交流电机变频调速及其应用第一章 异步电动机变压变频调速理论基础
交流电机变频调速及其应用第一章 异步电动机变压变频调速理论基础2
二、 基频以下的变频调速控制方式
Es 4.44 f1 Ns kNS Φm
由式（1-30）可知，要保持 m 不变，当频 率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 Es ，使
Es 常值 f1
即采用恒电动势频率比的控制方式。
2014-6-7 9
Es 1. 保持 f 1 const 的严格恒磁通控制
而且，在动态中也尽可能保持rm恒定是矢量
控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。
2014-6-7 31
三、 基频以上的变频调速控制方式
在基频以上调速时，频率应该从 f1N 向上升高，但 定子电压Us 却不可能超过额定电压UsN ，最多只能保持 Us=UsN ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直 流电机弱磁升速的情况。
然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当 电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降， 而认为定子相电压 Us ≈ Es，则得
Us 常值 f1
Es
Us
，这就是保持
也称为恒压频比控制或U/f控制
Us 常值 f1
的近似恒磁通控制
是开环变频调速系统常用的控制方式。
2014-6-7 14
由式（1-30）可得
m
Es 4.44 f 1 N s K Ns
（1-31）
由式（ 1-31 ）可知，要保持磁通 m 不变， 当频率 f1 从额定频率向下调节时，必须同时降低电动势Es，即采 用恒定的电动势频率比的控制方式。这时异步电动机的 机械特性将会如何呢？
2014-6-7
10
1. 保持
式中 f1 —定子频率（Hz）； Ns —定子每相绕组串联匝数； kNs —基波绕组系数； （1-30）
变频调速理论基础-复习及习题解答
三、交流异步电动机变频调速的理论基础问题3-1：在电动机调速时，为什么要保持每极磁通量为额定值不变？对直流电机和交流异步电机，分别采用什么方法使电机每极的磁通恒定？异步电机的气隙磁链在每相定子中的感应电动势E g =4.44f 1N 1k N1Φm 如果使Eg/f 1=K 气隙磁链保持不变，要保持直流电机的磁通恒定，因为其励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，容易做到保持磁通恒定。
要保持交流异步电机的磁通恒定，必须采用恒压频比控制。
问题3-2：交流异步电动机的恒压频比控制有哪三种方式？试就其实现难易程度、机械特性等方面 进行比较。
Eg/f 1=K ，气隙磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值，机械特性非线性，难实现，加定子电压补偿的目标，改善低速性能。
T max ，n m 与频率无关，机械特性平行，硬度相同，类似于直流电动机的降压调速，属于恒转矩调速。
U 1/f 1=K ，定子相电压/输入频率为恒值，U 1定子相电压，机械特性非线性，易实现。
f 1接近额定频率时，T max 变化不大，f 1的降低，T max 变化较大，在低速时甚至拖不动负载。
实际上U 1/f 1=常数，由于频率很低时定子电阻损耗相对较大， 不可忽略，故必须进行定子电压补偿。
E 2/f 1=K ，转子磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值，E 2转子磁链在每相定子中的感应电动势（忽略转子电阻损耗）转子磁链恒值，机械特性线性， 稳态性能和动态性能好，最难实现。
这是矢量控制追求的目标。
问题3-3：交流异步电动机变频调速系统在基速以上和基速以下分别采用什么控制方法，磁通、转矩、功率呈现怎样的变化规率？并请用图形表示。
恒磁通调速（基频以下）U 1/f 1=常数，并补偿定子电阻损耗。
恒功率调速（基频以上）升高电源电压时不允许的，f 1Φm =KE g 0f T f带定子电压补偿的U 1/f 1=KφφmU1fnUnnT在频率上调时，只能保持电压不变。
交流变频调速基本原理
交流变频调速基本原理交流变频调速是指通过改变交流电源的频率来调节机电的转速，实现对机电的调速控制。
它是现代工业中广泛应用的一种调速方式，具有调速范围广、调速精度高、能耗低等优点。
本文将详细介绍交流变频调速的基本原理。
一、交流机电的基本原理交流机电是利用交流电源产生的旋转磁场来驱动转子旋转的机电。
根据机电的结构和工作原理的不同，可以分为异步机电和同步机电两种。
1. 异步机电异步机电是最常用的一种交流机电，也是应用最广泛的机电之一。
它的转速与供电频率成正比，即转速随着频率的增加而增加。
异步机电的转速与电源频率之间的关系由下式表示：n = (120f) / p其中，n为机电的转速（单位：转/分钟），f为电源频率（单位：赫兹），p为机电的极对数。
2. 同步机电同步机电的转速与供电频率成正比，但与异步机电不同的是，同步机电的转速是固定的，与电源频率彻底同步。
同步机电的转速由下式表示：n = (120f) / p其中，n为机电的转速（单位：转/分钟），f为电源频率（单位：赫兹），p为机电的极对数。
二、交流变频调速的原理交流变频调速的基本原理是通过改变电源的频率来改变机电的转速。
当电源频率改变时，机电的转速也会相应改变。
交流变频调速系统主要由变频器、机电和控制器组成。
1. 变频器变频器是交流变频调速系统的核心设备，它能够将固定频率的交流电源转换为可调频率的交流电源。
变频器通过控制输出电压的频率和幅值，实现对机电的调速控制。
变频器通常由整流器、逆变器和控制电路组成。
整流器将交流电源转换为直流电源，逆变器将直流电源转换为可调频率的交流电源。
控制电路负责接收来自控制器的指令，控制变频器的输出频率和幅值，从而实现对机电的调速控制。
2. 机电机电是交流变频调速系统中的执行器，负责将电能转换为机械能，驱动负载工作。
机电的转速与供电频率成正比，通过改变电源的频率，可以改变机电的转速。
机电的转速与负载的转矩之间存在一定的关系，通过控制电源频率和幅值，可以实现对机电的调速控制。
交流电机变频调速原理
交流电机变频调速原理交流电机变频调速原理引言：交流电机是现代工业生产中广泛使用的一种电动机，其工作原理是根据电流的方向和大小来控制转子的运动方式。
然而，交流电机的转速、效率和精确度往往受到电源频率的限制。
为了克服这些限制，交流电机变频调速技术应运而生。
本文将深入探讨交流电机变频调速的原理、应用和优势，并分享个人对这个主题的观点和理解。
一、交流电机基础知识1.1 交流电机的原理交流电机是一种以电动力为动力，通过转子和定子的相互作用来实现动力转换的设备。
它是利用交流电流的方向和大小来控制转子的旋转速度和方向。
1.2 交流电机的分类交流电机主要分为感应电机和同步电机两类。
感应电机是最常见的交流电机，适用于大多数家用电器和工业设备。
同步电机则适用于高精度运动控制和同步功率传输场景。
二、交流电机变频调速原理2.1 变频调速的概念交流电机变频调速是一种通过改变电源频率来控制电机转速的技术。
它通过将交流电源的频率进行调整，改变电机转子的运动方式，从而实现对电机速度的精确控制。
2.2 变频器的工作原理变频器是交流电机变频调速系统中的核心设备。
其工作原理是将电源的交流电转换为直流电，然后再将其转换为可调频率和可调幅度的交流电。
这样，就能够实现对电机转速的精确控制。
2.3 变频调速的优势交流电机变频调速具有如下优势：- 比传统调速技术更加节能高效，可以根据实际需求调整电机转速，避免能耗的浪费。
- 减小了机械设备的开停次数，延长了设备的使用寿命。
- 实现了电机的平稳启动和停止，减轻了电机的冲击和振动。
- 提高了系统的控制精度和变速范围，更好地适应不同负载和工艺要求。
三、交流电机变频调速的应用3.1 工业生产中的应用交流电机变频调速广泛应用于工业生产中，如风机、泵站、中央空调系统等。
它们的调速需求较高，变频调速技术能够满足这些需求，并提高生产效率和降低能源消耗。
3.2 家用电器中的应用变频调速技术在家用电器中也有广泛应用，如洗衣机、空调和冰箱等。
2-交流电机变频调速详解
以下情况要选用交流输出电抗器
变频器到电机线路超过100米（一般原则）
以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载 频繁快速加减速 大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）
变频器选型—选型原则
使用通用变频器的行业和设备 使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬 石化用风机、泵、空压机 电梯门机、起重行走 供水 油田用风机、水泵、抽油机、空压机
多
0.4-315KW
EV1000 EV2000
TD3000 2.2-75KW TD3100 高 TD3300
高动态性能 动态性能好 总线设计 精确控制 网络化应用 行业专用
0.4-5.5KW
功 能
TD900
调速、通讯 操作简便
功能丰富 适用面广
高稳态性能
成 本
完整的功率段 行业专用
少
宽电压范围
元件化设计
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
三相交流电机
220V 1PH
变频器的构成—控制回路接口
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入
无源输入，一般由变频 启/停变频器，接收编码器信号、多 器内部24V供电， 段速、外部故障等信号或指令
2.3 交流电机变频调速
•概 述
异步电机的变压变频调速系统一 般简称为变频调速系统。由于在调速 时转差功率不随转速而变化，调速范 围宽，无论是高速还是低速时效率都 较高，在采取一定的技术措施后能实 现高动态性能，可与直流调速系统媲 美。因此现在应用面很广，是本篇的 重点。
交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真
交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真异步电动机变压变频调速系统是一种常见的电动机调速系统，可以实现电动机转速的精确控制和调节。
本文将介绍异步电动机变压变频调速系统的设计和仿真。
首先，异步电动机的调速原理简要介绍。
异步电动机是一种常用的交流电动机，其转速通常由额定电压和频率决定。
通过改变电动机的电压和频率，可以实现对电动机的调速。
变压变频调速系统通过调节电压和频率的大小，改变电动机的转速。
在设计异步电动机变压变频调速系统之前，首先要确定电动机的参数。
电动机的参数包括额定功率、额定电压、额定电流等，这些参数可以从电动机的标牌上获取。
另外，还需要确定变压变频器的参数，包括额定电压范围、频率范围等。
这些参数将决定整个系统的性能。
设计异步电动机变压变频调速系统的关键是选取合适的变压变频器。
变压变频器是将电网的交流电转换为可调频率和可调电压的交流电的装置。
根据电动机的额定电压和变压变频器的额定电压范围，选取合适的变压变频器，以满足调速系统的要求。
设计异步电动机变压变频调速系统的下一步是进行系统的电路设计。
电路设计包括电动机的接线和变压变频器的接线。
电动机的接线要根据电动机的型号和相数来进行，确保电机的正常运行。
变压变频器的接线要根据变压变频器的接线图进行，确保变压变频器与电动机的连接正确。
完成电路设计后，还需要进行系统的控制设计。
控制设计包括电机的启动和停止控制、电机的转速控制等。
启动和停止控制一般采用按钮控制或者遥控控制，可以通过按钮或者遥控装置来启动和停止电动机。
转速控制一般采用PID控制器进行，通过调节变压变频器的输出电压和频率，来实现对电动机转速的控制和调节。
完成设计后，可以使用仿真软件进行系统的仿真。
常用的仿真软件有MATLAB/Simulink、PSIM等。
通过仿真可以验证系统的设计是否正确，并进行性能评估。
仿真结果可以用来优化系统的设计，提高系统的性能。
综上所述，异步电动机变压变频调速系统的设计和仿真是一个系统工程，需要从确定电动机和变压变频器的参数开始，进行电路设计和控制设计，最后进行仿真验证。
交流电机变频调速讲座第一讲_异步电动机的变压变频调速原理和稳态特性
【 者的话 】 编
自 世纪
年代 以来 在 电气传动领域 中用 交流 电机 调速 取代直 流电机调
,
,
速一 直是不 可 逆转 的趋 势
。
目前
,
交 流调 速 已 成为满 足各种 生 产 工 艺要 求和节
, ,
约 电能的重要措施 在多种 交 流调速方法 中 变频 调 速 的应用 发展最 快 变频 器的生 产 成本 稍高
,
势
和 频率
,
便 可 达到控 制磁 通 。
,
频 调 速 系统
在这种 系 统 中
,
,
要调节
是 一 种 浪费 如 果 过 分 增 大 磁 通
,
的 目的
对此
需 要 考虑基 频 额定频
。
电动 机 的转 速
须 同 时调 节 定子 供 电
,
又 会使铁 心 饱 和
从 而 导 致过大 的励
率 以 下 和 基频 以上 两 种情 况
一
、
再 进 一 步提 高
,
把
转子 漏 抗 上 的压 降也抵 消 掉
由图 卜 可 写 出
,
得 到恒
。
控制
,
那么
,
机械 特 性 会 怎样 呢 ,
一
。
代 入 电磁 转 矩基 本 关 系式
。
,
得
。
‘
全
・
。
二
码 一
, 一
, 不
厂 丫
・
、
以
一
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又占 夕
下
一 ’
俩
一少
一 尺
很 明显 然 恒 性
。
,
,
交流异步电动机变频调速设计
交流异步电动机变频调速设计异步电动机是工业生产过程中广泛使用的一种电机，widely used in industrial production. 它的运转速度受到电源的频率和极数的影响，因此在一些应用场合需要采取变频调速技术，以满足不同负载下的运转需求。
本文将介绍异步电动机变频调速设计的基本原理和具体实现方法。
一、异步电动机变频调速的原理异步电动机通过电源提供的交流电源驱动，其转速 n与电网频率 f 和定子极数 P 相关，公式为：n=60f/P 。
如图1所示，当电网频率为50Hz、极数为4极时，异步电动机的转速为1500 rpm。
当需要在同一台异步电动机下实现不同转速时，可以采用变频调速技术。
变频调速的原理是通过变频器改变电网电源的频率和电压，从而改变异步电动机的转速。
变频器通过将电源中的直流信号转换成相应的交流信号进行调节，例如通过将电源中的50Hz的电信号转换为30~50Hz的交流信号，使得异步电动机的转速得到调节。
二、异步电动机变频调速的实现方法1.输入电源与三相异步电动机连接。
2.将电源中的交流信号转换为直流信号，通过功率恒定的逆变器将直流信号转换为变频输出的交流信号。
3.通过多种控制方法调节电压频率，从而实现异步电动机转速的控制。
通常采用矢量控制和定速控制两种控制方式。
3.1 矢量控制矢量控制是一种高精度、高性能的控制方法，可以使异步电动机在不同的负载下达到相同的速度和扭矩。
矢量控制适用于较高的调速要求，可以在满足较高控制精度的同时，实现更好的动态性能。
3.2 定速控制定速控制是一种简单、常用的变频控制方法。
该方法通过设定电机的运行速度来调节输出频率和电压，使得异步电动机具有稳定的转速和扭矩。
三、结论本文通过介绍异步电动机变频调速的原理和实现方法，可以实现异步电动机在不同负载条件下达到相同的转速和扭矩，提高了运行效率和能源利用率。
异步电动机变频调速技术的应用将得到更加广泛的推广和应用。
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I
' r
k
s Rr'
Us
n
s n0 n n0
I
' r
额定恒转矩条件下，降压则过载！例如冰箱、空调等。
U I 电动机为非线性负载，不能简单套用欧姆定律。
因此，降压调速的方法仅适用于负载较轻或 调速范围较小的情况。
11
交流力矩电机的机械特性
为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能
在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高
第一章 第一章 异步电动机变频调速理论基础
主讲教师： 崔纳新
1
本章提要 • 1.1 异步电动机运行原理 • 1.2 异步电动机的机械特性 • 1.3 变频调速的基本控制方式 • 1.4 负载转矩特性及其与调速方
式的配合
2
1.2 异步电动机的机械特性
异步电动机不同的调速方式 异步电动机的机械特性
人为地改变
M
Te m a x Ten
ns
M称为过载倍数。 n0 0
a
sm
b
01
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特性
6
1.2 异步电动机的机械特性
• （2）异步电动机的工作区域，一般只能在 s 0 ~ sm 范围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正
比，故称为机械特性的线性段，大于sm部分则为机械 特性的非线性段。
电磁转矩与定子电压的平方成正比。 3
1.2 异步电动机的机械特性
• 当电压Us和频率1一定时，机械特性方程式Te= f（s） 是一个二次表达式。在定子电压Us和频率1均为额定
值的情况下，可画出异步电动机的固有机械特性曲线
如图1-7所示。 n s
n0 0
a
sm
b
01
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特性
当s>1/3时，转子和定子电流将 于风机泵类负载。
随速度的降低而降低。
14
异步电动机变压调速
变压调速是一种典型的转差功率消耗型 调速系统。
异步电动机降压调速 转差功率消耗型 转子回路串电阻调速
电磁转差离合器调速
15
所谓的调压调速，就是通过改变定子外加 电压来改变其机械特性的函数关系，从而达到 改变电动机在一定输出转矩下转速的目的。
3npU
2 s
Rr'
/
s
Rs Rr' / s 2 12 Lls L'lr
2
8
调压时的机械特性
特点：
(1) n0不变 (2) Te(包括Tst)正 比于u1的平方 (3)Sm不变
n n0
恒转矩负载特性
A
D
sm
CB 0.5UsN
E
风机类负载特性
0.7UsN
F
UsN
O TL Tst
Temax Te
F
UsN
对风机泵类机械，由于其负
载特性为TL=kna(a>1)，采用
调压调速则可得到较大的调
速范围，如图2-1中的D，E， O TL Tst
Temax T
F点。
图1-8 异步电动机在不同电压下的机械特性
10
交流调压调速的基本结论
• 1）恒转矩负载
降压调速在恒转矩条件下，转子电流随转速的降低而增大
由公式(1-17) 可得：当Te=TL 时，有
4
1.2 异步电动机的机械特性
• 从机械特性曲线上看，转矩有一个最大值Temax。对应于最大转 矩的转差率sm称为临界转差率，它可由式（1-18）对s求导，并 令dTe/ds = 0求得
•
sm
Rr'
（1-21）(Lls L'lr ) 2
sm
• 将sm代入式（1-18）即可求得最大转矩Temax为
异步电动机调压调速方式广泛应用于启动时限制 启动电流和一些调速精度要求不高的场合，目前调压 调速方式在家用风扇、电动工具等小容量系统中仍然 普遍应用。
当电源频率1、转速或转差率s一定时，电磁转矩
与定子电压的平方成正比，这说明不同的定子电压，
可以得到不同的人为机械特性，如图1-8。
Te 1
一、异步电动机的固有机械特性
Te 1
3npU
2 s
Rr'
/
s
Rs Rr' / s 2 12 Lls L'lr
2
（1-18）
式中：
Rs , Rr'
为定子每相电阻和折算到定子侧的转子每相电阻；
L1s L1' r为定子每相漏感和折算到定子侧的转子每相漏感
可见，当电源频率1、转速或转差率s一定时，
交流调压调速的基本结论
• 2）调压调速更适合于风机泵类负载－转子电流随转速的
下降不明显上升，有时还会下降（调速范围比较宽）
由公式(1-17)可得：
稳态运行时：
• U1
n
s
I
' r
T TL
2 pf
3n p
Te
s Rr'
kn 2 kn02 (1 s )2
I
' r
(1 s )
(1 s )
s
•
• •
Temax
3 2
npU
2 s
1 Rs
1
•
1
Rs2 12 (Lls L'lr ) 2
（1-22）
b
01
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特
性
5
1.2 异步电动机的机械特性
• 注意：
（1）设计电动机时通常把额定转矩Ten确定为
1 2
Temax左右,
定义最大转矩Temax与额定转矩Ten之比为
图1-8 异步电动机在不同电压下的机械特性
9
1.2 异步电动机的机械特性
带恒转矩负载TL时，可 得不同的稳定转速，如图2-1 中的A，B，C点。由于普通 异步电动机工作段转差率S 很小，因此对恒转矩负载来 说，调速范围很小。但是，
n n0
sm
恒转矩负载特性
A
D
CB
E
0.5UsN
风机类负载特性
0.7UsN
ns
（3）在机械特性曲线上，转速 n0 0
a
为零时所对应的起始转矩为Tq， sm 且s=1，此点对应着电机刚开始
启动的状态，此时启动电流很
大，可达电机额定电流的4~7倍，0 1
b
但启动转矩却不大。
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特性
7
1.2 异步电动机的机械特性
二、调压时的人为机械特性
R
' r
s Rr'
必有最大值
13
交流调压调速的基本结论
dI
' r
ds
K2 Rr'
(1
s)
1 2
1 s
s 0
Ir‘
I‘r=f(s
)
解上式，得s＝1/3。
当s<1/3时，转子和定子电流仍 随速度的降低而增大，其电 流增大程度比恒转矩负载条
0
1s
图1-11 风机泵类负载时转子电流变化曲线
件下小得多； 调（降）压调速更适用
的电阻值，这样的电机在变电压时的机械特性绘于图1-
10。
s,n 0
n0
恒转矩负载特性 A
B
0.5UsN C
UsN
显然，带恒转矩 负载时的变压调 速范围增大了， 堵转工作也不致
0.7UsN
烧坏电机，这种 电机又称作交流
1
力矩电机。
0 TL
Te
图1-10 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
12
在不同电压下的机械特性