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1、第20卷第2期湖南师范大学自然科学学报Vol.20No.21997年6月ActaSciNatUnivNormHunanJun.1997三相异步电动机变频调速的实现刘辉(湖南师范大学物理系,长沙,410081)摘要用PWM逆变器实现变频调速的方法,分析PWM波的产生,从理论上推导了脉宽的公式,进一步说明了幅值、频率与脉冲宽度的关系.关键词变频调速;PWM波;逆变器;无极变速分类号TM921.41RealizationofSpeedRegulationbyChangingFrequencyonThree-phaseAsynchionousMotorLiuHui(Departmen
2、tofPhysics,HunanNormalUniversity,Changsha,410081)AbstractInthispaper,weintroducethewayofspeedregulationbychangingfrequen-cywithPWMwave,calculatetheformulaofpulsewide,showfurthertherelationofampli-tudefrequencyandpulsewide.Keywordsspeedregulationbyfrequencyconversion;PWMwave;inverseconvertor;
3、steplessspeedchange1三相异步电动机的调速方法三相异步电动机以其使用与维护方便、寿命长等特点有着极其广泛的应用.在某些生产过程中,往往要求电动机在同一负载下有不同的转速,例如各种切削机床的主轴随着工件与刀具的材料、工件直径、加工工艺的要求及走刀量等的不同,要求有不同的转速,以获得最高的生产率和保证加工质量,若采用电气调速,就可以大大简化机械变速机构.我们知道,三相异步电动机的转速为:60f1n=(1-s)n0=(1-s)p其中n0为同步转速,s为转差率,f1为电源频率,p为电机极对数.可见,改变电动机的转速,有三种可能的方法,(1)改变极对数p,又称变极调速;
4、(2)改变[1]转差率s;(3)改变电源频率f1,又称变频调速.近年来,随着电力电子技术的飞速发展,变频调速的应用也有了很大的发展,它有着极其收稿日期:1997-03-05作者:刘辉女33岁讲师48湖南师范大学自然科学学报第20卷乐观的前景.2三相异步电动机的变频调速能够改变频率的电路称为变频器.其中有一种形式可以将电网的交流电直接变成电压和频率都可调的交流电,称为交—交变频器.这种变频器所需晶闸管元件数量较多,而且由于输出波形是由电源波形整流后得到的,故输出频率不可能高于电网频率,这种变频方法一般用于低频大容量场合,在此不作详细讨论.变频器的另一种形式为交—直—图1交—直—
5、交变频器交变频器,它是将交流电经整流后变为(a)可控整流调压电路实现变频直流电,再由逆变器变为交流电.通常采(b)斩波器调压电路实现变频用图1所示电路,其中图(a)由可控整流器实现调压,逆变器实现变频,图(b)先是普通二极管整流,再由斩波器实现调压,逆变器实现变频.可见,图1所示电路将调压和调频分别进行,因而控制电路易于实现和便于调整,但是它们需要两套可控的功率级及其控制电路,装置复杂,庞大,同时,由于较大的5次、7次谐波分[2]量,使电动机发热,并且降低了输出转矩,尤其在低频情况下,发热和转矩的降低更为严重.图2为脉宽调制(PWM)逆变器方框图.它先是由三相整流提供不可控直流
6、电压,PWM逆变器同时完成频率和电压的调节,系统仅有一个可控功率级,从而简化了电路结构.又由于PWM逆变器的输出电压和电流波形接近正弦波,从而较大程度上解决了由矩形波供电时负载电机发热和转矩降低的问题,改善了电机运行的性能.按电磁学原理,当一定的电压作用于线圈(RL电路)两端时,线圈中的电流不能跃变,而是按照指数规律变化,经过一定的时间(约为时间常数的4倍)后,电流才能达到稳定.当所加方波电压的宽度比电路的时间常数大得多时,线圈中电流也近似为图2脉宽调制逆变器方波.如图3所示,当所加电压的宽度远小于电路的时间常数,并且其宽度也按一定的规律变化时,线圈电流亦按此规律变化,也就是说
7、电流的大小随着脉冲宽度的变化而变化.因此,当脉冲宽度按正弦规律变化时,线圈电流也按正弦规律变化,周期与脉冲电压周期相同,如图4所示.电机在正弦磁场中运行最为平稳,故目前脉冲宽度的变化规律都采用正弦规律.3脉宽调制波的产生将三角波作载频信号,正弦波作参考信号,送入比较器.当正弦信号小于三角波信号时,输出低电平;当高于三角波信号时,输出高电平.由此便可获得宽度按正弦规律变化的等幅脉冲电压,即PWM波,周期与正弦信号周期相同,如图5所示.第2期刘辉:三相异步电动机变频调速的实现49图3方波电流波形
