三相异步电动机变频调速的原理及发展

三相异步电动机变频调速的原理及发展

摘要：阐述了变频调速三相异步电动机的原理及其发展趋势。

关键词：异步电动机；变频调速；变频器

前言

实际的生产过程离不开电力传动。生产机械通过电动机的拖动来进行预定的生产方式。

直流电动机可方便地进行渊速，但直流电动机体积大、造价高，并且无节能效果。而交流体积小、价格低廉、运行性能优良、重量轻，因此对交流电动机的凋速具有重大的实用性。使用调速技术后，生产机械的控制精度可大为提高，并能够较大幅度地提高劳动生产率和产品质量，而且可对诸多生产过程实施自动控制。通过大量的理论研究和实验，人们逐渐认识到：对交流电动机进行调速控制，不仅能使电力拖动系统具有非常优秀的控制性能，而且在许多场合中，还具有非常显著的节能效果。鉴于多种调速方式中，交流变频调速具有系统体积小，重量轻、控制精度高、保护功能完善、工作安全可靠、操作过程简单，通用性强，使传动控制系统具有优良的性能，同时节能效果明显，产生的经济效益显著。尤其当与计算机通信相配合时，使得变频控制更加安全可靠，易于操作(由于计算机控制程序具有良好的人机交互功能)，变频技术必将在工业生产发挥巨大的作用，让工业自动化程度得到更大的提高。

1异步电动机调速的原理及方法

三相交流电动机定子绕组中的三相交流

电在定子隙圆周上产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速称同步转速，记为n 实际电动机转速n要低于同步转速，故一般称这样的三相交流电动机为三相异步电动机。

1．1工作原理

异步电动机的同步转速遵从电机学基本关系

…

n l=60f／p (1)

式中f一一电源交变频率

P一电机定子磁极对数

电机学中还常用转差率S参量，其定义为

s=(n l—n)／n l·100％ (2)

电机的实际转速n=(60f／p)(1一s)(3)

1．2变频调速控制方式

式(3)可知，异步电动机变频调速的控制方式基本上有以下三种。

1．2．1电源频率低于工频范同调节，电源的工频频率在我国为50Hz。电机定子绕组内的感应电动势为

E1=4．44f1 K1 N1φ(4)

式中f1——定子绕组中感应电动势的频率，与电源频率f相等，Hz

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K1——电机定子绕组的绕组系数，其值取决于绕组结构，K1 <1

N1——电机定子绕组每相串联的线圈匝数

φ——电机每极磁通

定子电压U1与定子绕组感应电动势E1的关系为

U1=E1+I1Z1 (5)

式中Z1——定子绕组每组阻抗

I1——定子绕组相电流

若忽略定子瓜降I1 Z1，则U1≈ E =4．44f1K1N1φ(6)

把该式整理成u1=4．44f1K1N1φ(7)

K=4．44 K1N1 (8)

则φ=U1／K f1 (9)

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电动机的电磁转矩M与(U1／f1)2成正比，若下调频率f1，同时也下调U1，使(U1／f1)比值保持恒量，则磁通φ不变，因此转矩也保持常值，此时电动机拖动负载的能力不发生改变，这种控制方式称为恒磁通调压调频调速，也叫恒转矩调速。

1．2．2电源频率高于工频范围调节由于使频率f1增加，U1／f1变小，而U1不能高于额定电压，在该控制方式中，保持U1不变，由于频率变高，由式(9)知道，定子磁通变小，电磁转矩M也变小，但电源频率增加，设电动机转动角速度w=2πn，电机的功率是电磁转矩M 与角速度w的乘积

P=M·w (10)

调节过程中，使频率f与转矩的变化成一定协调关系，从而保持电机功率P为恒量，即功率不发生变化，这种升频定压调速为恒功率调速。

1．2．3转差频率控制三相异步电动机中，定子与转子之间的圆周空隙有一旋转磁场，转

速为n1，电机转子实际转速为n， (n l-n)是转子与旋转磁场之间的相对切割速度。对频率、电压进行谐调控制，使U1／f1不变，此时，磁通φ也不变，在φ不变的条件下，电磁转矩M 与(n l-n)2成正比。对频率f进行调节，即调节(n l-n)，因此，在实现转速调节时也实现了转矩的调节。

2三相异步电动机变频调速的发展

随着变频调速异步电动机在国内外市场上日益扩大应用。自90年代中期以来，我国有众多电动机生产企业设计、研制和生产适用于不同应用的各种系列变频调速三相异步电动机，例如：通用变频调速电动机系列、起重冶金变频调速电动机系列、隔爆变频调速电动机系列、电梯变频调速电动机系列、辊道变频调速电动机系列、牵引变频调速电动机系列等。从目前情况看，这些系列电动机能基本满足国内市场的需求。

据资料显示，我国对于变频凋速三相异步电动机的品种不断扩大，产品设计也不断改进。为了适应不同用途、不同工作条件和使用环境、不同工况等各种要求，专用系列和改型系列变频调速电动机产品不论现在和将来，都在迅速发展。

变频器供电电源会存电动机端子和各相绕组的前几匝线圈上产生高频瞬间脉冲峰值电，因此，如果不对绝缘系统采用增强措施．将会使绕组存高电压应力作用下过早失效，从而引起绝缘击穿故障。据资料报道，佳木斯电机股份有限公司已在新一代变频捌速电动机上开始采用专用电磁线、槽绝缘、相问绝缘以及浸渍漆等措施。

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结束语

变频渊速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的渊速方法。随着电力电子技术的飞速发展，变频调速三相交流异步电动机的应用越来越广泛，它已在诼步替代其它各种调速电动机，而变频调速三相异步电动机因其结构简单、制造方便、易于维护、性能良好、运行可靠等优点而在工业领域得到广泛应用。

参考文献

[1]陈世坤．电机设计[M]．北京：机械工业出版社，1990．

[2]陆宝琦．交流变频电机的绝缘[J]．绝缘材料，2001．

[3]国内变频调速异步电动机基本情况调查资料．2002．