异步电动机变频调速系统的探讨与分析
交流异步电动机变频调速系统设计报告
交流异步电动机变频调速系统设计报告一、引言异步电动机在工业生产中具有广泛的应用，通过变频调速系统可以实现对异步电动机的精确控制，提高生产效率和控制精度。
本文将详细介绍异步电动机变频调速系统设计的原理和过程。
二、系统设计原理异步电动机通过变频器驱动，实现调速功能。
变频器将交流电源转换为直流电源，通过PWM技术将直流电转换为交流电，进而控制电机的转速。
变频器的主要组成部分包括整流器、中间环节直流母线、逆变器和控制电路。
整流器将交流电源转换为直流电源，并通过滤波电路削波，保持直流电的稳定性。
中间环节直流母线存储电能，为逆变器提供稳定的电源。
逆变器将直流电源转换为交流电源，并通过PWM调制技术调整交流电的频率和幅值，从而控制电机的转速。
控制电路通过传感器采集电机的运行状态，并通过对逆变器的控制信号实现控制目标。
三、系统设计步骤1.确定系统需求：根据应用场景和任务要求，确定对异步电动机的调速要求，包括速度范围、控制精度等。
2.选择电机和变频器：根据系统需求，选择适合的异步电动机和变频器，确保其参数和性能满足需求。
3.设计电路连接：根据电机和变频器的技术规格，设计电机与变频器的连线方式和电路连接，确保信号传输畅通。
4.设计控制系统：根据系统需求，设计控制系统包括传感器、控制电路和控制算法等，确保对电机的精确控制。
5.实施系统调试：将设计好的电路和控制系统进行组装和调试，确保系统能够正常工作。
6.测试系统性能：对系统进行性能测试，包括速度响应、负载变化等测试，验证系统的设计目标是否达到。
7.优化系统性能：根据测试结果，对系统进行调整和优化，提高系统的性能和稳定性。
8.编写设计报告：整理系统设计过程、实施步骤和测试结果，撰写设计报告。
四、系统设计考虑因素1.变频器和电机的匹配性：选择变频器时需要考虑其输出能力是否足够满足电机的需求，包括最大输出功率、额定电流等。
2.控制系统的精确性：设计控制系统时需要考虑传感器的精度、控制器的计算性能等因素，确保控制系统能够精确控制电机的转速。
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。
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
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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。
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
实验四异步电动机变频调速系统
实验四异步电动机变频调速系统（一）转速开环恒压频比控制变频调速系统实验一．实验目的1.通过实验掌握转速开环恒压频比控制调速系统的组成及工作原理。
2.掌握V/F控制方式下，选取不同的模式电机的静特性差异。
二．实验数据及分析转速开环恒压频比控制静特性n（r/min）1475 1488 1501 1511 1525 1543Ia(A) 2.5 2.2 2.0 1.9 1.8 1.7T(N.m) 100% 83.9% 68.1% 54.6% 37.4% 15%n（r/min）902 916 931 945 953 966Ia(A) 2.3 2.1 1.9 1.7 1.7 1.6T(N.m) 100% 82.7% 64.0% 46.4% 33.6% 16.5%n（r/min）475 488 495 508 518 528 Ia(A) 1.9 1.7 1.6 1.6 1.5 1.5T(N.m) 85% 69.2% 56.1% 45.1% 28.0% 21.7%n（r/min）472 485 495 506 508 525 Ia(A) 2.0 1.8 1.7 1.7 1.6 1.6T(N.m) 62.5% 50.5% 39.2% 27.4% 20.8% 3.6%三．思考题1.说明转速开环恒压频比控制静特性特点答：其他条件相同，转速与频率大致成正比；频率一样时，转速越高，带动转矩能力越差。
2.说明低频补偿对系统静特性的影响。
答：由于临界转矩随f减小而减小，f较低时，电动机负载能力较弱。
低频补偿可以增强系统负载能力，同转速时有低频补偿情况T较小。
3.说明载波频率的大小对电机运行影响答：低频时转矩大，噪音小，但此时主元器件开关损耗大，整机发热较多，效率下降。
高频时转矩变小，电流输出波形比较理想。
（二）异步电动机带速度传感器矢量控制系统实验一．实验目的1.通过实验掌握异步电动机带速度传感器矢量控制系统的组成及工作原理；2.掌握异步电动机带速度传感器矢量控制系统静、动特性。
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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异步电动机变频调速系统的探讨与分析
作者：肖萍
来源：《数字化用户》2013年第15期
【摘要】随着现代电力电子技术的不断发展，变频调速系统具有调速范围宽，精度高等优点而被广泛的应用于各行各业。
但在其变频调速的过程中也会出现实际运行中所不允许的现象出现，如何更好的避免出现这种状态，本文并通过具体适用的过程对其中的问题进行探讨。
【关键词】变频转速问题
变频调速的引入：由电机学理论可知，异步电动机的转速公式为：式中ƒ1异步电动机的供电频率，p为极对数，S为转差率。
根据上式我们可以得知异步电动机的调速原理可分为变频，变极，变转差率。
由于变极调速只是有级的调速。
转差率的调速是损耗功率，因此在这三种调速，变频调速适用效率高。
这就是变频调速的提出。
那么在变频调速的过程中我们又会碰到一些什么问题呢？
在一些电动机铭牌上我们都可以看到各项额定值如：供电电源频率、额定工作电压，额定工作电流、额定输出功率、额定输出转速以及满载时的功率因数等一些重要参数。
这些参数都是被作为电动机正常运行时的重要依据。
如只改变变频调速状态时，电动机铭牌上参数就会发生变化。
电动机也就不能正常运行。
为什么会这样啊？下面就来分析一下吧：
首先分析工作频率向下调的情况，若ƒ1↓，由式则可知道Фm↑，这样就会引起主磁路上磁通饱和，励磁电流则急剧升高，使得定子铁心损耗急剧加大。
这样就会使电动机动的输出功率下降，这样调频后输出功率也就不是额定功率值了，按照铭牌值所选择的机械负载也就达不到其应用的要求了。
这是问题之一。
第二分析工作频率向上调的情况，若ƒ1↑，则Фm↓，则TE下降，这样电动机的负载能力也降低，对一定的负载会因拖不动而堵转。
而电动机一些铭牌值也发生了变化。
这又是问题之二。
这两种情况在实际运行中是都所不允许的。
由此可知，如只改变频率也不能正常调速，而在许多情况下，在调节定子频率的同时也调节定子电压，通过改变电压和频率配合，而实现不同类型的调频调速。
上面对变频调速原理所出现的问题过程状态进行了分析研究。
而在具体的应用上变频调速也会碰到一些实际的情况。
具资料了解到有一类型的风机基本参数点为：转速为1170r/min，升压为39.2KPa，流量为99.5m3/min，厂家给本风机配套电动机功率为4极90KW，传动方式为皮带传动。
实际使用中，用户需要对风机流量进行调节控制，就采用了变频调速控制，把转速变化范围规定在800—1170 r/min之间，传动方式相应的改为直联传动方式。
用户按样本自配的电动机功率仍然
为4极90KW。
这就是最初现场的情况，运行后，用户就反应给厂家有超电流现象。
如有一电动机与一款风机配合在现场使用过程中发生了“超电流”现象。
电动机在额定工作点下的工作电流如超过额定电流很多，这样导致风机无法正常使用。
这种现象就我们在应用变频器时经常也出现的一个现象。
转速达到了，但是额定电流超过了。
这种问题的出现有若干种可能出现，我们用电流检测问题，电机负载问题，电机“模型”建立问题等等一个一个的判断和排队。
对于上述出现的超电流问题可能就是出在把转速调到低于额定值时，电动机就不是在额定时状态下工作，这样输出的额定功率也就不是额定值90KW 了，风机所要求的轴上功率也就达不到了。
我们对此款风机在性能点下的轴功率进行一下核算，得到轴功率为84KW。
自配的电动机在额定工作点下的输出功率是90KW。
而如果现场采用了变频调速把转速调低于额定值那么电动机动额定功率也不会90KW，如转速在1170r/min 值时，通过计算就可知这时电动机的转速为71KW，低于风机轴上的功率84KW。
解决此类出现超电流的现象根本的做法，就是重新选择一种同极数但额定功率大于90KW 的电动机。
可以通过计算得知应选择4极132KW的电动机。
而在变频器具体的使用过程中我们又是如何预防这类事件的发生呢？关于这类事件我们就一套完整的方法，这就是我们前面说过的建模和电流检测的问题。
什么是建模？采变频器控制电机，一定要在变频器里对受控电机建模。
也就是说，通过准确的输入电机名牌额定数据，然后做电机模刑的计算。
在通电做冷态的电机识别。
冷态识别，就是通电测取电机绕组的电阻值和电感值。
是建模的基本参数。
一般的进口变频器都具有这些功能。
电机的参数计算和冷态识别，有专门的步骤叫《快速调试》。
电机第一次接变频器以后，一定要进行《快速调试》。
电机建模不好，控制起来自然就会出现偏差的。
关于电流检测最好就用一个比较专业的电量分析仪来校对，50HZ也好，60HZ也好，都能准确指示电机的实际电流，是你能心中有数，知道误差到底出现在什么地方。
具体举例，对于一轴流风机，一般给出了驱动他的电机的额定参数，比如说，额定转速；额定转矩；额定电压；额定电流；额定功率因数等等。
将电动机工作在额定点，测量其额定指标，没有什么问题。
然后，将轴流风机的扇页调整角度（改变它的倾斜角），在工作于额定点，这时其它的指标没有变化，但是额定电流变化了。
负载变化了，电流也就变化了。
如今，变频调速作为调节和控制交流电动机转速的一种方法越来越多的受到人们的重视与关注。
调速之调速人们往往只注意到电动机在变频调速时输出转速的变化，忽略了电动机在变频调速时使电动机在额定状态下的有一种改变，很容易忽略其额定功率的变化，也就考虑不到负载的变化是否配套。
从而导致在实际工作中发生电动机“超电流”现象，轻则影响正常运行的
使用，严重的还会烧毁电动机造成安全事故，所以这一点必须引起足够的重视。
我们要做好先前的预测工作，让变频调速达到其最理想的结果。
参考资料
[1]宋书中、常晓玲主编，《交流调速系统》机械工业出版社，2006.7
[2]许晓峰主编，《电机及拖动》高等教育出版社，2007.12
[3]李方园编著，《变频器应有与维护》中国电力出版社，2009.6。