隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展與進步，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現(xiàn)了階段狀的近似正弦波形輸出，保護了高壓電機繞組絕緣。

但從其變頻調(diào)速的控制系統(tǒng)實際運行情況來分析和研究，應用變頻調(diào)速裝置對現(xiàn)代交流電機的設(shè)計仍有它的特殊性和要求，這也是設(shè)計者必須慎重地進行研究和考慮的問題。

新型變頻調(diào)速控制系統(tǒng)對交流電動機設(shè)計特殊要求

(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，當這一轉(zhuǎn)矩波動的頻率與軸系的機械系統(tǒng)所固有的轉(zhuǎn)動頻率相接近或者相吻合時，將會導致共振現(xiàn)象的突然發(fā)生，必將使振動轉(zhuǎn)矩成倍增大，在嚴重地情況下可導致電動機和所驅(qū)動的機械設(shè)備嚴重損壞。

實踐證明高次諧波分量所引發(fā)的脈動轉(zhuǎn)矩也必將增強了電動機通風冷卻風扇、風葉的承受振蕩的強度；設(shè)計同時必須考慮相應地增加轉(zhuǎn)子阻尼繞組的籠條和端環(huán)的結(jié)構(gòu)強度和阻尼效果。

(2)在變頻調(diào)速過程中設(shè)計者必須慎重地考慮變頻調(diào)速控制系統(tǒng)對電動機的總體結(jié)構(gòu)所必然產(chǎn)生的疲勞應變和沖擊性過渡轉(zhuǎn)矩，尤其是它對高壓、大功率電動機繞組主絕緣和繞組線圈端部鼻端綁扎緊固的方式相應采取更有效的技術(shù)措施。而且從電動機設(shè)計和制造工藝的發(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)代電機產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計應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)生熱應力和機械應力疲勞，即交變熱應力和機械應力疲勞損壞。

(4)變頻調(diào)速控制裝置是交流電動機變頻調(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，也應引起設(shè)計者十分地注意。

(5)變頻調(diào)速控制裝置控制在額定轉(zhuǎn)速的20%-30%低速運行中的電動機，如果設(shè)計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設(shè)計，必須慎重地將引發(fā)共振現(xiàn)象的危險旋轉(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設(shè)計，其通風冷卻系統(tǒng)的計算必須以低速為基準進行電動機設(shè)計，并核準、計算其通風冷卻能力。

(8)采用變頻調(diào)速裝置的交流電動機設(shè)計，在其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須相應地增強匝絕緣，以防范電力半導體器件瞬間產(chǎn)生超高頻過電壓沖擊，而導致電動機繞組線圈匝間絕緣損傷而縮短電動機的絕緣壽命或嚴重地產(chǎn)生匝間絕緣擊穿而導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設(shè)計，必須防止在最低速運行中產(chǎn)生低速喘振現(xiàn)象產(chǎn)生，以保持最低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定運行。

(10)采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計，必須保證絕對不能污染電力供電系統(tǒng)，即嚴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行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(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行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，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脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。

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

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