1、 电机驱动测试白皮书 电机驱动器的结构和运行 电机驱动器的验证评估 功率及效率的测量 电机输出-转速、转矩和位置的测量 谐波的分析 控制系统的分析 总结 电机驱动器的结构和运行 电机驱动器，又称为变频器或者变速器，是一种通过改变电机输入信号的频率和幅度来调整电机转速和转矩的控制器。在很多的应用中，我们不需要电机始终全速运行，要求转速和负载要求相匹配，这可以大大降低能耗，提高能源效率。电机系统在当今工业中消耗了了超过 65的功耗。由于电动机的功耗与速度的 三次方成正比，将速度降低一半，功率消耗将降低到原来的八分之一，当以较低的转速提供可接受的性能时，效率的将显着提高。 通过安装或升级电机驱动器来

2、优化电机控制系统，可以将设备的能耗降低多达 70。以最有效的速度运行电机，可以延长电机的寿命，减少维护的时间，电机驱动器将为电机提供更好的保护，防止过热过载，相位保护，欠压，过压等问题。 典型的电机驱动器结构如下， 图 1 典型的电机驱动器的结构 电机驱动器可以像单相输入/输出驱动器一样简单，仅用于控制电机转速，无需传感器输入（ “无传感器” ） ，典型应用就是控制吊扇速度和方向的变速控制。再者， 电机驱动器也可以非常复杂， 三相输入/输出， 采用许多精密传感器输入和复杂的算法处理，在任何一个旋转方向提供精确的速度和扭矩控制，这种驱动器可以处理大范围变化的负载。 电机驱动器器将直流电转换为施加

3、到电机定子上的脉宽调制（PWM）交流信号。以电池供电的驱动器不需要整流，而以交流市电为电源的驱动器需要整流 和滤波以获得稳定的直流总线。 图1是典型的电机驱动器的结构图，主要分为3大功能模块：功率转换部分、电子控制系统、机械电机部分， 电机的的输入可以是单相或三相交流或直流电（例如来自电池） ，在直流输入的情况下，直流总线拓扑可能略有变化，因为不需要整流滤波部分。图2是480V交流电输入的结构图和各个阶段的波形图，输入的三相交流电由“整流器部分”中的六脉冲（六个二极管）整流器整流，并在“直流总线”部分被滤波成低纹波和稳定的直流总线电压，直流总线存储用于输入到逆变器部分的能量，应该存储足够的能量

4、使得直流总线稳定，并且在负载变化时，电压不会明显变化。 理想情况下，直流总线无纹波，与交流输入中的变化或干扰完全隔离，总线上的波纹可能由于电源（市电）供电不足，逆变器设计有问题或逆变器运行有问题，工程师经常需要监控直流总线纹波，将其与电机驱动器的其他行为相关联。 图 3 480V 交流输入结构图 逆变器会将直流转换为交流，作为电机的输入，逆变器通常为级联 H 桥结构，通常，对于三相（例如，级联 H 桥）设计，我们在控制系统中创建一个调制信号，然后将该信号相移 120和 240以产生另外两个相位的调制信号。 控制系统和逆变器的半桥中的功率半导体的栅极相连，对于半桥或全桥功率转换系统，上下桥臂独立

5、开关，并且两个桥臂以互补方式切换以创建完整输出波形。 如图 4 所示，上部桥臂的 PWM 波形如上图所示，下部桥臂的 PWM 波形显示在中心，总输出（上下减）PWM 波形和调制波形如下图所示， 图 4 PWM 输出 控制器从电机和电路的其他部分获取反馈信号， 以计算如何切换功率晶体管的开和关，以在功率半导体输出端产生适当的 PWM 信号。对于三相系统，有三个PWM 输出波形组。 请注意，半桥，全桥或级联 H 桥拓扑中的两个串联功率半导体器件不能同时导通，因此在切换之前之后内置了一些最小的“死区时间” ，以避免导致“击穿” 和设备故障。 当应用于电机绕组时，三相PWM电机驱动输出使电流在绕组中流

6、动，PWM输出电压信号的特性和质量与PWM控制方法有关。改变PWM信号的宽度会导致施加到绕组上的电压或多或少的改变，改变上下栅极驱动信号的交替周期决定了正和负PWM输出的频率，两者结合起来，驱动输出合适的信号，得到电机所需速度、扭矩、功率和效率特性。 控制系统的复杂性取决于控制要求，简单的标量V / Hz控制器使用嵌入式控制系统中的低速微处理器，成本低，并且需要很少驱动器或电机的反馈信号。 更复杂的矢量场定向控制（FOC）控制系统使用的非常高速的微处理器（ 500 MHz） ，处理许多反馈信号。 安装在电机轴上的传感器等设备可以提供位置、速度或扭矩值等信息，也可以通过其他的设备检测电机本身的电