异步电动机变频调速控制方式
变频调速的基本控制方式ppt课件
28
机械特性曲线
n
可见，当频率ω1提高 时，同步转速n1随之提 n1c 高，最大转矩减小，机 n1b
械特性上移；转速降落 n1a
1c 1b 1a
随频率的提高而增大， n1N 1N
1N <1a <1b <1c 恒功率调速
特性斜率稍变大，其它
形状基本相似。如右图
所示。
2024/7/16
O Te
图6-5 基频以上恒压变频调速的机械特性29
2024/7/16
22
结论
➢在恒压频比的条件下改变频率 1 时，机械特性基本上是
平行下移 ➢当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来 了。而且频率越低时最大转矩值越小
➢最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而减小的。频率很
低时，Temax太小将限制电机的带载能力，采用定子压 降补偿，适当地提高电压Us，可以增强带载能力
（U漏—漏磁阻抗压降；Us—每相电压），
当Us很大时，U漏很小；可以认为Us≈Eg 。
m
US f1
C
要改变f1实现调速，则同时应改变Us来保持Φm不变。
—恒压频比控制方式
2024/7/16
12
带定子压降补偿的恒压频比控制特性
但当f1太小时，忽略U漏则误差较大，这时可以人为增 大Us进行补偿，以减小误差。
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小结
电压Us与频率1是变频器—异步电动机调速系统的两个独立
的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调 控制。 在基频以下，有两种协调控制方式。采用不同的协调控制方 式，得到的系统稳态性能不同。 在基频以上，采用保持电压不变的恒功率弱磁调速方法。
2024/7/16
三相异步电动机的三种调速方法
三相异步电动机的三种调速方法三相异步电动机是工业生产中常用的一种电动机，其具有结构简单、可靠性高、维护方便等优点，因此被广泛应用于各种机械设备中。
在实际应用中，为了满足不同的工作要求，需要对三相异步电动机进行调速。
本文将介绍三相异步电动机的三种调速方法。
一、电压调制调速法电压调制调速法是一种常用的三相异步电动机调速方法。
该方法通过改变电动机的供电电压来实现调速。
具体来说，当需要降低电动机的转速时，可以降低电动机的供电电压，从而降低电动机的转速。
反之，当需要提高电动机的转速时，可以提高电动机的供电电压，从而提高电动机的转速。
电压调制调速法的优点是调速范围广，调速精度高，且不会对电动机的机械结构产生影响。
但是，该方法需要使用特殊的电压调制器，成本较高，且在低速运行时容易出现电动机振动和噪音等问题。
二、变频调速法变频调速法是一种基于电子技术的三相异步电动机调速方法。
该方法通过改变电动机的供电频率来实现调速。
具体来说，当需要降低电动机的转速时，可以降低电动机的供电频率，从而降低电动机的转速。
反之，当需要提高电动机的转速时，可以提高电动机的供电频率，从而提高电动机的转速。
变频调速法的优点是调速范围广，调速精度高，且在低速运行时不会出现电动机振动和噪音等问题。
同时，该方法还可以实现电动机的软启动和停机，延长电动机的使用寿命。
但是，该方法需要使用特殊的变频器，成本较高。
三、转子电阻调速法转子电阻调速法是一种基于电动机本身结构的三相异步电动机调速方法。
该方法通过改变电动机转子电阻来实现调速。
具体来说，当需要降低电动机的转速时，可以增加电动机转子电阻，从而降低电动机的转速。
反之，当需要提高电动机的转速时，可以减小电动机转子电阻，从而提高电动机的转速。
转子电阻调速法的优点是成本低，调速范围广，且不需要使用特殊的调速器。
但是，该方法会对电动机的机械结构产生影响，同时在低速运行时容易出现电动机振动和噪音等问题。
三相异步电动机的调速方法有电压调制调速法、变频调速法和转子电阻调速法。
三相异步电动机调速方法有几种
三相异步电动机调速方法有几种三相异步电动机调速方法有以下几种：1. 变频调速：变频调速是最常见的方法之一，通过控制变频器的输出频率，改变电机的转速。
变频器将电源频率转换为可调的高频交流电，然后供电给电动机，通过改变输出频率，可以使电机的转速达到所需的速度。
2. 电压调节：电压调节是通过改变电机的供电电压来调整其转速。
通过降低或增加电机的供电电压，可以改变电机的转速。
这种调速方法简单、成本低，但是变压器的过载能力有限，不能实现大范围的调速。
3. 电阻调速：电阻调速是通过在电机起动电路中串联电阻器来改变电机的供电电压，进而改变其转速。
通过改变电阻的大小来改变电压降，从而实现调速。
但是这种方法存在能量损耗较大、效率低的问题。
4. 转子电流反馈调速：通过在电机转子绕组上安装传感器，实时测量转子电流，并根据电流大小调整电压信号，控制转速。
这种调速方法适用于小功率电机，具有调速精度高、响应速度快的优点。
5. 励磁调速：励磁调速是通过改变电动机的励磁电流来控制转速。
通过调节励磁电流的大小，可以改变转子感应电动势的大小，从而实现调速。
这种方法适用于大功率电机，但励磁系统较为复杂。
6. 双电源调速：双电源调速是将电机连接到两个不同的电源，通过切换电源来改变电机的供电电压，从而实现调速。
这种调速方法比较灵活，可以实现宽范围的调速，但设计和安装要求较高。
7. 直接耦合调速：直接耦合调速是将电动机与可变载荷直接耦合，在负载端通过改变负载的机械特性来改变电动机的转速。
这种方法在某些特定场合下适用，但对机械系统的设计和操作要求较高。
综上所述，三相异步电动机的调速方法包括：变频调速、电压调节、电阻调速、转子电流反馈调速、励磁调速、双电源调速和直接耦合调速。
每种调速方法都有其适用的场合和优缺点，根据具体的需求和条件选择合适的调速方法。
异步电动机变频调速的控制方式和机械特性
af<1
Te
图6-1 U1/f1=常数时的近似
恒转矩机械特性
3
2020/9/8
•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 4f1n
3pU 12n R1 R12
Xl2n
机械特性曲线如下图所示
n af=1 f1n U1n af<1
Tem Te
图6-2 保持Eg/f1=常数的恒转 矩机械特性
磁通表达式
m4.4fE 4 1N g1KN14.4fU 4 1N 11KN1
2020/9/8
2
2020/9/8
保恒持磁U通1/（f1转常矩数）的控近制似
方式和机械特性
由于 m
Eg f1
U1 f1
故调节f1时，比例调节
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
af=1 f1n U1n
4
保控制持方pm=式常和数机的械恒特功性率
PmTe•w1常数
2020/9/8
5
小结Βιβλιοθήκη 2020/9/86
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
2020/9/8
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
n6p0f11sno(1s)
异步电动机的变频调速控制方式分析
摘
要 ： 为 了更好地在整体 上对异 步电动机的变 频调速控制方 式加以认识 ，本文介绍 了异 步电动机调 速的基 本方法 。按时间顺序综 述了异 步电动机变频 调速的经典控 制方式的基本原 理 ，分析了 它们 的优缺点 ，并给出了 实际应用 。对所 述各种控 制方 式之 间的内在联系和 区别进 行了归纳
和总结 。对未来 异步 电动机变 频调速控 制方式的发展 做出了展望 ，为异步 电动机变 频调速控 制方式的研究提供了参考 。 关键 词 ： 异步 电动机 ；变频调速 ；控制方式 中图分类号 ：Ｔ ２ Ｍ３ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ — １４ ２ １ ） ２下） ０ ０ — ３ ９ ０ （ ０ １ （ 一 ０ ７ ０ ０ ３ １
发 展 水 平 的 制 约 ，在 ２ ０世 纪 ８ 代 以前 一 直未 ０年 能 实 现 。 随 着全 控 型 电力 电子 器 件 的 出现 和迅 速 发 展 ，Ｐ ＷＭ 控 制技 术才 真正得 到 应用 。
如 今 ，工程 上 采 用 的 主 要 是律 变化 而和 正 弦 波 等 效 的 Ｐ咖 波 形 即 Ｓ ＷＭ 波形 控制 逆 变 电路 中开 关器 件 的通 Ｐ
个 重 要 结论 ：冲 量 相 等 而 形 状 不 同 的 窄脉 冲 加
在 具 有 惯性 的环 节上 时 ，其 效 果基 本 相 同。 由此 ， 可 对 一 系 列 脉 冲 的 宽 度 进 行调 制 ，来 等 效 获 得 所
需 的 波形 。
１６ ９ ４年 Ａ．Ｓ ｈ ｎ ｎ ｃ ｏ ｕ ｇ和 Ｈ．Ｓｅ ｍｌ 把 这 项 ｔｍ ｅ ｒ
Ｄ ｉ１ ．９ ｃ Ｊｉｓ ．０ ９ １ ４ ２ １ ．２ 下 ） ０ ｏ ： ３ ６｝ ． ｎ １ ０ －０ ３ ．０ １ １ （ ．３ ０ ／ ｓ
三相异步电动机的几种调速方式
三相异步电动机的几种调速方式一、手动控制调速手动控制是一种最普遍的三相异步电动机调速方式。
它依靠加装变压器、电阻器或多脉冲变压器等器件，调节其输入电压、输入频率或输出电压，从而在一定范围内实现电动机的速度调节。
手动控制调速简单易行，但需要对其进行操作并且无法在一定时间内快速响应，因此其调速效果难以满足大功率调速应用的需求。
二、电压型调速又称为调压调速，它利用晶闸管、继电器等智能控制器调节电动机供电输入电压或输出电压，控制电动机转速。
这种调速方式具有精度高、响应快的优点，而且兼容性好，可实现精细调节。
三、频率型调速频率型调速是运用变频器将变频器输入电源的固定频率变换为可调的变频电源，并通过变频器控制电动机转速。
变频器能够调节电动机速度，实现电机无极调速，从而应用广泛。
此外，特别适用于中低速大扭矩的电动机。
四、矢量控制调速矢量控制调速又称为磁场定向控制调速。
它是一种高精度、高响应速度的调速方式，它利用磁场定向技术，利用电机开机后的瞬态响应，精确测量电机位置并控制电机转速。
与其它调速方式相比，矢量控制调速能够实现缓启动、粘滑保护，并且可以自动调整电磁场大小和角度，实现高速、高精度的调速。
五、惯量调节法惯量调节法是利用电动机惯性和输出转矩的反比关系控制电动机转速的，通常应用于重载起动场景中的电动机调速。
它适用于一些运行要求高的场合，在某些情况下，可达到更好的调速效果，但一般不适用于低速调节。
六、PWM调速PWM调速广泛应用于三相异步电动机调速中，它结合了电压调速和频率调速的优点，而且具有成本低、可靠性高等优点。
PWM调速采用高频脉冲宽度调制技术，调节输出电压的宽度，从而控制电动机转速。
PWM调速还可以实现过流保护、欠压保护等，应用性强。
以上为六种三相异步电动机的调速方式，每种调速方式都有其适用的场合。
根据实际应用需求，选择合适的调速方式可以实现电动机稳定、高效的工作。
交流异步电机调速方法
交流异步电机调速方法交流异步电机调速方法对于工业生产具有重要意义，它能够提高生产效率、节约能源并且减少设备的维护成本。
下面我们将详细介绍交流异步电机调速的方法，包括电压调节、频率调节、转子电阻调节和变频调速等。
我们来看电压调节方法。
一、电压调节电压调节是一种简单而有效的交流异步电机调速方法。
通过调节电源的电压来改变电机的输出转矩和转速。
在低电压状态下，电机的输出转矩和转速会降低，而在高电压状态下则会增加。
这种方法简单易行，但是效果有限，且可能影响电机的寿命。
二、频率调节频率调节是另一种常见的交流异步电机调速方法。
通过改变电源的输出频率来改变电机的转速，实现调速的效果。
在工业生产中，通常采用变频器来实现频率调节，它能够准确地控制电机的输出频率，实现精确的调速效果。
频率调节方法精度高，但需要专门的变频器设备，成本也相对较高。
三、转子电阻调节转子电阻调节是一种早期的交流异步电机调速方法。
通过改变电机转子上的外接电阻，来改变电机的转速。
这种方法已经日渐淘汰，因为它存在电器损耗大、调速精度低等缺点。
四、变频调速变频调速是目前应用最广泛的一种交流异步电机调速方法。
通过变频器来改变电源的频率和电压，从而控制电机的输出转速。
变频调速具有调速范围广、响应速度快、能耗低等优点，已经成为许多工业生产中的标配调速方法。
除了以上介绍的几种方法外，还有一些基于磁阻变化原理的电磁式调速、基于转子电流控制的矢量调速等高级调速方法。
随着科技的发展，交流异步电机调速技术也在不断演进，相信未来会有更多更先进的调速方法出现，为工业生产带来更多便利和效益。
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。
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2015年1月4日星期日
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第7章
三相输出电压
（7-19）
（7-20）
三相输出线电压
（7-21）
直流输入电流
（7-22）
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பைடு நூலகம்
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第7章
以U5(1，0，1)为例，由式(7-19)有压
（7-23）
代人式(7-13)，得 （7-24）
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第7章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。 转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
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第7章
2. 矢量控制的概念 既然异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么模仿直流电机的控 制策略，得到直流电机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电 机了。由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量，所以这样通过坐 标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统(Vector Control System)，控制系 统的原理结构如7-11所示。
时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2弧度，其轨迹与磁链圆重合。这样，电 动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。
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第7章
图7-14 旋转磁场与电压空间矢量 的运动轨迹
图7-15 三相逆变器-异步电动机 调速系统主电路的原理图
从而保证E1/f1=常数，最终使电动机的最大转矩得到补偿。由于这种方法是
通过提高U1/f1比值使Tm得到补偿的，因此这种方法被称为电压补偿，也称 转矩提升。
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第7章
图7-2 电压补偿后，额定频率以下电机机械特性曲线
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第7章
第7章 异步电动机变频调速控制方式
7.1 U/f控制 7.2 转差频率控制 7.3 矢量控制 7.4 直接转矩控制
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第7章
7.1 U/f控制
7.1.1 恒U/f控制
在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每 极磁通量m为额定值不变。如果磁通太弱，不能充分利用电机的铁心，会 造成浪费；而如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁 电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。
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第7章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。 转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
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第7章
7.2.2 转差频率控制的转速闭环变频调速系统
图7-7 转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图
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第7章
7.3 矢量控制
7.3.1 矢量控制简介
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第7章
图7-20 直接转矩控制交流调速系统框图
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第7章
7.1.3 对额定频率f1n以下变频调速特性的修正
在恒U/f控制方式下，由于E1在U1中的比重随f1下降而减小，从而造成在 低频低速时主磁通和电磁转矩Tm下降较多。Tm大幅减小，严重影响电机在 低速时的带负载能力。为避免这种情况，可适当提高调压比ku(U1= kuU1n)， 使调压比ku大于调频比kf ( f1=kf f1n )，即相对提高U1的值使得E1的值增加，
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第7章
7.1.2 恒U/f控制方式下电机的机械特性
如调节f1使f1=αf f1n , 同时相应调节U1，使U1= αf U1n，则
（7-3）
设在额定频率f1n时，定、转子漏电抗为xn =
x
1n
+ x'2n, 则有
（7-4）
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第7章
图7-16 逆变器的电压矢量
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第7章
7.4 直接转矩控制
7.4.2 磁通轨迹控制
如前所述，电压矢量的积分是磁通矢 量，一个由电压空间矢量运动所形成的 正六边形轨迹也可以看作是异步电动机 定子磁链矢量端点的运动轨迹，如图7-17 所示。
众所周知，直流电动机双闭环调速系统具有优良的动、静态调 速特性，其根本原因在于作为控制对象的他励直流电动机的电磁转 矩能够容易地进行控制。那么，作为变频调速的控制对象——交流 电动机是否可以模仿直流电动机转矩控制规律而加以实现呢？ 20世纪70年代初德国学者Blaschkle等人首先提出矢量控制变换 实现了这种控制思想。矢量控制成功解决了交流电动机电磁转矩的 有效控制，使异步电动机可以像他励直流电动机那样控制，从而实 现交流电机高性能控制，故矢量控制又称解耦控制或矢量变换控制。 它可以应用于异步电机和同步电机传动系统。
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第7章
图7-1 U1/f1 = 常数控制方式下的机械特性曲线 这族曲线具有如下两个特点：
1）在忽略r1情况下，机械特性曲线族之间近似平行。
2）当转速较高时，最大拖动转矩近似不变。 3）转速较低的情况下，Tm将明显下降。
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图7-10 异步电动机坐标变换结构图
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第7章
图7-11 矢量控制结构图
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第7章
7.3.2 矢量控制系统
图7-12 带转矩内环的转速、磁链闭环的电流滞环SPWM矢量控制系统
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第7章
1. 与直流传动类比
图7-8 他励直流电动机的物理模型
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第7章
1. 与直流传动类比
图7-9 等效的交流电动机绕组和直流电动机物理模型
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第7章
7.4 直接转矩控制
经典的SPWM控制着眼于使变频器输出的电压接近正弦波，并未顾 及输出电流的波形。实际交流电动机需要输入三相正弦电流，其最终目 的是在电动机空间形成圆形的旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。如 果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转 磁场来控制逆变器的工作，其效果应该更好。这种控制方法称作“磁链 跟踪控制”，由于磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的， 所以又称作“电压空间矢量PWM(Space Vector PWM—SVPWM)控制。 直接转矩控制系统(DTC)是利用电压空间矢量PWM(SVPWM)通过 磁链、转矩的直接控制、确定逆变器的开关状态来实现的。
图7-17 异步电动机定子磁链矢量 与电压空间矢量
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第7章
图7-18 逼近圆形时的磁链增量轨迹
图7-19 两个矢量线性组合后的电压矢量us
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第7章
（7-26）
（7-27）
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第7章
图7-3 变频器的U/f控制曲线
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第7章
图7-4 电压补偿后电机全频范围内机械特性曲线
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第7章
图7-5 典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图
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