三相异步电动机的几种调速方式
(完整版)异步电动机变频调速系统..
《自动控制元件及线路》课程实习报告异步电动机变频调速系统1.4.1 系统原理框图及各部分简介本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。
图1.1 系统原理框图系统各组成部分简介：供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。
因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。
整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。
在本设计中采用三相不可控整流。
它可以使电网的功率因数接近1。
滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。
逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。
在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。
电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。
控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。
这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。
1.4.2 变频器主电路方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。
随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。
静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。
1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。
由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。
因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。
但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2,所以不能高速运行。
2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。
变频调速 习题与答案)
课后辅导题一一、选择题1、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是（ C ）。
A：PWM B：PAM C：SPWM D：SPAM2、三相异步电动机的转速除了与电源频率、转差率有关，还与（ B ）有关系。
A：磁极数B：磁极对数C：磁感应强度D：磁场强度3、目前，在中小型变频器中普遍采用的电力电子器件是（ B ）。
A：SCR B：GTO C：MOSFET D：IGBT4、IGBT属于（ B ）控制型元件。
A：电流B：电压C：电阻D：频率5、变频器种类很多，其中按滤波方式可分为电压型和（ A ）型。
A：电流B：电阻C：电感D：电容6、电力晶体管GTR属于（ A ）控制型元件。
A：电流B：电压C：电阻D：频率二简单综合题1、按照转子结构的不同，三相异步电动机分为哪两大类？从运行可靠性上看，上述哪一类电动机具有优越性？2、三相异步电动机的转速n与哪些因素有关？答：三相异步电动机的转速n与电源频率ƒ1、磁极对数P、转差率s有关。
3、三相异步电动机有哪些调速方式？并比较其优缺点。
答：三相异步电动机有变极调速、变转差率调速和变频调速三种调速方式。
变极调速是有级调速，调速的级数很少，只适用于特制的笼型异步电动机，这种电动机结构复杂，成本高。
变转差率调速时，随着s的增大，电动机的机械特性会变软，效率会降低。
变频调速具有调速范围宽，调速平滑性好，调速前后不改变机械特性硬度，调速的动态特性好等特点。
4、在三相异步电动机的机械特性曲线上，标出与下列转速对应的转矩：、、。
5、变频调速时，改变电源频率ƒ1的同时须控制电源电压U1，试说明其原因。
答：在变频调速时，若ƒ1下降，U1不变，则Φm上升。
因为Φm已设计在接近饱和处，Φm上升即进入磁化曲线的饱和区，引起工作电流大幅度增加，使电动机过热损坏；若ƒ1上升，U1不变，则Φm下降，将使工作电流下降。
由于电流的下降，电动机的输出转矩不足。
为了保持电动机的Φm不变，即电动机的转矩不变，在ƒ1变化的同时，U1必须同时变化，使U1与ƒ1的比值保持恒定，即U1/ƒ1 =常数。
三相异步电动机工作方式
三相异步电动机工作方式三相异步电动机，是指三相交流电源供电，电机转速略低于同步速度的电动机。
这种电动机具有结构简单、工作可靠、维护方便等特点，被广泛应用于各种机械传动中。
下面，我们来详细了解一下三相异步电动机的工作方式。
一、基本结构三相异步电动机是由转子和定子两个核心部件组成的。
转子由一组导体材料绕制成电路，通常采用铜材料，转子可以自由地旋转。
而定子由一组定子绕组和铁心构成，通常采用的材料是铁丝。
二、工作原理三相异步电动机根据电磁感应原理工作。
当三相电源通过定子绕组产生交流磁场时，磁场作用于转子上的导体，使导体感受到一个感应电动势。
这个感应电动势随着磁场的变化而变化，产生了一个交变电流，这个电流在转子内部形成了旋转磁场。
这个旋转磁场的转速与交流电源的频率有关，如果交流电源的频率为50Hz，则转速为1460转/分。
由于转子的电流和旋转磁场相互作用，使转子发生转动，最终完成转矩输出的工作。
三、启动方法三相异步电动机启动时通常应用以下几种方法：1. 直接启动：将电机直接接到电源上，用三相电源直接启动电动机。
2. 降压启动：通过分压器将电压降低，降低电动机启动电流。
3. 自耦变压器启动：自耦变压器是一种主、副绕组共用铁心的变压器。
启动时，电动机先接到大绕组端，然后逐渐切换到小绕组端，这样可以减小启动电流。
4. 变频启动：通过变频器实现电机启动。
四、控制方法三相异步电动机的转速可以通过调节电源频率、增加负载电流和改变转子电阻等方式实现调速控制。
目前，最常用的调速控制方式是斩波调速、矢量控制、感应电机调速和变频调速。
总之，三相异步电动机是一种广泛应用的电动机，具有结构简单、工作可靠、维护方便等多种优点，适用于各种机械传动。
对于装置要求精度和稳定性比较高的应用场景，还需要根据具体情况选择合适的控制方式。
机电传动控制分章节测试题附答案
机电传动控制分章节测试题附答案第一章 绪论部分 一 单项选择题：1 机电传动的目的是将电能转换为 【A 】 A. 机械能B. 动能C. 势能D. 液压能二 多项选择题 ：1 机电传动的发展大体上经历哪几个阶段？ 【A B C 】 A. 成组拖动 B. 单电动机拖动 C. 多电动机拖动 D. 单组多动 E. 复合拖动三 判断改错题：错误的在括号内画×得2分，将错误更正为正确的得2分；正确的在括号内画√得4分； 1 机电传动的目的是将机械能转换为电能。
【× 】 更正：机电传动的目的是将电能转换为机械能。
第二章 机电传动系统的动力学基础 一 单项选择题：1 多轴拖动系统中飞轮转矩可根据以下哪种原则折算到电动机轴上？ 【B 】 A. 机械能守恒B. 动能守恒C. 功率守恒D. 动量守恒2 恒转矩型机械特性的特点是负载转矩为 【A 】 A. 常数 B. 在一定范围内变化 C. 随转速增加而正比增加 D. 实数3 电流电动机的电磁转矩T 、负载转矩L T 和空载损耗转矩0T 之间的关系是 【B 】 A. 0T T TL += B. 0T T T L += C. 00=++T T T L D. L T T T +=04 多轴拖动系统中各静态负载转矩可根据静态时以下哪种原则折算到电机轴上？【C 】 A. 机械能守恒B. 动能守恒C. 功率守恒D. 动量守恒5 根据转矩正方向的约定，恒转矩型机械特性中，反抗转矩与转速n 的符号关系是 【A 】A. 恒相同B. 恒相反C. 取决于电机工作状态D. 跟机械特性有关6 单轴机电传动系统为减速运动时，电机转矩M T 与负载转矩L T 之间的关系是 【C 】A. L MT T =B. L M T T >C. L M T T <D. L M T T ≠7 恒转矩型机械特性中，反抗转矩的方向与运动方向的关系是 【B 】A. 恒相同B. 恒相反C. 取决于电机工作状态D. 跟机械特性有关 8 恒功率型机械特性的负载转矩与转速n 之间的关系是【B 】A. 成正比B. 成反比C. 无关D. 抛物线函数关系9 单轴机电传动系统处于静态或稳态时，电机转矩M T 与负载转矩L T 之间的关系是【A 】 A. L MT T = B. L M T T >C. L M T T <D. L M T T ≠10 多轴拖动系统中各转动部分的转动惯量可根据以下哪种原则折算到电动机轴上？【B 】 A. 机械能守恒 B. 动能守恒C. 功率守恒D. 动量守恒11 随转速n 的增加，直线型机械特性的负载转矩将【D 】A. 成抛物线变化B. 成正比减小C. 不变D. 成正比增加二 多项选择题 ：1 根据负载转矩与运动方向的关系，可以将恒转矩型的负载转矩分为 【A B 】 A. 反抗转矩 B. 位能转矩 C. 动能转矩 D. 拖动转矩 E. 制动转矩2 根据机械特性硬度值的不同，可将电动机机械特性分为【A B C 】A. 绝对硬特性B. 硬特性C. 软特性D. 绝对软特性E. 综合特性三 判断改错题：错误的在括号内画×得2分，将错误更正为正确的得2分；正确的在括号内画√得4分； 1 若单轴传动系统的转动惯量L T 与转速n 符号相反，则表示L T 为制动转矩。
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
dcx%zqea三相异步电动机变频调速
、.~①我们‖打〈败〉了敌人。
②我们‖〔把敌人〕打〈败〉了。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
我们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。
变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。
整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
变频器选型：变频器选型时要确定以下几点：1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。
2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3) 变频器与负载的匹配问题；I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。
对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。
因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
变频器控制原理图设计：1) 首先确认变频器的安装环境；I.工作温度。
变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。
机电传动第五次作业
（2）异步电动机的工作原理： 而异步电动机的旋转磁场被转子导体切割，转子产生感
应电动势和感应电流，电流在磁场中产生电磁力和电磁转 矩，由此产生转速。 4.26 为什么可以利用同步电动机来提高电网的功率因数？
○3 基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性。
解答：○1 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性： 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性相当于异步 电动机的固有机械特性，当 s 很小时，转矩近似与 s 成正比， 机械特性是一段直线，s 接近于 1 时转矩近似与 s 成反比， 这时，T = f（s）是对称于原点的一段双曲线。曲线图为：
机的全部磁动势都是有直流产生的，交流方面无需供给励磁 电流，这时的励磁状态称之为正常励磁。
当直流励磁电流 I f 大于正常励磁电流时的状态叫过励，
则直流励磁过剩，在交流方面不仅需要电源供给励磁电流， 而且还会向电网发出电感性电流与电感性无功功率，而这正 好补偿了电网附近电感性负载的需要，整个电网的功率因数 因此得到提高。
速，应该保持电压与频率之比为常数进行控制，以实现恒压
Hale Waihona Puke 频比控制。这种控制方式为恒压频比控制方式，又称恒磁通
控制方式。
4.17 简述异步电动机在下面三种不同的电压-频率协调控
制时的机械特性，并进行比较：
○1 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性；
○2 基频以下电压-频率协调控制时异步电动机的机械特性；
n(S )
n0
恒压恒频机械特性
nm
0 (1)
Tst
Tm ax
T
○2 恒压频比控制的变频机械特性基频以下电压—频率协 调控制时异步电动机的机械特性：硬度也较好，当转矩增大 到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。基本上是平 行下移，而且频率越低时最大转矩值越小，能够满足一般的 调速要求，但低速带载能力有些差。在基频以下，磁通恒定 时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质。曲线图为：
第六章交流异步电动机变频调速系统PPT课件
电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻
抗压降，而认为定子相电压 Us ≈ Eg，
8
则得 U s 常值
这是恒压频f1 比的控制方式。
（6-3）
但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻 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。
3
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性 通过改变定子供电频率来改变同步转速实现
对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到 低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效 率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为， 变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想 的调速方法 。
原理：利用电动机的同步转速随频率变化的特 性，通过改变电动机的供电频率进行调速。保
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。
2. 基频以上调速
在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，
但定子电压Us 却不可能超过额定电压
9
UsN ，最多只能保持Us = UsN ，这将迫使磁通
与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升 速的情况。
Us UsN
11
Us Φm
恒转矩调速
UsN ΦmN
Us
恒功率调速
Φm
O
f1N
f1
图6-2 异步电机变压变频调速的控制特性
异步电动机的变压变频调速是进行分段控制的：
基频以下，采取恒磁恒压频比控制方式；
基频以上，采取恒压弱磁升速控制方式。
12
U Te
P
N
UN
Te
U
P
O
变电压调速
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i
三相异步电动机的几种调速方式
本文介绍了三相异步电动机的七种调速方式及其特点，指明其适 用
的场合、情况。
三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s)
从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均 可
达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是 改变
交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电 动机
的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合 器、液
力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极 对数的多
速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动 机调速等。
从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：
① 高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频 调
速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。
② 有转差损耗的调速方法属低效调速， 如转子串电阻调速方法，能量
就损耗在转子回路中；
③ 电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；
④ 液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损 耗
随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
一、 变极对数调速方法
这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机
定子极对数达到调速目的，特点如下：
2
1、 具有较硬的机械特性，稳定性良好；
2、 无转差损耗，效率高；
3、 接线简单、控制方便、价格低；
4、 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；
5、 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平 滑
调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升 降
机、起重设备、风机、水泵等。
二、 变频调速方法
变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的
调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器， 变频器
可分成交流-直流-交流变频器 和交流-交流变频器 两大类，目前国 内
大都使用交-直-交变频器。其特点：
1、 效率高，调速过程中没有附加损耗；
2、 应用范围广，可用于笼型异步电动机；
3、 调速范围大，特性硬，精度高；
4、 技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
二、串级调速方法
串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势
来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附 加
电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网 或转
3
换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为 电机串
级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式， 多采用晶闸管 串级调
速，其特点为：
1、 可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上， 效率较高；
2、 装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转
速70% — 90%的生产机械上；
3、 调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；
4、 晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
四、 绕线式电动机转子串电阻调速方法
绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大， 电
动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。 此方
法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。 属有
级调速，机械特性较软。
五、 定子调压调速方法
当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲
线，从而获得不同转速。由于 电动机的转矩与电压平方成正比，因此
最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用
为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动 机，
如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频 敏电
阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在 2： 1以上的场合应采用 反馈控
制以达到自动调节转速目的。
4
调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源， 目前常用的
调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。 晶
闸管调压方式为最佳。调压调速的特点：
1、 调压调速线路简单，易实现自动控制；
2、 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。
3、 调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。
六、电磁调速电动机调速方法
电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源
（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或
全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的 大
小。
电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后 者
没有机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动 部
分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电 枢与
磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形 成若干
对N S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。当电枢随拖动电 动机旋转
时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流， 此涡流与
磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋 转，但其转速
恒低于电枢的转速 N1,这是一种转差调速方式，变动 转差离合器的直流
励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。电 磁调速电动机的调速
特点：
1、装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；
5
2、调速平滑、无级调速；
3、对电网无谐影响；
4、速度失大、效率低。
本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机
械。
七、液力耦合器调速方法
液力耦合器是一种液力传动装置， 一般由泵轮和涡轮组成，它们
统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮 在
原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转， 在离心 力
作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推 力，
使其带动生产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对 充液量
的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合 器的涡轮
转速，作到无级调速，其特点为：
1、功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；
2、结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低；
3、尺寸小，能容大；
4、控制调节方便，容易实现自动控制。
本方法适用于风机、水泵的调速。