绕线异步电动机转子变频调速特性仿真研究
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表 １ 不 同调 制 波下 的输 出对 比
以同步速 旋转 ， 在转 子 旋 转 磁 场 和 定 子 电流 的相 互 作用下 。 电机 的定 子 会 产 生 电磁 力 和 电磁转 矩 。但
是定 子是 固定 不动 的 ， 据力 的相互 性 ， 电磁力 和 根 该 电磁 转矩 会反作 用 于 转 子 ， 步 电 动机 的转 子 以一 异
定 的速度 开始反 方 向旋 转 ， 现 了电 能 向机 械 能 的 实
转 换
收稿 日期 ： ｏ 】 ６一ｌ ２ Ｉ 一ｏ ８
转 子 变 频 电 源采 用 六 脉 波 双 变 量 交 交 控 制 方
作 者简介： 王永伟（９ 一）男， １ ８ ， 河南南阳 助理工程师， ９ 年 ６ 人， ｌ１ ９
１。
ｌ 转 子侧 交 交 变 频 原 理
三相 对 称绕 组 中通 入三 相 对 称交 流 电 ， 电机 内
部 就会 产生 以同 步 速 ／ 转 的旋 转 磁 场 。 绕线 式 ７ ， 旋
三相异 步 电动机 单 边励 磁 ， 转磁 场 会 分 别 切 割定 旋 转子绕 组并 感应 电势 。和感应 电机 正常 的运 行原 理
电流在 切换 时刻 变 化 比较 平 稳 ， 近 标 准 的 正 弦 变 接
４ ０
０
０５ ．
１ ． ０
１５ ．
２０ ．
２５ ．
３０ ．
时问， ｓ
图 Ｓ 不 同时 刻 切 换 时转 速 、 矩 转
另外 ， ２种 仿真 结果 分别进 行 纵 向 比较 ， 以 把 可 看 出 ， ４分频 向 ３ ５分频 切换 时 ，（ 从 ． 下转 第 ９ ６页）
图 ４ 不 同 时刻 切 换 时转 子 电流
６０ ０
． ．
时刻 分 别 为 １ ０ ５ １０ ０ １ ０ ５ Ｓ３ ５分 频 向 ３分 ． ５ ，． ４ ，． ６ ； ． 频切 换 时 ， Ｖ、 三 相 的切 换 时刻 分 别 为 ２ ０ ５ ｕ、 ｗ ．３ ，
２． ４５， ０２ 。 ０ ２． ０ Ｓ
节 约能源 已是 当今 世 界 工 业 发 展 的趋 势 ， 工 在 业 用 电量方 面 ， 电动 机 所 占 比例 不容 忽 视 ， 以 ， 所 对
和在 电机 定子 侧 进 行变 频 调 速 相似 ， 绕 线 式 把
电机 的 定 子 短 接 ， 转 子 侧 可 以进 行 变 频 ， 同频 段 在 不
釜。
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４
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满 足各 个 频 段 下 电机 转 速 达 到 稳定 的前 提 下 ， ２个
频段 可 以通 过采 用不 同 的切换 方式 来 达到 调速 的 目 的， 有直 接切 换 和各 相单 独切 换两 种选 择 ， 具体 设置
２个 带钩 丝杠 、 ２个 Ｕ型 卡 槽 、 １个 托板 及 ４个 ３ ０ｍｍ 的螺 帽组 成 １套 前 探 梁 挂 钩 ， 时 支 护 时 ２ 临
换 的 转 子 变 频 调 速 特 性 仿 真 研 究 ， 仿 真 电流 波形 来 看 ， 子 变 频效 果 良好 ， 够 满 足 现 场 生 产 的 需要 。 从 转 能
关 键 词 ： 步 电 动机 ； 子 变 频 ； 速 特 性 异 转 调
中 图 分 类 号 ：Ｄ １ Ｔ ６４ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ： ０ ０ ０ （ ０ １ ０ ０ ２ ０ １ ３— ５ ６ ２ １ ） ９— ０ ８— ２ ０
型钢顶 梁 。
部丝 杠 的螺 纹部 分 进 行 有效 防护 ， 防岩 石 崩 到 丝 以
杠 造成 丝杠 上 的螺纹 受损 ， 螺母 不 能 上下 调 动 ｕ 型 卡槽 和托板 。 （） ３ 若巷 道 架 棚 后需 进行 喷 浆 时 ， 浆 前 应 包 喷 严前 探梁 挂钩 ， 防喷浆 时对 其直 接喷射 。 严
有 变速 要求 的负 载 ， 用变 频调 速方 案 ， 采 可以 提高整 个系统 的运 行效 率 ， 而达 到节 能 目的 。 从
高 压 绕线 式 异 步 电动 机 ， 电机定 子 侧 变 频调 在
之 间的过 渡采用 不 同 的切 换 方式 时 ， 给 系统 的机 会 械、 电气性 能带 来一 定 的影 响 。
２ １ 年第 ９ ０１ 期
中 州煤 炭
总第 １９期 ８
绕 线 异 步 电 动 机 转 子 变 频 调 速 特 性 仿 真 研 究
王 永 伟 ， 明 远 冯
（ 平煤 股份 十 矿 ， 南 平 顶 山 河 ４７２ ） ６ ０ １
摘 要 ： 比 分析 了 高压 绕 线 电机 定 子 变 频 的缺 点 及 转 子 变 频 的 优 越 性 ， 述 了转 子 侧 交 交 变 频 原 理 ， 根 据 对 简 并 实 验 室 现 有 设 备 参 数 ， 立 了可 指 导试 验 的 系 统仿 真模 型 。在 此 基 础 上 ， 者 进 行 了单 频 段仿 真及 多 频 段 切 建 笔
构建 系 统模 型有 ２个关 键 点 ： 电机 模 型 和转 子 变频 电 源 。以实验 室现 有 的绕线 式三 相异 步 电动机 作为 试验 电 机 ， 体 参 数 如 下 ： 子 额 定 电 压 ３ ０ 具 定 ８ Ｖ； 定 电流 ６ ３Ａ； 子额 定 电压 １０ Ｖ， 定 电流 额 ． 转 １ 额 １ ． 额 定转 速 １ ０ ／ ｉ ； ８ ３Ａ； ３ｒｍ ｎ 额定 功率 ２ ８ｋ 额 ４ ． Ｗ； 定输 出转 矩 １ ． ｍ。仿 真 中将 电机模 型 的各 相参 ９ １Ｎ 数设 置 为接近试 验 中要 用 的 电 机值 ， 使仿 真结 果 更 具有 真 实性 和指 导意义 。 按 照 变频 器 输 出 电压 波 形 的不 同 ， 交 变频 器 交 可分 为方 波输 出 交交 变 频 器 、 弦 波 输 出 交交 变 频 正 器 和梯形 波输 出交交 变 频 器 ， 三者 主 要 特 点见 表
速 ， 功率器 件 的 电压 、 对 电流 耐 量 提 出 过 高要 求 ， 不 可 避免 地要 进行 功 率 电子 器件 的 串 、 联 。 这不 但 并 降低 了装置 的可 靠 性 ， 大 大 地 增 加 了投 资 。而绕 也 线 式 电动机 的转 子 变 频调 速 性 价 比较 高 ， 动 机 的 电 转 子绕 组 为低压 绕 组 ， 子变 频 器 的 电压 等 级 只要 转
・
化 ， 速过 渡平 滑 ， 以满 足连续 分频 调 速 的要 求 。 转 可
２ ・ ９
２ １ 年第 ９ ０ １ 期
中 州煤 炭
总 １９期 第 ８
径 要 比 圆钢 的直 径 略 大 ， 以方 便 活 动 。托 板 下方 采
螺纹 的防护 ， 保 使 用期 间螺 母 灵 活 方便 。在 软 岩 确
巷道 掘进架 棚施 工 期 间 ， 炮 前要 对 前 探 梁 挂 钩 下 放
用 螺 帽 固定 ， 以便 上下 移 动 。③ ｕ型卡槽 ： 部 分为 该
１ 个组 合 体 ， 由 ｕ型钢下 部取 ７ 是 ０ｍｍ（ 选 用 与 ｕ 要
型钢 相 同型 号 的 Ｕ型 钢 梁加 工 ｕ型 卡槽 ） 焊接 在 ， 内径 为 ３ ５ｍｍ、 ５ 长 ０ｍｍ 的钢 管上 。钢 管 下 部采 用 螺 帽 固定 ， 可 上下 移 动 ， 并 以便 卡 紧 永 久 支护 的 ｕ
无 死 区 、 范 围频 率 输 出 。 宽
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系 统 的仿 真 模 型如 图 １所 示 ， 主要 由六 相 电 源模 块 、 冲触发 输 出模 块 、 关 切 换 模 块 、 验 电 脉 开 实 机 和测量 模块 构 成 。通过 设置 开关 的 开通 和关 断时 刻， 实现 在线 调速 仿 真 。
毕 业于 北京煤炭 干部管理学院， 现从事矿山机电运 输工作。
・
式 ， 所谓 双变 量 ， 即控 制 角 和脉 冲宽 度 ６ 。第 ｌ
个 变量 Ｏ角 的控制 和相 控方 法 相 同 。第 ２个 变量 ｂ ｔ
２８ ・
２１ ０ １年第 ９期
王永 伟等 ： 线异 步 电动机 转 子变频 调速 特 性仿真 研 究 绕
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２ｏ ｏ
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根 据 上述 不 同方 式 的 时 间设 置 ， 到 系 统 的仿 得
真结 果 如 图 ２ 图 ５所示 ， 一 电流波 形 图 中 的 １ ２ ３ 、、、
４、 、 切 换 时 刻 点 。 ５ ６是
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直 接切 换 的 仿 真 结果 如 图 ２和 图 ３所 示 ， 在切
与电机 转子 电压 匹 配 即可 ， 样 可 以大 大 降 低 功率 这 器件 的电压 、 电流 耐量 ， 免 了功 率 器 件 复 杂 的 串 、 避 并联 ， 其 可靠性 得 到提 高 … 。 使
２ 仿 真 模 型 的构 建 及 结 果分 析
２ １ 系 统 仿 真 模 型 构 建 ．
百度文库
相似 ， 子绕 组 处 于 短 接 状 态 时 ， 组 内部 就 会 定 绕
有 电流产 生 。由于是 在转 子绕 组 中通 的三相 对称 电 流 ， 以 以转子 绕组 为参考 系 ， 所 旋转 磁场 相对 于转 子
综 合这 些变 频器输 出波形 的正 弦度 、 对称 度 、 谐 波含 量 以及 实际 中 对 电机 运 行 的影 响 ， 文 选择 梯 本 形 波调 制 ， 与双 变量 理论 结合 起来 ， 并 在转 子侧 进行 变 频调 速 的仿真 实验 。
图 ３ 直 接 切 换 时 转 速 、 矩 转
２ ２ 仿 真 结 果 分 析 ．
根 据 建 立 的 转 子 侧 交 交 变 频 调 速 系 统 仿 真 模 型 ， Ｍ ｔ ｂ ． ／ ｉ ｌ ｋ环 境 下 进 行仿 真 ， 真 时 在 ａｌ ６ ５ Ｓｍｕｉ ａ ｎ 仿 间为 ３Ｓ３个 频 段 的 工 作 时 间 由 Ｋ ～Ｋ 确 定 。在 ， ， 。
换 点 ０ ９，． 处 ， 子 电流 波 形 偏 离 理 想 正 弦波 ． １９ Ｓ 转
２ ０
蚕。
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形 的幅 度很 大 ， 速变 化 不 稳 ， 转 导致 转 矩 振 荡 剧 烈 ， 可 能会 使 电机产 生 大 量 的 不 规则 制动 力 矩 ， 坏 电 损 机轴 及 传动设 备 。 各 相单 独 切 换 的 仿 真结 果 如 图 ４和 图 ５所 示 。
图 ２ 直 接 切 换 时 转 子 电流
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３ 分频触发 脉冲输出
图 １ 系 统 仿 真 模 型 示 意
总第 １ ９期 ８
有 ２个 作 用 ： 封 闭可 能 出现 的各 种 环流 条件 ； 引 ① ②
导 电流 的换 向范 围 以及 保 证 实 现 自然 换 流 的条 件 。 该变 量 与负 载大 小 、 质 、 出频 率 、／ 以及 电源 性 输 Ｏ角 的 瞬时值 等 因素 有关 ， 而实 现交交 变 频器 无环 流 、 从
为 ： 频 向 ３ ５分 频 切 换 时 ， Ｖ、 三 相 的 切 换 ４分 ． Ｕ、 Ｗ
喜 。９ １ １ ． ． ０２ ￣ ０ ． ． ． ． ０ ０ ． ｔ 。５ １ １ １ ２ ２ ２ ． Ｊ ０ ． ９ ． １ － ． ０ １ ～ ５ ５ ０ — ０ １５ ０ — １ ５ — ５ —
以同步速 旋转 ， 在转 子 旋 转 磁 场 和 定 子 电流 的相 互 作用下 。 电机 的定 子 会 产 生 电磁 力 和 电磁转 矩 。但
是定 子是 固定 不动 的 ， 据力 的相互 性 ， 电磁力 和 根 该 电磁 转矩 会反作 用 于 转 子 ， 步 电 动机 的转 子 以一 异
定 的速度 开始反 方 向旋 转 ， 现 了电 能 向机 械 能 的 实
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收稿 日期 ： ｏ 】 ６一ｌ ２ Ｉ 一ｏ ８
转 子 变 频 电 源采 用 六 脉 波 双 变 量 交 交 控 制 方
作 者简介： 王永伟（９ 一）男， １ ８ ， 河南南阳 助理工程师， ９ 年 ６ 人， ｌ１ ９
１。
ｌ 转 子侧 交 交 变 频 原 理
三相 对 称绕 组 中通 入三 相 对 称交 流 电 ， 电机 内
部 就会 产生 以同 步 速 ／ 转 的旋 转 磁 场 。 绕线 式 ７ ， 旋
三相异 步 电动机 单 边励 磁 ， 转磁 场 会 分 别 切 割定 旋 转子绕 组并 感应 电势 。和感应 电机 正常 的运 行原 理
电流在 切换 时刻 变 化 比较 平 稳 ， 近 标 准 的 正 弦 变 接
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时问， ｓ
图 Ｓ 不 同时 刻 切 换 时转 速 、 矩 转
另外 ， ２种 仿真 结果 分别进 行 纵 向 比较 ， 以 把 可 看 出 ， ４分频 向 ３ ５分频 切换 时 ，（ 从 ． 下转 第 ９ ６页）
图 ４ 不 同 时刻 切 换 时转 子 电流
６０ ０
． ．
时刻 分 别 为 １ ０ ５ １０ ０ １ ０ ５ Ｓ３ ５分 频 向 ３分 ． ５ ，． ４ ，． ６ ； ． 频切 换 时 ， Ｖ、 三 相 的切 换 时刻 分 别 为 ２ ０ ５ ｕ、 ｗ ．３ ，
２． ４５， ０２ 。 ０ ２． ０ Ｓ
节 约能源 已是 当今 世 界 工 业 发 展 的趋 势 ， 工 在 业 用 电量方 面 ， 电动 机 所 占 比例 不容 忽 视 ， 以 ， 所 对
和在 电机 定子 侧 进 行变 频 调 速 相似 ， 绕 线 式 把
电机 的 定 子 短 接 ， 转 子 侧 可 以进 行 变 频 ， 同频 段 在 不
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满 足各 个 频 段 下 电机 转 速 达 到 稳定 的前 提 下 ， ２个
频段 可 以通 过采 用不 同 的切换 方式 来 达到 调速 的 目 的， 有直 接切 换 和各 相单 独切 换两 种选 择 ， 具体 设置
２个 带钩 丝杠 、 ２个 Ｕ型 卡 槽 、 １个 托板 及 ４个 ３ ０ｍｍ 的螺 帽组 成 １套 前 探 梁 挂 钩 ， 时 支 护 时 ２ 临
换 的 转 子 变 频 调 速 特 性 仿 真 研 究 ， 仿 真 电流 波形 来 看 ， 子 变 频效 果 良好 ， 够 满 足 现 场 生 产 的 需要 。 从 转 能
关 键 词 ： 步 电 动机 ； 子 变 频 ； 速 特 性 异 转 调
中 图 分 类 号 ：Ｄ １ Ｔ ６４ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ： ０ ０ ０ （ ０ １ ０ ０ ２ ０ １ ３— ５ ６ ２ １ ） ９— ０ ８— ２ ０
型钢顶 梁 。
部丝 杠 的螺 纹部 分 进 行 有效 防护 ， 防岩 石 崩 到 丝 以
杠 造成 丝杠 上 的螺纹 受损 ， 螺母 不 能 上下 调 动 ｕ 型 卡槽 和托板 。 （） ３ 若巷 道 架 棚 后需 进行 喷 浆 时 ， 浆 前 应 包 喷 严前 探梁 挂钩 ， 防喷浆 时对 其直 接喷射 。 严
有 变速 要求 的负 载 ， 用变 频调 速方 案 ， 采 可以 提高整 个系统 的运 行效 率 ， 而达 到节 能 目的 。 从
高 压 绕线 式 异 步 电动 机 ， 电机定 子 侧 变 频调 在
之 间的过 渡采用 不 同 的切 换 方式 时 ， 给 系统 的机 会 械、 电气性 能带 来一 定 的影 响 。
２ １ 年第 ９ ０１ 期
中 州煤 炭
总第 １９期 ８
绕 线 异 步 电 动 机 转 子 变 频 调 速 特 性 仿 真 研 究
王 永 伟 ， 明 远 冯
（ 平煤 股份 十 矿 ， 南 平 顶 山 河 ４７２ ） ６ ０ １
摘 要 ： 比 分析 了 高压 绕 线 电机 定 子 变 频 的缺 点 及 转 子 变 频 的 优 越 性 ， 述 了转 子 侧 交 交 变 频 原 理 ， 根 据 对 简 并 实 验 室 现 有 设 备 参 数 ， 立 了可 指 导试 验 的 系 统仿 真模 型 。在 此 基 础 上 ， 者 进 行 了单 频 段仿 真及 多 频 段 切 建 笔
构建 系 统模 型有 ２个关 键 点 ： 电机 模 型 和转 子 变频 电 源 。以实验 室现 有 的绕线 式三 相异 步 电动机 作为 试验 电 机 ， 体 参 数 如 下 ： 子 额 定 电 压 ３ ０ 具 定 ８ Ｖ； 定 电流 ６ ３Ａ； 子额 定 电压 １０ Ｖ， 定 电流 额 ． 转 １ 额 １ ． 额 定转 速 １ ０ ／ ｉ ； ８ ３Ａ； ３ｒｍ ｎ 额定 功率 ２ ８ｋ 额 ４ ． Ｗ； 定输 出转 矩 １ ． ｍ。仿 真 中将 电机模 型 的各 相参 ９ １Ｎ 数设 置 为接近试 验 中要 用 的 电 机值 ， 使仿 真结 果 更 具有 真 实性 和指 导意义 。 按 照 变频 器 输 出 电压 波 形 的不 同 ， 交 变频 器 交 可分 为方 波输 出 交交 变 频 器 、 弦 波 输 出 交交 变 频 正 器 和梯形 波输 出交交 变 频 器 ， 三者 主 要 特 点见 表
速 ， 功率器 件 的 电压 、 对 电流 耐 量 提 出 过 高要 求 ， 不 可 避免 地要 进行 功 率 电子 器件 的 串 、 联 。 这不 但 并 降低 了装置 的可 靠 性 ， 大 大 地 增 加 了投 资 。而绕 也 线 式 电动机 的转 子 变 频调 速 性 价 比较 高 ， 动 机 的 电 转 子绕 组 为低压 绕 组 ， 子变 频 器 的 电压 等 级 只要 转
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２ １ 年第 ９ ０ １ 期
中 州煤 炭
总 １９期 第 ８
径 要 比 圆钢 的直 径 略 大 ， 以方 便 活 动 。托 板 下方 采
螺纹 的防护 ， 保 使 用期 间螺 母 灵 活 方便 。在 软 岩 确
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１ 个组 合 体 ， 由 ｕ型钢下 部取 ７ 是 ０ｍｍ（ 选 用 与 ｕ 要
型钢 相 同型 号 的 Ｕ型 钢 梁加 工 ｕ型 卡槽 ） 焊接 在 ， 内径 为 ３ ５ｍｍ、 ５ 长 ０ｍｍ 的钢 管上 。钢 管 下 部采 用 螺 帽 固定 ， 可 上下 移 动 ， 并 以便 卡 紧 永 久 支护 的 ｕ
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系 统 的仿 真 模 型如 图 １所 示 ， 主要 由六 相 电 源模 块 、 冲触发 输 出模 块 、 关 切 换 模 块 、 验 电 脉 开 实 机 和测量 模块 构 成 。通过 设置 开关 的 开通 和关 断时 刻， 实现 在线 调速 仿 真 。
毕 业于 北京煤炭 干部管理学院， 现从事矿山机电运 输工作。
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２１ ０ １年第 ９期
王永 伟等 ： 线异 步 电动机 转 子变频 调速 特 性仿真 研 究 绕
‘ ４０ 目 ０
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根 据 上述 不 同方 式 的 时 间设 置 ， 到 系 统 的仿 得
真结 果 如 图 ２ 图 ５所示 ， 一 电流波 形 图 中 的 １ ２ ３ 、、、
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直 接切 换 的 仿 真 结果 如 图 ２和 图 ３所 示 ， 在切
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２ 仿 真 模 型 的构 建 及 结 果分 析
２ １ 系 统 仿 真 模 型 构 建 ．
百度文库
相似 ， 子绕 组 处 于 短 接 状 态 时 ， 组 内部 就 会 定 绕
有 电流产 生 。由于是 在转 子绕 组 中通 的三相 对称 电 流 ， 以 以转子 绕组 为参考 系 ， 所 旋转 磁场 相对 于转 子
综 合这 些变 频器输 出波形 的正 弦度 、 对称 度 、 谐 波含 量 以及 实际 中 对 电机 运 行 的影 响 ， 文 选择 梯 本 形 波调 制 ， 与双 变量 理论 结合 起来 ， 并 在转 子侧 进行 变 频调 速 的仿真 实验 。
图 ３ 直 接 切 换 时 转 速 、 矩 转
２ ２ 仿 真 结 果 分 析 ．
根 据 建 立 的 转 子 侧 交 交 变 频 调 速 系 统 仿 真 模 型 ， Ｍ ｔ ｂ ． ／ ｉ ｌ ｋ环 境 下 进 行仿 真 ， 真 时 在 ａｌ ６ ５ Ｓｍｕｉ ａ ｎ 仿 间为 ３Ｓ３个 频 段 的 工 作 时 间 由 Ｋ ～Ｋ 确 定 。在 ， ， 。
换 点 ０ ９，． 处 ， 子 电流 波 形 偏 离 理 想 正 弦波 ． １９ Ｓ 转
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形 的幅 度很 大 ， 速变 化 不 稳 ， 转 导致 转 矩 振 荡 剧 烈 ， 可 能会 使 电机产 生 大 量 的 不 规则 制动 力 矩 ， 坏 电 损 机轴 及 传动设 备 。 各 相单 独 切 换 的 仿 真结 果 如 图 ４和 图 ５所 示 。
图 ２ 直 接 切 换 时 转 子 电流
６ Ｏ０
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辩 一０ ２０
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时 间， ｓ
３ 分频触发 脉冲输出
图 １ 系 统 仿 真 模 型 示 意
总第 １ ９期 ８
有 ２个 作 用 ： 封 闭可 能 出现 的各 种 环流 条件 ； 引 ① ②
导 电流 的换 向范 围 以及 保 证 实 现 自然 换 流 的条 件 。 该变 量 与负 载大 小 、 质 、 出频 率 、／ 以及 电源 性 输 Ｏ角 的 瞬时值 等 因素 有关 ， 而实 现交交 变 频器 无环 流 、 从
为 ： 频 向 ３ ５分 频 切 换 时 ， Ｖ、 三 相 的 切 换 ４分 ． Ｕ、 Ｗ
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