【正文】 （1）同步調(diào)制 在同步調(diào)制方式中，n＝常數(shù)，變頻時(shí)三角載波的頻率與正弦調(diào)制波的頻率同步改變，因而輸出電壓半波內(nèi)的矩形脈沖數(shù)是固定不變的。當(dāng)調(diào)制波的幅值大于載波的幅值時(shí)，開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，當(dāng)調(diào)制波的幅值小于載波的幅值時(shí)，開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷。由于電網(wǎng)的功率因數(shù)接近于1，大大提高了系統(tǒng)的整體性能。因此，與半個(gè)周期正弦波等效的SPWM波是兩側(cè)窄、中間寬、脈寬按正弦規(guī)律逐漸變化的序列脈沖波形。設(shè)由整流器提供的直流恒值電壓為Us，并設(shè)電機(jī)繞組中點(diǎn)與直流電壓中點(diǎn)相連，則SPWM脈沖序列波的幅值為。如果把一個(gè)正弦半波分作n等份，然后把每一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的矩形脈沖來(lái)代替，矩形脈沖的幅值不變，各脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等份的中點(diǎn)相重合，這樣，由n個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的半周等效。電機(jī)繞組上所獲得的相電壓為/2。圖中VT1至VT6是逆變器的6個(gè)全控型功率開(kāi)關(guān)器件，它們各有一個(gè)續(xù)流二極管反并連接。SPWM方案多種多樣，歸納起來(lái)可以分為電壓正弦PWM，電流正弦PWM，磁通正弦PWM三種基本類型，其中電壓正弦PWM和電流正弦PWM是從電源角度出發(fā)的SPWM，磁通正弦PWM（也稱為電壓空間矢量PWM）是從電機(jī)角度出發(fā)的SPWM方法。采用PMOSFET或IGBT時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)10kHz以上，輸出波形已經(jīng)非常逼近正弦波，因而又稱正弦脈寬逆變器（SPWM），這是當(dāng)前最有發(fā)展前途的一種裝置形式。由圖可見(jiàn)，輸入用不可控整流器，則輸入功率因數(shù)高；用PWM逆變，則輸出諧波可以減少。由于輸出逆變環(huán)節(jié)未變，仍然有諧波較大的問(wèn)題。（2）用不可控整流器整流，斬波器調(diào)壓，再用逆變器調(diào)頻的交直交變頻器，（b）所示。這種變頻器調(diào)壓和調(diào)頻在兩個(gè)環(huán)節(jié)上分別進(jìn)行，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。按不同的控制方式，間接變頻器又分為三種情況。根據(jù)主電路的不同，變頻器又可以分為交交變頻器和交直交變頻器。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路。變頻調(diào)速實(shí)際上是向交流異步電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)頻率可控的電源。第4章 SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)分析目前PWM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到變頻調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中，變頻調(diào)速系統(tǒng)采用PWM技術(shù)不僅能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制要求，而且更重要的意義是抑制逆變器輸出電壓或電流中的諧波分量，從而降低或消除了變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率，擴(kuò)大了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。由于V/f控制是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路簡(jiǎn)單，負(fù)載可以是通用標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)，所以這種控制方法通用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。日前市場(chǎng)銷售的通用變頻器的控制多半為V/f比恒定控制，它的應(yīng)用比較廣泛，特別是在風(fēng)機(jī)，泵及土木機(jī)械等方面應(yīng)用較多，V/f比恒定控制的突出優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行電機(jī)的開(kāi)環(huán)速度控制。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。矢量控制變頻器通常應(yīng)用于軋鋼、造紙?jiān)O(shè)備等對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。（2）矢量控制變頻調(diào)速矢量控制變頻調(diào)速的做法是：將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流、通過(guò)三相——兩相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流、再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流、（相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成比例的電樞電流），然后仿效直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。它是解決V/f控制靜態(tài)性能較差的一種有效方法。另一方面原因是低速時(shí)逆變器橋臂上、下開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間相對(duì)較短，電壓下降，而且它們的互鎖時(shí)間也造成了電壓降低，從而引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在一定條件下這將會(huì)引起轉(zhuǎn)速、電流的振蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致變頻器不能運(yùn)行。注：圖中曲線1——在低頻時(shí)沒(méi)有定子降壓補(bǔ)償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線 圖中曲線2——在低頻時(shí)有定子降壓補(bǔ)償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線V/f比恒定控制存在的主要問(wèn)題是低速性能差。磁通量的下將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降，造成電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。造成這種現(xiàn)象的原因是：當(dāng)頻率升高時(shí)，電源電壓不可能相應(yīng)升高。 補(bǔ)償后的機(jī)械特性曲線 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從額定頻率向上增高，但是電壓卻不能超出額定電壓，由式（34）可知，這將迫使磁通與頻率成反比例降低。定子降壓補(bǔ)償只能補(bǔ)償于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性，而對(duì)向高于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性不能補(bǔ)償。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償法的原理是：針對(duì)頻率降低時(shí)，電源電壓成比例地降低引起的的下降過(guò)低，采用適當(dāng)?shù)奶岣唠妷旱姆椒▉?lái)保持磁通量恒定，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩回升，因此，有些變頻器說(shuō)明書(shū)又稱它為轉(zhuǎn)矩提升（Torque Boost）。變頻后機(jī)械特性的降低將是電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載能力減弱，影響交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的使用。此時(shí)如果仍以代替，將帶來(lái)很大的誤差。顯然，被忽略的定子阻抗壓降在電壓中所占的比例大小決定了它的影響。 電動(dòng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性，當(dāng)電動(dòng)機(jī)向低于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí),曲線近似平行地下降，減速后的電動(dòng)機(jī)仍然保持原來(lái)較硬的機(jī)械特性；但是臨界轉(zhuǎn)矩卻隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而逐漸減小，這就是造成了電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力的下降。這種情況下，可以人為地適當(dāng)提高定子電壓以補(bǔ)償電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。當(dāng)電機(jī)在額定運(yùn)行情況下，電機(jī)定子電阻和漏阻抗的壓降較小，和可以看成近似相等，所以保持V/f=常數(shù)即可。因此這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。因此，在調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，必須對(duì)定子電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，但控制方式隨運(yùn)行頻率在基頻以下和基頻以上而不同。在不變時(shí)，而定子電源頻率減小，又將引起增加,增加將導(dǎo)致磁路飽和，勵(lì)磁電流升高，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電動(dòng)機(jī)。由電機(jī)理論知道，電機(jī)定子的感應(yīng)電勢(shì)有效值是： 則 即 （34）另外，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為: （35）其中 —與電動(dòng)機(jī)有關(guān)的常數(shù)；Cos—轉(zhuǎn)子每相電路功率因數(shù)；—轉(zhuǎn)子電壓與電流的相位差；—電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。在勵(lì)磁不足時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低，而勵(lì)磁過(guò)強(qiáng)時(shí)又會(huì)使鐵心中的磁通處于飽和狀態(tài)，是電動(dòng)機(jī)中流過(guò)很大的勵(lì)磁電流，增加電動(dòng)機(jī)的功率損耗，降低電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)。三相交流異步電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中鐵心磁通接近飽和狀態(tài)，從而使鐵心材料得到充分的利用。它是在改變變頻器輸出電壓頻率的同時(shí)改變輸出電壓的幅值，以維護(hù)電機(jī)磁通基本恒定，從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，使電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)不下降。綜合（31）和（32）式可以得出： （33） 由式（33）可以看出，對(duì)于成品電機(jī)，其極對(duì)數(shù)已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率的變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。當(dāng)=1是，=3000r／min；=2時(shí)，=1500r／min。使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)異步電動(dòng)機(jī)的使用容量約占拖動(dòng)總?cè)萘康陌顺梢陨希虼肆私猱惒诫妱?dòng)機(jī)的調(diào)速原理十分重要。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)異步電動(dòng)機(jī)的使用容量約占拖動(dòng)總?cè)萘康陌顺梢陨?，因此了解異步電?dòng)機(jī)的調(diào)速原理十分重要。 本章小結(jié)本章介紹了交流異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、分類、用途、發(fā)展趨勢(shì)等基本情況，著重介紹了異步電機(jī)的工作原理以及調(diào)速方法，為后文中研究異步電機(jī)變頻調(diào)速做個(gè)鋪墊。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國(guó)內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級(jí)調(diào)速可分為電機(jī)串級(jí)調(diào)速、機(jī)械串級(jí)調(diào)速及晶閘管串級(jí)調(diào)速形式，多采用晶閘管串級(jí)調(diào)速，本方法適合于風(fēng)機(jī)、水泵及軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、擠壓機(jī)上使用。（4）串級(jí)調(diào)速方法 串級(jí)調(diào)速是指繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場(chǎng)合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動(dòng)機(jī)難以應(yīng)用。（2）變極對(duì)數(shù)調(diào)速方法 這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接線方式來(lái)改變籠型電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù)達(dá)到調(diào)速目的，本方法適用于不需要無(wú)級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。：（1）繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。特別是研究變頻后的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，、就顯得尤其重要。由知：越小，越大，機(jī)械特性就越硬。、根據(jù)式（2－3）用求極值的辦法求出，即：由＝0，可得：　　　 　　　　　　　 　 （2－4）　 　 （2－5）電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，需要有一定的過(guò)載能力，一般用表示，即＝ （2－6）普通電動(dòng)機(jī)的＝～，而對(duì)某些特殊用電動(dòng)機(jī)，其過(guò)負(fù)載能力可以更高一些。臨界點(diǎn)Ｋ是一個(gè)非常重要的點(diǎn)，它是機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)的分界點(diǎn)。對(duì)應(yīng)這一點(diǎn)的轉(zhuǎn)速＝0（ｓ＝1），電磁轉(zhuǎn)矩稱起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)是帶負(fù)載的能力一般用起動(dòng)倍數(shù)來(lái)表示，即 。，在這點(diǎn)上，電動(dòng)機(jī)以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行（=0），其電磁轉(zhuǎn)矩T=0。異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓、額定頻率下，由電動(dòng)機(jī)本身固有的參數(shù)所決定的曲線，叫做電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性。（3）電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式 = （24）式中 ——磁極對(duì)數(shù)；