第一节 交流异步电动机变频调速原理
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
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
异步电动机调速原理
异步电动机调速原理1.变频调速原理：通过改变电源对电动机供电的频率，调整电动机的转速。
变频器是主要实现这种调速方式的设备，它能够将固定频率的电网供电转变为可调频率的交流电源。
变频器通过调节输出频率的大小，改变电动机的转速。
当输出频率增加时，电动机转速增加；当输出频率降低时，电动机转速降低。
通过变频调速可以实现电动机平稳起动、调速范围广、响应速度快、运行效率高等优点。
2.变压器调速原理：通过改变电源对电动机供电的电压，来调整电动机的转速。
变压器调速主要是通过改变输入电压的大小，而保持频率不变来实现。
当输入电压增加时，电动机转速增加；当输入电压降低时，电动机转速降低。
变压器调速适用于功率较大的电动机，但调速精度较低。
3.极数调速原理：通过改变电动机的极数来调整电动机的转速。
电动机的极数是指电动机定子和转子上磁极的数目。
当极数增加时，电动机转速降低；当极数减少时，电动机转速增加。
极数调速适用于小功率的电动机，但需要更换电动机的转子来改变极数，操作较为复杂。
4.转子电阻调速原理：通过改变转子电阻的大小，来调整电动机的转速。
转子电阻调速主要是通过在转子电路中串联一个可调节的电阻，来改变电动机的转矩和转速。
当转子电阻增加时，电动机转速降低；当转子电阻减少时，电动机转速增加。
转子电阻调速适用于较小的调速范围。
总结：异步电动机调速原理有多种方式，可以根据实际需求选择合适的调速方式。
变频调速是最常用的调速方式，具有调速范围广、精度高、响应速度快等优点。
而变压器调速适用于功率较大的电动机，调速范围较窄。
极数调速适用于小功率电动机，但需要更换电动机转子。
转子电阻调速适用于较小调速范围。
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
鱼
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。
交流异步电动机变频调速原理
交流异步电动机变频调速原理在异步电动机调速系统中，调速性能最好、应⽤最⼴的系统是变压变频调速系统。
在这种系统中，要调节电动机的转速，须同时调节定⼦供电电源的电压和频率，可以使机械特性平滑地上下移动，并获得很⾼的运⾏效率。
但是，这种系统需要⼀台专⽤的变压变频电源，增加了系统的成本。
近来，由于交流调速⽇益普及，对变压变频器的需求量不断增长，加上市场竞争的因素，其售价逐渐⾛低，使得变压变频调速系统的应⽤与⽇俱增。
下⾯⾸先叙述异步电动机的变压变频调速原理。
交流异步电动机变频调速原理：变频器是利⽤电⼒半导体器件的通断作⽤把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。
现在使⽤的变频器主要采⽤交—直—交⽅式（VVVF变频或⽮量控制变频），先把⼯频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
交-直部分整流电路：由VD1-VD6六个整流⼆极管组成不可控全波整流桥。
对于380V的额定电源，⼀般⼆极管反向耐压值应选1200V，⼆极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。
（⼆）变频器元件作⽤电容C1：是吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波，变压器是⼀种常见的电⽓设备，可⽤来把某种数值的交变电压变换为同频率的另⼀数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。
压敏电阻：有三个作⽤,⼀过电压保护,⼆耐雷击要求,三安规测试需要.热敏电阻：过热保护霍尔:安装在UVW的其中⼆相,⽤于检测输出电流值。
选⽤时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。
充电电阻：作⽤是防⽌开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容⼆端的电压为0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。
如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过⽆穷⼤的电流导致整流桥炸掉。
交流异步电动机变频调速原理及特点
交流异步电动机变频调速原理及特点摘要：在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速因其调速性能好、效率高被公认为是异步电动机的一种比较理想调速方法，也是交流调速系统的主要发展方向。
下面就变频调速的基本原理与基本控制方式，分类与特点谈谈自己的理解.关键词：功率因数；恒转矩负载；恒功率负载；脉冲幅度调制方式；脉冲宽度调制方式一变频调速的基本原理与基本控制方式1.变频调速的基本原理根据异步电动机的转速表达式n=（1-s）60f/p可知，改变异步电动机的供电频率f，可以改变异步电动机的转速n，这就是变频调速的基本原理.由电机理论可知，三相异步电动机定子每相电动势E为：E=4.44fNQ.从该式可知，磁通Q是由E和f共同决定的.在电动机定子供电电压保持不变情况下，只改变频率f，将引起磁通Q的变化，可能出现励磁不足或励磁过强的现象.当频率f降低时，磁通将增加，这会引起磁路饱和，定子励磁电流上升，铁耗急剧增加，造成电动机功率因数和效率下降，这种情况是电机实际运行所不允许的；反之，当频率升高时，则磁通将减小，同样的转子电流下将使电机输出转矩下降，电动机的负载能力下降.因此，在变频调速时，应尽可能使电动机的磁通保持额定值不变，从而得到恒转矩的调速特性.而对于恒功率负载，因为P=Mn=定值，也就是说，对恒功率负载采用变频调速时，若满足电压与频率平方根的比值等定值，则电机的过载能力不变，但气隙磁通将发生变化；若满足电压与频率的比值等定值，则气隙磁通维持不变，但过载能力将发生变化.这说明变频调速特别适用恒转矩负载.2.变频调速的基本控制方式异步电动机的变频调速分为以下两种情况.即额定频率以下的恒磁通变频调速和额定频率以上的弱磁通变频调速.首先额定频率以下的恒磁通变频调速，这是从电机额定频率向下调速的情况.由于磁通与E/f成正比，故调节定子的供电频率f时，按比例调节定子的感应电动势E，即保持E/f=常数，可以实现恒磁通变频调速，这相当于直流电动机调压调速的情况，属于恒转矩调速方式.但是，由于定子感应电动势是无法直接测量和直接控制的，因此，只能直接调节的是外加的定子供电电压U.若忽略定子绕组阻抗压降，则U=E，因此可以采用U/f=常数的恒压比控制方式进行变频调速.在进行恒压比的变频调速时，当f较小时，由于U也较小，因而定子绕组阻抗压降相对较大，故不能保持磁通不变.因此，这种恒压比的变频调速只能保持磁通近似不变，实现近似的恒磁通变频调速，在这种情况下，可以采用专门电路，在低速时人为地适当提高定子电压，以补偿定子阻抗压降的影响，使磁通基本保持不变，实现恒磁通、恒转矩的变频调速。
异步电机变频调速原理
异步电机变频调速原理
异步电机变频调速原理是通过变频器控制电机的供电频率和电压来实现调速的方法。
变频器将直流电源转换为可调频、可调幅的交流电源，通过改变输出电压的频率和幅值，控制电机的转速和负载。
变频器的工作原理如下：
1. 电源输入：将交流电源输入到变频器的整流电路中，经过整流、滤波等处理，将交流电源转换为稳定的直流电源。
2. 逆变输出：经过变频器的逆变电路将直流电压转换为交流电压，调节输出电压的频率和幅值，并将其送到电机绕组中。
3. 控制逻辑：变频器内部有控制逻辑电路，根据用户设定的转速需求和反馈信号，通过运算、控制算法等实现电机的闭环调速控制。
4. 异步电机控制：变频器控制电机的供电频率和电压，通过改变频率，可实现电机的转速调节；通过改变电压，可实现电机的负载调节。
调速原理是根据电机的转速和负载需求，将变频器的工作状态（输出频率和幅值）调整到合适的值，以实现电机的稳定运行和高效工作。
同时，变频器还能实现多种保护功能，如过流保护、过载保护、温度保护等，保证电机的安全运行。
交流异步电动机变频调速原理
交流异步电动机变频调速原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。
现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
交-直部分整流电路：由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。
对于380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1200V，二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。
（二）变频器元件作用电容C1：是吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波，变压器是一种常见的电气设备，可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。
压敏电阻：有三个作用,一过电压保护,二耐雷击要求,三安规测试需要.热敏电阻：过热保护霍尔:安装在UVW的其中二相,用于检测输出电流值。
选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。
充电电阻：作用是防止开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容二端的电压为0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。
如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。
一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。
充电电阻的选择范围一般为：10-300Ω。
储能电容：又叫电解电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。
PN端的电压电压工作范围一般在430VDC～700VDC 之间，而一般的高压电容都在400VDC左右，为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。
容量选择≥60uf/A均压电阻：防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容；因为二个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重（电容里面有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一节 交流异步电动机变频调速原理
根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为：
)1(**60s p
f n -= （2-1-1） 式中： n 一 电动机转速/分钟，单位：r/min ；
p 一 电动机磁极对数；
f 一 电源频率，单位：Hz ；
s 一 转差率，10<<s 。
注：p 是磁极对数，不是磁极数。
由式（2-1-1）知，影响电动机转速的因素有：电动机的磁极对数 p ，转差率 s 和电
源频率f 。
对于给定的电动机，磁极对数 p 一般是固定的；通常情况下，转差率 s 对于
特定负载来说是基本不变的，并且其可以调节的范围较小，加之转差率 s 不易被直接测量，调节转差率来调速在工程上并未得到广泛应用。
如果电源频率可以改变，那么通过改变电源
频率来实现交流异步电动机调速的方法应该是可行的，这就是所谓变频调速。
由电机学原理知，如忽略绕组间的互感、绕组的漏感及空间电磁谐波，交流异步电动
机的相等效稳态电路如图 2-1-1。
图 2-1-1 交流异步电动机的相等效稳态电路
由戴维南定理，图 2-1-1电压平衡方程式为：
U = E + I * r （2-1-2）
式中： U 一 相电压 ；
E 一 定子绕组的感应电动势；
I 一 定子绕组的相电流；
r 一 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和。
交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果， 其
有效值计算如下：
E = K * f * Φ （2-1-3） 式中：Ｋ 一 与电动机结构有关的常数；
ｆ 一 电源频率；
Φ 一 磁通量 。
由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部
分消耗在电阻 r （ 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和 ）上 。
其中定
子绕组的相电流 I 由两部分构成：
21I I I += （2-1-4）
电机的定子电流有一小部分1I 用于建立磁场的主磁通，其余大部分2I 用于产生拖动负
载的电磁力。
由式 （2-1-1）知，调整电源频率f 时，可以调节速度n 。
当电源频率f 下降时，由
式 （2-1-3）知，感应电动势随之比例减小；在相电压U 保持不变的情况下，由式（2-1-2）
知，定子绕组的相电流I 相应增大。
在很多情况下，电机的负载是基本恒定的，因此用于产
生电磁力的电流2I 是基本不变的，于是1I 将增大；1I 的增大将直接导致主磁通的增大。
由
式 （2-1-3），主磁通的增大，将引起感应电动势Ｅ比例增大；由式（2-1-2），感应电动势
Ｅ的增大将使定子电流I 减小。
不难理解，通过这样的负反馈，电机将最终稳定在一个新的
工作点。
这样的控制方法看起来似乎没有问题。
但实际情况是主磁通容量上限与电机的铁芯有
关。
电机的铁芯受制于重量、体积、成本等因素的考虑，不可能做的很大。
对于电机设计来
说，设计目标之一就是：当电机处于额定工作状态下时，主磁通接近容量上限。
上述的变频
调速方法工作在额定频率以下时，将会导致铁心磁饱和，引起电流波形畸变，有效力矩下降；
严重时，将导致电机发热过快，振动和噪音加大；工作在额定频率以上时，铁心处于弱磁状
态，电磁力矩不足，电机的机械特性变软（转差率s 变大），带载能力下降。
结论：通过只调节电源频率来调节速度的方法不可取。
既然不可取的原因是因为铁心磁饱和。
那么在调节电源频率的同时，可不可以保持磁通量恒定呢？
答案是肯定的。
由式（2-1-3）知：
Φ∝ E/f(2-1-5)在电机运转速度不是很低的情况下，由于电机的电阻r很小，电机定子线圈上的阻抗压降（I*r）可以忽略。
由式（2-1-2）可以得到：
U≈ E (2-1-6) 于是式(2-1-5)可以表示为：
Φ∝ U/f(2-1-7)由式(2-1-7)知，在调节电源频率f的同时同比例地调节电源电压U可保持磁通量Φ基本恒定，达到了调节速度的目的，又不影响电机的带载能力。
这就是所谓的变频变压调速法：VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）控制法，也称恒压频比（V/F）控制法。
当电源频率较低时，因定子绕组的感应电动势较小，忽略电机定子线圈上的阻抗压降（I*r）时引入了较大的误差，直接表现就是电机的带栽能力下降。
实际应用中，为了保持转矩基本恒定，在低频段，通常需要对V/F 曲线进行补偿。
所以低频段也称恒转矩区。
见图 2-1-2。
当电源频率高于一定频率时，电机绕组相电压并不能依据式（2-1-7）比例增加。
主要原因是：
相电压受制于电机绕组的绝缘强度；
相电压受制于电源的利用率；
相电压受制于系统供电。
实际中的做法是：当电源频率高于一定阈值时，相电压保持不变。
见图 2-1-2。
此区间相电流基本保持不变，即电机的输入功率基本保持不变，所以该区间也称恒功率区。
不难理解，此时铁心处于弱磁状态，电磁力矩不足，电机的带载能力下降，机械特性变软。
图2-1-2 ：异步电机V/F控制特性
图2-1-2中：
Ⅰ：理想V/F 特性曲线；
Ⅱ：实际V/F 特性曲线（低频力矩补偿高频限压）；
Ⅲ：对应Ⅱ的主磁通特性。
V/F控制法最大的优点是绕开了定子绕组感应电动势的测量，可实现转速开环控制，简化了控制结构。
那么，如何产生电压与频率皆可调节的激励源呢？
我们知道，交流异步电动机的理想激励源是正弦波。
在早期的V/F调速系统中，受限于电力电子器件及微处理器的性能，固定脉宽的6拍阶梯波控制法较常使用。
这种控制方法的电流谐波比较大，电机的力矩波动明显。
已较少采用。
目前正弦波脉宽调制SPWM与空间矢量脉宽调制SVPWM两种方案的应用最为广泛。