隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)代變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用了多段PWM(文章尾部有相關(guān)解釋)技術(shù)，即利用IGBT(文章尾部有相關(guān)解釋)的導(dǎo)通與阻斷把直流電壓變?yōu)橐欢ㄐ螤畹拿}沖列，并通過控制脈沖的寬度和脈列的周期而使其達(dá)到調(diào)壓、變頻的目的。雖然現(xiàn)代變頻調(diào)速控制系統(tǒng)已使得輸人電流基本上為正弦波，即減少了高諧波電流對供電電源品質(zhì)污染；已使得輸出電壓波形實(shí)現(xiàn)了階段狀的近似正弦波形輸出，保護(hù)了高壓電機(jī)繞組絕緣。

但從其變頻調(diào)速的控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況來分析和研究，應(yīng)用變頻調(diào)速裝置對現(xiàn)代交流電機(jī)的設(shè)計(jì)仍有它的特殊性和要求，這也是設(shè)計(jì)者必須慎重地進(jìn)行研究和考慮的問題。

新型變頻調(diào)速控制系統(tǒng)對交流電動機(jī)設(shè)計(jì)特殊要求

(1)變頻調(diào)速裝置的輸出電源電壓波形雖然基本近似正弦波波形，但依然含有高次諧波分量，使其電動機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩會發(fā)生波動，而產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩。這樣將會改變軸系的扭轉(zhuǎn)共振頻率，當(dāng)這一轉(zhuǎn)矩波動的頻率與軸系的機(jī)械系統(tǒng)所固有的轉(zhuǎn)動頻率相接近或者相吻合時(shí)，將會導(dǎo)致共振現(xiàn)象的突然發(fā)生，必將使振動轉(zhuǎn)矩成倍增大，在嚴(yán)重地情況下可導(dǎo)致電動機(jī)和所驅(qū)動的機(jī)械設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。

實(shí)踐證明高次諧波分量所引發(fā)的脈動轉(zhuǎn)矩也必將增強(qiáng)了電動機(jī)通風(fēng)冷卻風(fēng)扇、風(fēng)葉的承受振蕩的強(qiáng)度；設(shè)計(jì)同時(shí)必須考慮相應(yīng)地增加轉(zhuǎn)子阻尼繞組的籠條和端環(huán)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和阻尼效果。

(2)在變頻調(diào)速過程中設(shè)計(jì)者必須慎重地考慮變頻調(diào)速控制系統(tǒng)對電動機(jī)的總體結(jié)構(gòu)所必然產(chǎn)生的疲勞應(yīng)變和沖擊性過渡轉(zhuǎn)矩，尤其是它對高壓、大功率電動機(jī)繞組主絕緣和繞組線圈端部鼻端綁扎緊固的方式相應(yīng)采取更有效的技術(shù)措施。而且從電動機(jī)設(shè)計(jì)和制造工藝的發(fā)展來看，更有效地消除繞組線圈端部磁場共振頻率至今仍是現(xiàn)代電機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)應(yīng)深人研究的重要的技術(shù)課題。

(3)頻繁的變頻調(diào)速過程，使電動機(jī)也因而產(chǎn)生沖擊性電流的頻繁變化，必將使阻尼繞組的籠條和端環(huán)等旋轉(zhuǎn)部件和組件產(chǎn)生熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力疲勞，即交變熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力疲勞損壞。

(4)變頻調(diào)速控制裝置是交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的供電電源，雖然目前采取了極有效的技術(shù)措施，極大地改善了輸出電壓波形。即使是這樣變頻調(diào)速裝置所含有的高次諧波分量仍將會使軸電壓增大。雖然不能造成明顯危害，也應(yīng)引起設(shè)計(jì)者十分地注意。

(5)變頻調(diào)速控制裝置控制在額定轉(zhuǎn)速的20%-30%低速運(yùn)行中的電動機(jī)，如果設(shè)計(jì)采用滑動軸承的潤滑系統(tǒng)，其潤滑油膜層的厚度明顯減少的情況下，軸與軸瓦之間油膜勢必被破壞，因此必將產(chǎn)生金屬與金屬接觸研磨情況，也會導(dǎo)致滑動軸承產(chǎn)生異常溫升。

(6)采用變頻調(diào)速裝置的交流電動機(jī)設(shè)計(jì)，必須慎重地將引發(fā)共振現(xiàn)象的危險(xiǎn)旋轉(zhuǎn)速度排斥在調(diào)速范圍之外。

(7)采用變頻調(diào)速裝置的交流電動機(jī)設(shè)計(jì)，其通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的計(jì)算必須以低速為基準(zhǔn)進(jìn)行電動機(jī)設(shè)計(jì)，并核準(zhǔn)、計(jì)算其通風(fēng)冷卻能力。

(8)采用變頻調(diào)速裝置的交流電動機(jī)設(shè)計(jì)，在其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須相應(yīng)地增強(qiáng)匝絕緣，以防范電力半導(dǎo)體器件瞬間產(chǎn)生超高頻過電壓沖擊，而導(dǎo)致電動機(jī)繞組線圈匝間絕緣損傷而縮短電動機(jī)的絕緣壽命或嚴(yán)重地產(chǎn)生匝間絕緣擊穿而導(dǎo)致匝間短路的事故發(fā)生。

(9)采用變頻調(diào)速裝置的交流電動機(jī)設(shè)計(jì)，必須防止在最低速運(yùn)行中產(chǎn)生低速喘振現(xiàn)象產(chǎn)生，以保持最低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定運(yùn)行。

(10)采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須保證絕對不能污染電力供電系統(tǒng)，即嚴(yán)格控制諧波分量向電力供電電源的流出。

關(guān)于PWM和IGBT的說明

PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有，要么完全無。電壓或電流源是以一種通或斷的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。

IGBT絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大；MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。

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