异步电动机变频调速的控制方式和机械特性(精)
af <1
Tem
Te
图 6-2 保持E g /f 1 =常数的恒转 矩机械特性
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4
保持pm=常数的恒功率 控制方式和机械特性
Pm Te w1 常数
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小结
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m Eg 4.44 f1 N1 K N 1 U1 4.44 f1 N1 K N 1
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
保持U1/f1常数的近似 恒磁通（转矩）控制 方式和机械特性
由于
m
Eg f1
U1 的大小，可以近似实现磁通常数。
机械特性曲线如图所示。
n
U1 f1
故调节f1时，比例调节
af =1
f1n U 1n
af <1
Te 图 6-1 U 1 /f 1 =常数时的近似 恒转矩机械特性
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3
•保持常数的严格恒磁 通（转矩）控制方式 和机械特性
最大转矩
Temn
机械特性曲线如下图所示
n af =1 f1n U
1n
2 4f1n R1 R12 X ln
3 pU 12n
异步电动机变频调速的控制方 式和机械特性
保持u1/f1为常数的近似恒磁通（转矩）控制方式 和机械特性
保持Eg/f1为常数的严格恒磁通（转矩）控制方式 和机械特性
保持 pm为常数的恒功率控制方式和机械特性
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1
为什么在基频以下调 速要保持u1/f1为常数
异步电动机的转速表达 60 f1 1 s no (1 s) n p 磁通表达式
三相异步电动机变频调速原理
三相异步电动机变频调速原理三相异步电动机变频调速原理一、介绍电动机调速方式电动机调速是一种控制电动机转速的技术，以实现不同功率、不同扭矩负载下的工作要求。
电动机调速方式有很多，例如电阻调速、电压调速、频率调速、自耦变压器调速等。
二、三相异步电动机变频调速原理三相异步电动机调速方式中，变频调速是应用较广泛的一种方式。
它是通过改变电源输入电压的频率来控制电动机转速。
变频调速可以通过调整电机绕组磁通的频率和振幅，改变电动机的电磁特性，以达到调速的目的。
三、变频调速器变频调速器是实现变频调速的关键设备，其主要功能是将输入电源的交流电变频后，供给电动机使用。
变频调速器包含输入电容器、中间电路、输出滤波器、PWM模块等模块组成。
四、变频调速器的工作原理变频调速器采用PWM技术实现电压、频率、转矩等的控制。
其工作原理主要分为以下几个步骤：1. 输入电流输入电容器，将电流变成滤波后的直流电2. 直流电进入中间电路，经过静止变频器变成可变的中间直流电3. 中间直流电经过PWM模块，被分解成高频PWM脉冲信号4. PWM脉冲信号经过输出滤波器滤波后，形成可变频率的交流电5. 变频调速器输出可调的交流电给电动机，实现电动机转速的调节五、变频调速器的优点与其它调速方式相比，变频调速器主要有以下优点：1. 能够实现恒定功率输出2. 能够实现高精度控制3. 能够实现高效节能4. 能够实现自动平衡5. 对电动机不会造成损坏六、小结三相异步电动机变频调速是一种控制电动机转速的高效、精确的方式，其中变频调速器是实现该调速方式的关键设备。
变频调速技术在现代机械应用中得到了广泛的应用。
三相异步电动机的变极调速控制
SB3常闭触头 先断开，切断 KM1线圈电路
SB2常开触头 后闭合
KM1自锁触头复位断开
KM1主触 头断开
电动机因惯 性继续旋转
KM1互锁触头复位闭合
KM2、KM3 线圈都得电
●按钮控制的双速电动机变极调速工作过程
2）高速运转
需要高速运转时，也需要先按下低速启动按钮SB2，把定子 绕组接成△，让电动机低速启动。 启动结束，再按下高速启动按钮SB3，把定子绕组换接成YY， 实现电动机高速运行。
KT常开延时闭合
KM1失电 拆除△接线，切除电动机正序电源
定子绕组尾端接反序电源
KM2得电 KM3得电
电动机YY连接， 定子绕组首端 高速运转 短接于一点
变极调速安装接线注意事项： 1）正确识别电动机定子绕组的9个接线端子。 2）交换任意两相电源的相序。
2）按钮控制的双速电动机变极调速
注意控制电路的线号
三、变极调速原理
把定子每相绕组都看成两个完全对称的“半相绕组”。
以U相为例，设相电流从绕组的头部U1流进，尾部U2流出。 当U相两个“半相绕组”头尾相串联时（顺串），根据右手 螺旋法则，可判断出定子绕组产生4极磁场。 若U相两个“半相绕组” 尾尾相串联（反串）或者头尾相并 联（反并），定子绕组产生2极磁场。
●按钮控制的双速电动机变极调速工作过程
1）低速运转
需要低速运转时，按下低速启动按钮SB2，把定子绕组接成 △，让电动机低速启动，并连续运转。
合上QS，M3线圈电路
SB2常开触头后 闭合，KM1线圈
通电
KM1电气互锁触头断开， 对KM2、KM3互锁
KM1主触 头闭合
相关知识——三相异步电动机的电气调速
• 什么叫恒转矩调速？
异步电动机的调速方法和各调速方法适用什么电动机
异步电动机的调速方法和各调速方法适用什么电动机异步电动机的调速方法有以下几种：改变电动机的极对数。
利用定子的两套或单套绕组，改变其连接方法，到达改变极对数的目的。
这种调速是分级的,不是平滑的。
改变电源的频率。
为此要有一套专用的变频电源。
改变外施电压，以改变转差率。
这种方法实用价值不大。
在转子回路中串入附加电阻。
这种方法只适用于绕线式异步电动机，可得到平滑调速。
1.变频调速向电机定子输以连续变化的频率及相应的电压，即可获得平滑的调速。
要有专用的变频变压电源。
这种调速适用于同步电机及鼠笼电动机的调速。
2.变极数调速转速n与极数P成正比，极数增加，即可降速；极数减少，即可增速。
适用于鼠笼电动机。
3.转子外接电阻调速当电网电压及频率不变时，在转子回路中串入电阻后,可以改善电动机的起动转矩，在绕线电机转子中串接启动电阻，减小启动电流。
适用于滑环电动机。
4.转子外加电压调速此方法也叫串级调速，是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，到达调速的目的。
这种方式有两种：电机反应方式和电气反应方式。
串级调速，多采用晶闸管串级调速，晶闸管低同步串级调速系统是在绕线异步电动机转子侧用大功率的晶闸管或整流二极管，将转子的转差频率交流变为直流，再用晶闸管逆变器将转子电流返回电源以改变电机转速的一种方式。
此控制调速系统效率利用率高，它能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬。
这种方法适用于滑环电动机。
此方法又有两种方式：1）电机反应方式，也叫库拉姆法，转子的转差电压经硅整流输入与主电机同轴的直流他励电机，通过直流电机的励磁调节，以调节反应量，从而获得调速。
2）电气反应方式，也叫沙尔比法，转子的转差电压经硅整流输入可控硅逆变器，逆变器交流输出通过反应变压器接与电网，改变逆变角，即可调速。
5,定子调压、转子变阻调速利用异步机转矩与定子端电压平方成正比的关系，同时利用转子改变外接电阻的关系开展调速。
转子变阻为粗调，定子调压为细调。
5.3 异步电动机的变压变频调速解析
5.3.2 变压变频调速时的机械特性 式（5-5）已给出异步电机在恒压恒频正弦 波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。 当采 用恒压频比控制时，可以改写成如下形式：
Us s1 Rr' Te 3np ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 （5-28） s r 1 ls lr 1
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要 对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变 是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转 子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。
• 定子每相电动势
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
（5-11）
式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有 效值，单位为V； f1 —定子频率，单位为Hz；
2
• 特性分析 当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U s s1 Te 3np R' s r 1
2
（5-29）
s1
Rr'Te Us 3n p 1
2
10 R T 60 n sn1 s1 2 n p n
阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能
忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一
些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示
于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
图5-9 恒压频比控制特性
2
Eg R s1 Rr' 3np R '2 s 2 2 L'2 s 1 lr 1 r
5.5 异步电动机调速特性
采用恒磁通调压调速（也称恒转矩调速）。
即:
U1 f1
4.44N1kw1m
常数
分析：
当 f1↑时，再继续保持U1/f1=常数比较困难，因为 f1>50Hz时，UΦ↑> U1N不允许，这样只能保持UΦ不变。
f1↑→ Xm↑→ Im↓→ Φm↓→T↓ ，而 f1↑→n↑， P =TΩ属恒功率调速。所以工频以上采用恒压调速。
已知：n0=60f/p，当 f 改变，n0和n都将改变。 1.变频变压调速：
UΦ EΦ 4.44 f N1kw1Φ
当 f↓而UΦ不变时，Xm↓→ Im↑→ Φm↑→I0→I1↑ 引起电动机过热。
而Im↑→cosφ1↓Φm↑→pFe↑造成电动机带载能力 下降。
为了克服上述缺点，在工频（50Hz）以下调速时，
5.5 三相异步电动机的调速方法与特性
依据：
n
n0 (1 s)
60 f p
(1 s)
三相异步电动机的调速大致可以分成以下几种类型：
（1）改变转差率s调速，包括降低电源电压、绕线式异步 电动机转子回路串电阻等方法； （2）改变旋转磁场同步转速调速，包括改变定子绕组极 对数、改变供电电源频率等方法； （3）双馈调速，包括串级调速，属改变理想空载转速的 一种调速方法； （4）利用滑差离合器调速。
R M 3～
Rf
K2
+ -
(3)能耗制动时的机械特性：
2
3n 1 ns
Tmax2 Tmax1
0
Tz
T
(4)特点： 机械特性过原点，即n=0时T=0。能迅速、准确停车。
反馈制动、反接制动和能耗制动。
5.6.1 反馈制动 由于某种原因异步电动机的运行速度高于它的同步速
异步电动机变频调速实验
异步电动机变频调速实验
一、实验目的
1. 掌握异步电动机变频调速原理；
2. 熟悉SVF 系列变频器的使用方法；
3. 加深理解变频调速机械特性。
二、实验内容
测定闭环变频调速机械特性。
三、实验线路
四、变频器操作步骤
1. 变频器面板RUN/STOP 开关置于STOP 位置；
2. 逆时针旋转面板的频率设置按钮FREQSET ，转至最低频率；
3. 电源送至变频器预工作，此时频率显示00；
4. 将变频器面板RUN/STOP 开关置于RUN 位置；
5. 稍微转动FREQSET 按钮，使电动机开始旋转，然后按下表调节，测出转速5-6点。
五、实验步骤和方法
～
～
1. 电源通过三相变压器输出380伏电压输入至变频器R1和T1端，使变频器内部先工作（即合上开关Q1）；
2. 将开关Q2闭合，然后再将开关Q3合上接通异步电动机。
调节变频器频率至表中所要求点；
3. 在相同频率下调节励磁电流，使测功机转矩为给定大小，测出转速，改变转矩（20%，40%，60%，0%）T N，测出不同转速填入表格。
4. 改变频率f=（60，55，50，40，30，20）Hz，重做步骤3；
六、实验报告
1. 画出给定负载时的变频调速曲线；
2. 画出不同频率时电机的机械特性曲线。
七、思考题
1. 频率变化时机械特性硬度如何变化？为什么？
2. 根据机械特性分析低频时电动机的过载能力。
三相异步电动机的七种调速方式及其特点
本文介绍了三相异步电动机的七种调速方式及其特点,指明其适用的场合、情况。
三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s)从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。
从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。
改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。
从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。
有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。
一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。
其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。
三相异步电动机的调速方法与特性
里仅就其原理做简要介绍。
变极调速的电动机往往
被称为多极电动机，其定子
绕组的接线方式很多，其中 常见的一种是角接/双星接， 即△/YY，如图所示。
图变极调速定子接线图
由定子绕组展开图知： 只要改变一相绕组中一半元 件的电流方向即可改变磁极 对数。当T1、T2、T3外接三 相交流电源，而T4、T5、T6 对外断开时，电动机的定子 绕组接法为△，极对数为2P， 当T4、T5、T6外接三相交流 电源，而T1、T2、T3连接在 一起时，电动机定子绕组的 接法为YY，极对数为P，从 而实现调速，其控制电路图 如所示。
1．定子调压调速
图为定子调压的机械特性曲线， 由图可知对恒转矩负载而言，其调 速范围很窄，实用价值不大，但对 于随转通速风的机变负化载而而变言化，，其如负图载中转虚矩线TL 所示。可见其调速范围很宽，所以 目前大多数的风扇采用此法。
但是这种调速方法在电动机转 速较低时，转子电阻上的损耗较大， 使电动机发热较严重，所以这种调 速方法一般不宜在低速下长时间运 图 行。
定子调压调速 机械特性曲线
2．转子串接电阻调速
该方法仅适用于绕线形异步
电动机，其机械特性如图所示。
图中曲线是一Βιβλιοθήκη 电源电压不变，而转子电路所串电阻值不同的机
械特性曲线。从图中不难看出，
当串入电阻越大时，稳定运行速 度越低，且稳定性也越差。
转子串电阻调速的优点是方
法简单，设备投资不高，工作可
靠。但调速范围不大，稳定较差，
em
L
实现降速的调速。
当附加电动势的相位与转子电动势相位相同时，
为
E
正值，使串电动势后的转子电流大于原来的电流，
f
则
＞Tem ， TL
1-2 异步电动机变频调速原理
2.异步电动机的调速方式 异步电动机的 异步电动机
60 f 1 n = n0 (1 − s ) = (1 − s ) p
(1)变极调速(p) n0=60 f1/p P=1、2、3；n0 = ？ (2)变转差率调速(s) 绕线转子电动机，转子串电阻、调压等 (3)变频率调速(f1) 变频器实现
3.调速指标 调速指标
1-2 异步电动机变频调速原理
1.异步电动机的调速表达式 异步电动机的 异步电动机
60 f1 (1 − s ) n = n0 (1 − s ) = p
式中： n0:旋转磁场的同步转速，n0=60 f1/p s:转差率,s= (n0-n)/n0,运行时0.01~ 0.05 f1:为定子供电频率 p:旋转磁场的磁极对数
(1)速度改变：负载变化引起转速改变ax/nmin比值 (4)调速平滑性：相邻两级接近程度 (5)调速特性：满足负载要求？
4. 三相异步电动机的机械特性
机械特性是指电动机在运行时，其转速与电磁转矩之间的关系， 机械特性是指电动机在运行时，其转速与电磁转矩之间的关系，即n＝f (T) （1）理想空载点B 同步转速n0运行 (s＝0)，其电磁转矩T＝0。 （2）起动点S S 转速n＝0 (s＝1)，电磁转矩称起动转矩Tst， （3）临界点K 临界点K是一个非常重要的点，它是机特性 曲线械特性稳定运行区和非稳定运行区的 分界点；其电磁转矩为最大 转矩TM。
5. 三相异步电动机的起动与制动 （1）异步电动机的起动 电动机从静止状态一直加速到稳定转速的过程，叫做 起动过程。电动机起动时起动电流很大，可以达到额定电 流的5～7倍，而起动转矩Tst却并不很大，一般Tst ＝(1.8～ 2)TN。 （2）异步电动机的制动 电动机在工作过程中，如电磁转矩方向和转子的实际 旋转方向相反，就称作制动状态。制动有再生制动、直流 制动和反接制动。
三相异步电动机的变频调速
三相异步电动机的变频调速改变三相异步电动机电源频率fi，可以改变旋转磁通势的同步转速，从而达到调速的目的。
如果电源频率连续可调，可以平滑调节电动机的转速。
额定频率称为基频，变频调速时可以从基频向上调，也可以从基频向下调，下面分别进行分析。
忽略定子漏阻抗压降，三相异步电动机每相电压U¡≈E¡=4.44fW1kw1Фm(2.63)如果保持电源电压为额定值，降低电源频率，则随着fi的下降，气隙每极磁通Φ增加。
电动机磁路本来就刚进入饱和状态，Φ增加，磁路过饱和，励磁电流会急剧增加，电机的功率因数下降，负载能力减小，甚至导致无法正常运行。
因此，降低电源频率时，必须同时降低电源电压。
降低电源电压U有两种控制方法。
1.保持E/f=常数降低电源频率f1的同时，保持E/f=常数，则Φ=常数，是恒磁通控制方式。
当改变频率f时，若保持E:/f=常数，最大转矩Tm一常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速落降相等，也就是不同频率的各条机械特性曲线是近似平行的，机械特性的硬度相同。
这种调速方法与他励直流电机降低电源电压调速相似，机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。
由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。
另外，电动机在正常负载运行时，转差率s较小，因此转差功率P,较小，效率较高。
2.保持U/fi=常数当降低电源频率f时，保持U/fx=常数，则气隙每极磁通Φ≈常数。
U、/f、=常数时的机械特性不如保持E/fi=常数时的机械特性，特别是当低频低速时，机械特性变坏了。
升高频率向上调速时，升高电源电压是不允许的，只能保持电压UN 不变，频率越高，磁通Φ越低，因此是一种弱磁升速的方法，类似他励直流电机弱磁调速。