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静态变频器分析

应电动机的速度控制需要一个三相电源，该电源可以同时改变电压和频率。这样的电源在定子中产生变速旋转场，该可变旋转场允许转子以所需的速度低滑转地旋转。静态变频器可以有效地提供从零速到全速的全转矩，必要时可以超速，并且可以通过改变相位旋转轻松地实现感应电动机的双向运行。

尽管静态变频器的原理并不是什么新鲜事物，但功率半导体，控制电子器件和微处理器的进步已使其普及。此外，矢量控制方法还为静态变频器提供了功能和灵活性。

静态变频器
下图显示了静态变频器的基本元素。三相电源经过整流和滤波以产生直流母线，该直流母线为静态变频器的逆变器部分供电。逆变器由三对半导体开关（MOSFET，GTO，功率晶体管，IGBT等）以及相关的二极管组成。每对开关为电动机的一个相提供功率输出。每对半导体开关均由控制电子设备驱动，以在每个相位输出端生成高频方波载波脉冲波形。
Static frequency converter diagram

由于载波在所有三相上都是相同的，因此仅因载波而在电动机绕组的任何相上出现的净电压均为零。为了驱动电动机，控制电子设备会产生三个相距120度的低频正弦波，这些正弦波将载波脉冲调制到每对开关。每个载波周期内正负脉冲的宽度根据该相位的低频正弦波形的幅度进行调制。结果，提供给电动机绕组的平均电压近似为正弦曲线。电机绕组的其他两个相具有相近的平均电压，相距120度。

大多数变频器以固定的载波频率运行，该载波频率是要使用的最高输出频率的几倍。静态静态变频器的输出频率范围从几赫兹到大约100 Hz，因此它们使用的载波频率范围是2 kHz到大约10 kHz。随着功率半导体的改进，趋势是将载波频率提高到超声频率（> 18 kHz），这可以降低电动机的损耗，因为电流更呈正弦波。不利的一面是逆变器中较高的开关损耗，并可能产生更多的辐射频率噪声。因此，必须对静态变频器的输入和输出进行仔细的测量，以针对给定的应用选择最佳的载波频率。

尽管静态变频器的输出电压包含除基频以外的大量频率分量，但这些分量通常具有较高的频率，并且会受到电动机绕组的电感的抑制。然而，电动机不仅是电感器，因此重要的是将载频的调制设计为产生尽可能正弦的电流。特别是，必须注意使低阶谐波电压最小化，因为电动机对这些电压的阻抗较低。

实际上，静态变频器在基频处产生电流的“有害”成分，而在基频的倍数或成分的频率处产生电流的“有害”成分。电动机电流中的“有害”成分会导致诸如更多热量，电动机效率降低和功率输出降低等问题。

这些有害成分对电动机运行的影响可以通过测量逆变器的基本和总输出功率，通过对电压和电流波形进行谐波分析以及通过在电动机上测量转矩/速度来表示。最高效的静态变频器是那些不仅可以使变频器中的损耗最小化，而且可以产生最纯净的电流波形以最小化功率和转矩损耗的变频器。

电机输出测量
可以通过在电动机的输出轴上安装速度和扭矩传感器以计算输出功率来进行电动机的输出测量。为了确定电动机和静态变频器组合的效率，设计人员必须同时考虑系统的电输入和电动机输出上产生的机械功率。

系统效率根据以下公式计算：

（断电/断电）x 100％

通过测量静态变频器输入上消耗的电功率以及电动机输出上的转矩和速度，可以测量系统的效率。进行此测量的最简单方法是使用功率分析仪，该功率分析仪包括旨在连接扭矩和速度传感器的传感器输入。

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