基于电路原理的单相交流异步电动机调压调速器特性分析
交流异步电动机变极调速时机械特性的分析
交流异步电动机变极调速时机械特性的分析何万库（西安科技大学 机械学院，陕西 西安 710054）摘要：交流异步电动机改变磁极对数可达到调节转速的目的。
有关教材中对变极调速机械特性的表述有矛盾之处。
本文通过对变极调速各种接法的机械特性进行分析，指出了有关文献中的错误，并分析了产生错误的原因，供有关人员参考。
关键词：△接法 YY 接法 最大转矩 机械特性Study on the Speed-Torque Characteristic of the Number of Magnetic pole pairs -Changing Asynchronous MotorHe Wan-ku(School of Mechanical Engineering, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054,China)Abstract: Change the number of the asynchronous motor’s magnetic pole pairs can adjust its rotational speed. There is the contradiction place in some Related teaching material on the speed-torque characteristic of the magnetic pole-changing. In this paper, we analyze the speed-torque characteristic of each magnetic pole-changing-connection, point out the mistakes in the Related teaching material , and analyze the reason for it. It may be referred for the concerned personnel.Key words: △ connection, YY connection, biggest torque, speed-torque characteristic0 引 言交流异步电动机通过改变定子绕组的接法可以改变磁极对数，从而可以改变交流电动机的同步转速，达到调节转速的目的。
浅析异步感应电机调速系统中单相电机变频的调速技术
浅析异步感应电机调速系统中单相电机变频的调速技术
本文将主要依据以上3 个问题，就单相电机绕组，主电路结构及其控制技术，对国内外单相电机变频调速技术的最新发展进行了较为详细的分析和综述，并在此基础上对其发展方向加以探讨。
单相电机的变频调速技术却还面临着以下一些问题：
1)单相电机的绕组不同于三相电机，其主副绕组多为不对称绕组，副绕组通常串联了运转电容，给合成圆形旋转磁场带来新的问题;
2)单相电机用的变频调速逆变主电路结构同样有其独特的一面，存在如何获得合理，高效的逆变电路的问题;
3)针对单相电机变频调速，存在采用什么样的控制技术，才能使得单相电机获得与三相电机，甚至与直流电机一样优良的调速效果的问题。
1 单相电机绕组分析
根据单相电机合成磁场的分析[1]，单相电机的定子上嵌放有两相绕组，设两相绕组轴线在空间相距β电角度，两相绕组中通入相位差为θ的电流，两相合成圆形旋转磁势的条件是
(1)
式中：FM 为主绕组磁势幅值;
FA 为副绕组磁势幅值。
在单相电机中，定子两相绕组轴线通常相距90°，为了获得圆形旋转磁势，
总希望两相电流相位差等于90°。
参考文献[2]给出了不对称绕组单相电机的等效电路，依据此等效电路，当空间电角度β和相位差θ均为90°时，电机在以下条件下满足圆形旋转磁场的要求，获得最佳性能：。
异步电动机调压调速系统
（5-4）
Tema x 21Rs
3npUs2 Rs212(LlsL'lr)2
（5-5）
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时， 普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点 为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超 过 0 ~ sm ，调速范围有限。如果带风机类 负载运行，则工作点为D、E、F，调速范 围可以大一些。
U TVC——双向晶闸管交流调压器
n2
A A’ 闭环变压调速系统的近似动态结构图
’’ 现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来（图5-12中曲线c），起动时间
也短于一级降压起动。
U 根采变据用化图 普 时5通静-6异差a所步率示电很的机大原的（理变见图电图，压5-5可调）以速，画时开，出环调静控速态制范结很围构难很图解窄，决，如这采图个5用矛-7高所盾转示。子。电阻的力矩电机可以增大*n调3速范围，但机械特性又变软，因而当负载
为此，对于恒转矩性质的负载，要求调 速范围大于D=2时，往往采用带转速反馈 的闭环控制系统（见图5-6a）。
1. 系统组成
~
+
U*n +
GT ASR Uc
Un
M 3~
n
T-G-
a)原理图
图5-6 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统
2. 系统静特性 异步电机近似的传递函数
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 ~ sm ，
ua VT2
a)
ub
VT3
uc
Ua0 a
b 0
c 负载
•型接法
ia ua b) ub
单相交流电机 调速原理
单相交流电机调速原理
单相交流电机的调速原理主要包括以下几种方法：
1. 调节供电电压：通过调节电源的电压来改变电机的转速。
降低供电电压会使电机转速下降，增加供电电压则使转速增加。
但是这种方法只适用于感应电动机，对于复杂负载的单相电动机效果不佳。
2. 转子电阻调速：在单相感应电机的转子回路中加入一个可调节的电阻，通过改变电阻的大小来改变电机转速。
增加电阻会减小转矩，从而减小转速。
这种方法适用于无负载或轻负载的场景。
3. 相位移调速：通过改变电动机中的电流和电压的相位差来控制转速。
可以通过改变转子电阻、电容、电感等元件来实现相位差的调节，从而改变电机的转速。
这种方法主要适用于单相感应电动机。
4. 变频调速：使用变频器将电源频率变换为可调节的频率，并将其输入到电动机中，从而实现对转速的精确调节。
变频调速器能够提供稳定的输出电压和频率，适用范围广，可实现精确的转速控制。
通过以上不同的调速方法，可以根据实际需求选择合适的调速方案，实现单相交流电机的转速控制。
异步电动机和直流电动机调速原理和特性分析
异步电动机和直流电动机调速原理和特性分析单相异步电动机的调速原理及特性单相异步电动机有变极调速，变频调速，调压调速三种方法，下面只论述变频调速。
(1)采用专用变频器将单相电容运转式电动机绕组接入单相电源输入/单相输出变频器。
若用一般的三相变频器对单相异步电动机调速,可将绕组接于变频器的输出端(U、V、W )的任意两端,进行控制。
该方法要解决好高频对电容的危害以及影响副绕组的移相角度等问题,其中电容应使用耐高频耐高压的固定电容。
电抗器用于隔离电容对变频器的危害作用,并对高频谐波起滤波作用。
变频器在降低频率调速时, I1 增大, I2 减小,旋转磁场的椭圆度增大,电动机绕组的相位、转矩特性变差,可适当提高PWM占空比,对绕组电压进行补偿,改善电动机转矩特性。
此方法调速成本虽低,但范围较小,低速转矩较差。
对于起动回路按短时工作设计的单相电容起动式电动机,可将其改为电容运转式电动机后,同样适用上述方法,只不过转矩特性及控制方式要根据电动机性能适当改变。
(2)应用变频调速器将单相电动机改为双相电动机将单相电容运转式和单相电容起动式电动机中的运行电容和起动电容全部去掉,离心起动开关也去掉,对主绕组和副绕组分别进行变频及变压控制。
即把单相电动机主绕组和副绕组分别接入变频调速器,要求副绕组电流超前主绕组90°,且主、副绕组电压幅值比约等于其匝数比,从而使电动机的主、副绕组产生的磁势正交并且幅值相等,形成圆形旋转磁场。
电动机起动与运行中的转矩大小,由主绕组和副绕组变频装置中的等效电压确定,只要分别调节主绕组和副绕组变频线路的PWM占空比大小,即可确定各绕组等效电压的高低。
这样可保持或改善电动机的起动与运行转矩特性。
将单相异步电动机改为双相电动机使用,由于去掉了电容和离心起动开关,应用变频器所需解决的难题得到有效解决,但由于采用了多个功率器件,因此成本较高。
若采用一般的三相变频器控制二相电动机,则主、副绕组电流相位差明显小于90°,虽然也能使电机旋转,但为了获得圆形旋转磁场和所希望的转矩特性,就需要改变触发脉冲控制,即修改变频器的参数,使得UWV超前UUV 90°。
单相异步电动机的调速方法
单相异步电动机的调速方法一、前言单相异步电动机是一种常见的电动机，广泛应用于家庭和工业领域。
在实际应用中，需要对单相异步电动机进行调速，以满足不同的工作要求。
本文将介绍单相异步电动机的调速方法。
二、调速原理单相异步电动机的转速与输入电压成正比，因此通过改变输入电压来实现调速。
常见的调速方法有以下几种：1. 串联型调压器控制法该方法是通过串联型调压器来改变输入电压大小，从而实现调速。
具体操作为：将串联型调压器连接到单相异步电动机的输入端，通过改变串联型调压器的输出电压来改变单相异步电动机的输入电压大小，从而实现调速。
2. 变频器控制法该方法是通过变频器来改变输入电压频率和大小，从而实现调速。
具体操作为：将变频器连接到单相异步电动机的输入端，通过改变变频器输出信号的频率和大小来改变单相异步电动机的输入信号，从而实现调速。
3. 降压启动控制法该方法是通过降低启动时刻的输入电压来减小起始转矩，从而实现调速。
具体操作为：将降压启动器连接到单相异步电动机的输入端，通过降低启动时刻的输入电压来减小起始转矩，从而实现调速。
三、调速步骤1. 确定调速方法在进行单相异步电动机的调速之前，需要确定使用哪种调速方法。
根据不同的工作要求和实际情况，选择合适的调速方法。
2. 连接电路根据所选用的调速方法，将相应的设备连接到单相异步电动机的输入端。
3. 调整参数根据实际情况和工作要求，对所选用的设备进行参数设置和调整。
4. 测试运行在进行正式工作之前，需要进行测试运行，检查设备是否正常工作，并根据测试结果进行必要的微调。
5. 正式运行在测试运行成功后，可以开始正式运行单相异步电动机，并根据需要进行必要的监控和维护。
四、注意事项1. 在进行单相异步电动机的调速之前，需要了解其结构和工作原理，并遵循相关安全规定和操作规程。
2. 在选择调速方法时，需要考虑实际情况和工作要求，并选择合适的调速方法。
3. 在连接电路和调整参数时，需要仔细检查设备和电路连接是否正确，并根据实际情况进行必要的参数设置和调整。
基于LM4651的单相异步电动机的变频调速电路
Ｄ类 功率放 大器 的工作 原理
如 图 １所示 ， Ｄ类音频功 率放大器 由 两 大 部 分 构成 。 第 一 部 分 是 调 制 电路 ， 包 括 输入正 弦波（ 制波 ） 路 、 角波 （ 调 电 三 载 波 ） 生器 电路 、 发 比较 器 电路 和 整 形 电路
基 于 以上 原 因 ， 明 Ｄ类 功 放 可 以用 温 度 范 围 为 一 ０～＋ ５Ｃ， 最 高 结 温 为 说 ４ ８ｏ 于 变 频调 速 。 由于 变频 调 速 电路 中逆 变 １ Ｏ ， 总静 态 电源 电流 为 ２ ７ 但 ５℃ ３ ｍＡ （ 在脚 桥 的直 流 电源 要 比 Ｄ 类 功 放 Ｈ 桥 的 直 流 １ Ｏ上 电 阻 Ｒ ｌ Ｏ时 ） ５ ｄｙ ＝ ，待 机 电流 （ ｔｙ Ｉ ｂ） ｓ
电源 高 得 多 ， 以 ， 般 的 Ｄ 类 功 放 并 不 为 １ ｍＡ， 率 Ｔ≥８ ％。 所 一 ７ 效 １ ５ 能 用 于 变 频 调 速 ， 在 Ｄ类 功 放 中不 乏前 好 ２ 单相 逆 变 桥 及整 流 电源 电 路 乡接 外 接 单 相 逆 变 桥 及 整 流 电 源 电路 如 等； 第二部分是 Ｈ桥功率放大 电路和滤波 级 控 制和 后 级 Ｈ桥 分 离 的 电路 。比如 美 国 国 家 半 导 体 公 司 的 Ｌ ６ １和 Ｌ ６ ２ 图 ５所 示 。 Ｍ４ ５ Ｍ４ ５ 电路。由于三角波的频率和 幅值都高于正
１ Ｄ类 功率放 大器 的输 出跟 随输 入 电 阻 ）
ｆ 椭斛 』
、 ＜
４ ０ ＋ ｏ ｃ （ｚ， ５ 正 弦 信 号 的频 率 和 幅值 的 变 化 ， 一 点 与 （０ ０ Ｒ ｓ）Ｈ ） 调 节 范 围 为 ７ ～ 这
２ ０ Ｈ ０ ｋ ｚ； 变频调速的输 出与输入的关系相同 ； ｂ开 通 软 启 动 （ 动 延 时 由脚 ２ ） 启 ４上 的 ２ Ｄ 类 功 率 放 大 器 采 用 的 调 制 方 式 ） 外 接 电容 决 定 ） 欠 压 闭 锁 （ 电源 电压 低 和 当 与 变 频 调 速 的 调 制 方 式 都 属 于 正 弦 脉 宽 于 ±１ ． ５ ０ Ｖ时 ， 出关 闭） 输 ； 调制 Ｓ Ｗ Ｍ： Ｐ
异步电动机和直流电动机调速原理和特性分析
异步电动机和直流电动机调速原理和特性分析机械二班王松电机调速系统的发展实际上是依赖于微电子学、电力电子技术、计算机控制、现代控制理论和逆变技术的发展以及交流电动机制造技术的发展的。
智能控制理论的应用和电力电子器件技术、计算机控制技术的迅速更新是推动电机调速系统不断进步的动力。
电机调速是目前电力电子技术应用的最大领域之一,具有极强的吸引力,同时也具有较强的挑战性。
它的市场庞大,据报道,全球大约有100亿以上各种电机在工作。
2006年我国空调的产量已经达到5500万台,仅此一项说明市场已非常庞大;另外,其应用领域极其广泛,如数控机床、电梯、电力机车、家用电器、汽车、航空航天、船舶、造纸和纺织行业等等。
本篇短论文将结合实例，概述异步电动机和直流电动机调速原理和特性，若有不正确和值得完善之处，感谢老师批评指正。
单相异步电动机的调速原理及特性单相异步电动机有变极调速，变频调速，调压调速三种方法，下面只论述变频调速。
变频调速主要依赖变频器进行调速，变频器的主要任务就是把恒压恒频(Constant Voltage Constant Frequency, CVCF)的交流电转换成变压变频(Variable Voltage Variable Frequency，VVVF)的交流电，以满足交流电动机变频调速的需要。
从结构上分，变频器可以分为交—交变频器和交—直—交变频器。
交—交变频器是将恒压恒频的交流电一次变换成调压调频的交流电，它由三组可逆整流器组成，当输入信号是一组频率和幅值均可调的三相正弦信号时，则变频器输出三相交流电，在这种变频器供电下，电动机的输出转矩脉动小，损耗小，但是其最高输出频率有限。
交—直—交变频器是将恒压恒频的交流电通过整流电路变换成直流，然后再经逆变器将直流变换成调压调频的交流电。
这种变频器虽然多了一个中间直流环节，但输出交流电的频率可高于电网频率。
这种控制方式中调压与调频分别在两个环节上进行，现在普遍采用不可控整流器整流，用 PWM逆变器同时调压调频的交—直—交变频器。
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基于电路原理的单相交流异步电动机调压调速器特性分析
单相异步电动机，因其结构装简单，经济性能好，坚固耐用，维护量少，适宜恶劣环境优点而等到广泛应用。
其各种调压调速器结构简单，操作方便，常用于单相电动机的调速。
利用电路原理分析各种调压调速器工作原理与电气特性，有利于单相异步电动机调速器的选择与使用。
标签：调速器；特性分析；选用
单相异步电动机，因其结构装简单，经济性能好，坚固耐用，维护量少，适宜恶劣环境优点。
广泛用于小于1KW或只有单相电源的各种场合。
如家用電器、医疗设备、电动工具等领域。
但存在启动转矩小，启动电流大等缺点。
单相异步电动机常用调速方法有变极调速、抽头调速和调压调速等。
单相异步电动机负荷通常负载转矩不是恒数，而是随转速增加而增大。
即M∝n2（a>1）。
通过调节单相异步电动机电源电压，从而改变电动机输出转矩，进而改变电动机转速。
但该方法改变了电动机的转差率和转矩特性，稳速性能差，调速范围为电动机额定转速的70%～100%。
单相异步电动机调压调速的方法，可用串联电阻降压，电抗器和自耦变压器降压，串联电容降压，晶闸管相位控制降压等方法实现。
1.串联电阻分压调速电路特性
由电路理论可知，电路阻抗Z=R+jX，当X>0时，电路性质为感性电路，单相异步电动机为感性负载。
功率因素cosФ=R/|Z|较低。
当交流电路功率因素低时，电路线压降损失和功率损失较大；同时，电源利用效率也较低。
如使用串联电阻分压调节单相异步电动机转速时，利用串联电阻分压原理，改变电动机运行绕组上工作电压，达到调压调速的功能。
串入调速器电阻时，单相异步电动机运行绕组上工作电压会降低，电动机转速降低。
但电路电阻分量会增大，电路功率因素会提高。
由于电阻同时也是耗能元件，导致电路能耗增加。
所以，电阻串联分压调速，虽然电路简单，电路成本低，但是却并不常用。
2.串联电抗器分压调速电路特性
传统电抗器结构是由电感线圈和铁芯组成，电感线圈有抽头。
通过改变串入电路中电感线圈的长度，改变电压量，从而改变单相异步电动机运行绕组两端电压，实现调节单相异步电动机运行转速的目的。
由电路理论可知，电感虽说是储能元件不消耗电能，可串联电感必然使电路电感分量增加，电路的感性增加，电路阻抗角变大；尽管电路电路有功功率变化不大，却能增加电感无功功率，电路功率因素进一步降低，使得电路线压降和功
率损耗增大。
所以，串联电抗器调速方法，不但设备笨重，成本高不经济，而且电路功率因素降低，电路电能消耗增加。
现也以逐渐被淘汰或被其他调速器所替代。
3.电容器调速器调速电路特性
电容调速器由多个不同容量的电容并联，通过不同抽头和转换开关改变串联入单相异步交流电动机运行电路中的电容电量，改变电路电抗，调节单相异步电动机运行绕组运行电压，实现调节单相异步电动机工作转速的目标。
由电路理论可知，电容同样是储能元件不消耗电能，且与电感元件性质相反，串联电容必然使电路电感分量减少，电路的感性削弱，电路阻抗角变小；同样虽然电路电路有功功率变化不大，串联电容却能降低电电路无功功率，提高电路功率因素，使得电路线压降和功率损耗降低。
可是，电容调速也还是存在一定安全隐患，一是主要要避免电路出现RLC串联谐振现象，电路出现市电压和强电流而损坏电气设备；二是由电路理论可知，串联电容在电源电压不变的情况下，会增加电机运行绕组的工作电压，因而电容调速只能将电机运行速度向上调速，故电机调速运行时噪声较大，长期调速运行会加速电机绕组绝缘性能老化，降低电机使用寿命。
因此，选购电容调速器应与单相电动机内电容相匹配。
所以，串联电容器调速方法，不但设备结构简单，成本不高，而且能提高电路功率因素，降低电路线压降和电能消耗。
正是电容调速器的这些优点，电容调速器目前正逐渐替代其他调速器而得到广泛应用。
以上三种调速方法，电阻调速和电抗器调速因电能消耗太大，而电容器调速，在实现调速的同时，还能提高功率因素，降低线路压降和功率损耗，优势明显。
但以上调速方法都只能实现电动机的有级调速，若要提高电动机的调速性能，实现无级调速，则可用以下的方法实现。
4.晶闸管电子调速器电路特性
晶闸管，又称可控硅。
具有脉冲触发导通和维持导通的能力。
目前多采用双向晶闸管和双向触发二极管配以RC充放电电路组成的电子调速器。
其中，RC 电路产生触发信号，经双向触发二极管加至双向晶闸管的控制极，调节RC支路的时间常数，即可改变触发脉冲的频率，改变交流电源正负半周双向晶闸管的导通角α和控制角β（导通角α与控制角β之和为180°），导通角α越大，晶闸管直通相信越长，输出平均电压越高，单相异步电动机转速越快，反之，输出平均电压超低，单相异步电动机转速越慢。
达到调速的目的。
晶闸管电子调速器电路优势在于，不但能够实现平滑无级调速，甚至用于电风扇时能够模拟自然风调速。
缺点是可控硅开、关时产生的尖峰脉冲对其它电气设备产生的干扰。
因此，使用时应注意对其他电子电器的干挠影响。
通过以上各种调速器工作原理的简略描述，了解不同调速器的电学特性。
因而可根据电机运行环境与主要功能选择调速器。
参考文献：
[1]苗晓培，电工技术与技能[M]，西安：西北工业大学出版社，2016.
[2]张小兰，电机学，重庆：重庆大学出版社，2007.
杨格（1967-），男，重庆万州人，重庆三峡职业学院机械与电子工程系副教授，主研方向为电工电子技术。