不变，以改善谐波含量。基频输出电压可以通过调制信号的改变来调节。从图中可以看出，调制指数少于一个单位，只有载波频率的想与基本频率相关频带出现在输出端。与方波相比较，这样的

波形产生相当少的谐波热量和转矩脉动。电压将会增加超出一个单位的调制序列，直到在方波中获取最大电压。因此，PWM电压控制，是适用于恒转矩区域（见图2），而在恒功率区域中的运行与方波传动完全相似。

近年来，选定消谐的PWM技术得到广泛关注。在次方法中，换向点在指定的方波角度上产生，这种方波允许有消除选定谐波的电压控制。换向角也可以进行调制，以使特定负载情况下的谐波电流有效值最小。微型计算机尤其适应这种类型的PWM技术，其中，角度的查询表可以储存在ROM存储器中，在PWM技术中，变换器开关是受控的，以便当前波形保持局限在关于参考波的滞后作用带之内造成低谐波电流。

尽管在PWM传动系统中，谐波损耗已显著改善，但是逆变器的效率在某种程度上，由于每半个周期的多次换向，在设计完善的PWM传动系统中，应在器件允许的条件下增加换向频率，以便在逆变器损耗的增加和电机损耗的降低之间找到一个合适的平衡点。简单控制和前后使用的电力整流二极管改善了线性失真和功率因数，减小了滤波器的大小，并且提高了系统运行的可靠性，由于直流环节电压是相对恒定的，在整个基波电压范围内，晶闸管换向是令人满意的。此外，在低频区域内，根据电机在最大转矩时的静态特性可知，低次谐波和最小转矩振动使速度调节范围变宽。由于直流环节电压是不可调的，所以大量独立控制的逆变器可在单相整流供电回路中工作，这将会节省大量整流成本。该传动系统可以不间断运行，是因为通过改变直流环节的电源，尽可能减少了交流线路的能量损失。在一电池或直流电源传动系统中诸如电力机车或地铁驱动中，电源可直接吸收制动回馈能量。