变频调速三相异步电动机在设计中应注意的几个问题2(精)
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真引言随着科技的发展和电力系统的逐步完善，三相异步电动机在工业和民用领域中广泛应用。
为了满足不同负载条件下的调速需求，变频调速技术成为了最为常用的方案之一、本文基于三相异步电动机的特点，设计了一个简单的变频调速系统，并通过仿真验证了系统的性能。
一、系统结构设计根据三相异步电动机变频调速系统的基本结构，本文设计了以下几个部分：输入电源模块、变频器模块、电机驱动模块和反馈传感器模块。
1.输入电源模块输入电源模块通常由整流器和滤波器组成，用于将交流电转换为直流电，并通过滤波器减小输出的纹波电压。
本文采用了简化的输入电源模块结构，以简化设计和仿真过程。
2.变频器模块变频器模块是整个系统的核心部分，用于将直流电转换为固定频率或可调频率的交流电。
本文采用的是PWM（脉宽调制）变频器，控制器利用脉宽调制技术对直流电进行精细的调节，从而实现对输出频率的控制。
3.电机驱动模块电机驱动模块主要由电机和驱动器组成，用于将变频器输出的交流电转换为机械能，驱动电机工作。
本文使用了三相异步电动机作为驱动器，并采用了传统的电动机驱动方式。
4.反馈传感器模块反馈传感器模块用于获取电机的运行状态和工作参数，实时反馈给控制器，以实现对整个系统的闭环控制。
常用的反馈传感器有电流传感器、速度传感器和位置传感器等。
二、设计流程本文设计的变频调速系统采用闭环控制方式进行控制，设计流程如下：1.确定控制策略根据系统需求，选择适合的控制策略。
常用的控制策略有PI控制、模糊控制和神经网络控制等。
本文选择了基于PI控制的控制策略。
2.设计控制器根据控制策略设计控制器，主要包括比例环节和积分环节。
比例环节用于根据偏差信号产生控制量，积分环节用于消除系统的静态误差。
本文设计了基于PI控制器的控制器。
3.仿真系统建模根据系统的物理特性，建立仿真系统的数学模型。
本文仿真系统采用母线电压法，通过电机的等效电路进行建模和仿真。
变频调速三相异步电动机恒转矩及恒功率特性的控制(精)
(EXPLOSION-PROOFELECTRICMACHINE)防爆电机
变频调速三相异步电动机恒转矩及恒功率特性的控制
振宇
电机股份,(154002)
摘要阐述变频调速三相异步电动机在低频(f<50Hz)时的恒转矩特性及高频(f>50Hz)时的恒功率特性的控制。
年第3期(总第112期)
防爆电机(EXPLOSION-PROOFELECTRICMACHINE) 2002
2002年9月30日出版
由于X10+X20 =2 f(L10+L20 ,考虑f1较高时(接近额定时),(X10+X20 ) R1
则有:
Tmax=C(
U12
)f1
(3)
3恒功率特性的控制
电动机输出功率:
===TeU1e2U1e1Te max
()f1e
U1f1U1e=f1e
当恒转矩负载时,有
U1U1e
f1=f1e=K
由式1可知
U1
=4 44Kw1N1 m=C mf1
(5)
f eTe
由此可知,如果能保证U1 f1=K,K为常数,则可保持在调整过程中电动机的功率恒定。
值得注意的是:电动机在额定频率以下调速时,受磁路饱和的限制,实现恒功率调速是不可行的;另一方面电动机在高于额定频率以上调速时,要实现理想的恒功率调速也是困难的。因为要满足式(7)规定的条件,定子电压必将与1成正比升高,电动机的绝缘寿命、铁损、温升都将是恒功率调速的障碍。故变频调速系统大都作为恒转矩调速系统来使用。
Keywords Variable frequencyadjustable speed,Constanttorquecharacteristic,Con stantoutputcharacteristic,Control.
变频调速三相异步电动机的设计
变频调速三相异步电动机的设计本文将探讨变频调速技术在三相异步电动机设计中的应用。
本文将简要介绍变频调速技术的原理和发展概况；将详细阐述三相异步电动机的基本工作原理和设计步骤；将讨论变频调速技术在三相异步电动机设计中的应用及其优势。
变频调速技术是一种基于电力电子技术与微控制技术的调节电动机转速的方法。
它通过对电源频率的改变，实现对电动机的平滑调速。
变频调速技术具有高效、节能、精准控制等优点，已成为现代工业领域中广泛应用的调速技术之一。
近年来，随着电力电子器件的不断更新和微控制技术的进步，变频调速技术的性能和可靠性得到了极大的提高。
三相异步电动机是一种应用广泛的电动机类型，它利用电磁感应原理将电能转化为机械能。
三相异步电动机由定子和转子两部分组成，定子绕组接通电源后，产生旋转磁场，转子绕组在旋转磁场的作用下产生感应电流，进而产生电磁转矩，使电动机旋转。
三相异步电动机的设计核心是电磁场的分析和计算，以及转子结构和参数的优化。
三相异步电动机的设计步骤主要包括以下几个方面：（1）明确设计需求：根据实际应用场景，明确电动机的功率、转速、尺寸和温升等参数需求。
（2）选定电动机结构型式：根据应用场景的要求，选择电动机的结构型式，如封闭式、开启式、防护式等。
（3）确定电磁负荷：根据电动机的设计需求，计算电磁负荷，包括每相绕组的匝数、线径、磁路尺寸等。
（4）计算气隙磁通密度：通过电磁负荷的计算结果，计算气隙磁通密度，以确定电动机的电磁性能。
（5）优化转子结构和参数：根据气隙磁通密度计算结果，优化转子结构和参数，以获得更好的电磁性能和机械性能。
（6）设计定子铁心：根据电磁负荷和气隙磁通密度的计算结果，设计定子铁心，包括铁心尺寸、槽形和材料等。
（7）选择冷却方式：根据电动机的设计需求和结构型式，选择合适的冷却方式，如自然冷却、强迫通风冷却等。
变频调速技术在三相异步电动机设计中的应用及其优势变频调速技术在三相异步电动机设计中的应用，主要是通过在电源侧施加变频电压，达到调节电动机转速的目的。
三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制
三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制异步电动机变频调速所要求的变频电源几乎都采用静止式变频器。
利用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序，即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正、反转切换。
本文介绍了PLC在三相交流异步电动机变频调速系统方面的设计，说明了系统的控制策略和工作原理，探讨三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制。
1、PLC在三相交流异步电动机变频调速系统设计三相交流异步电动机变频调速系统，以可编程序控制器PLC 作为核心控制部件，通过速度传感器将电动机的转速信号传给PLC, PLC经过控制规律的运算后，给出控制信号，改变电动机输入电压的频率，来调节电动机的转速，从而构成了一个闭环的速度控制系统。
如图1 所示。
2、三相异步电动变频器电路连接的要点2.1变频器前面一定要加接触器输入侧接触器的作用。
一般说来，在断路器和变频器之间，应该有接触器。
a. 可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电。
b. 发生故障时可自动切断变频器电源，如：变频器自身发生故障，报警输出端子动作时，可使接触器KM迅速断电，从而使变频器立即脱离电源。
另外，当控制系统中有其他故障信号时，也可迅速切断变频器电源。
2.2变频器与电动机之间是否接输出接触器并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的致变频器跳闸。
a. 当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机之间不要接输出接触器。
因为如果接入了输出接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的情况下启动电动机，产生较大的启动电流，导致变频器跳闸。
b. 必须接输出接触器的情况有两种：当一台变频器接多台电动机时，每台电动机必须要有单独控制的接触器。
另外，在变频和工频需要切换的情况下，当电动机接至工频电源时，必须切断和变频器之间的联系。
通用变频器，一般都是采用交、直、交的方式组成，利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正、反转切换，必须利用触器等装置对电源进行换相切换。
三相异步电动机变频调速系统设计
三相异步电动机变频调速系统设计一、设计背景随着现代工业的发展，电动机已经成为各种设备中最主要的驱动装置之一、为了满足不同工作需求的变化，电动机的速度调节功能变得越来越重要。
而传统的调速方法，如调整电网电压或通过调整传动装置的机械结构，都存在一定的限制和缺陷。
因此，变频调速系统逐渐成为工业应用中的主流。
二、设计原理1.变频器：变频器是将市电的交流电源转换为可调频率、可调电压、可调时间比的交流电源的装置。
它通过改变输出电压的频率和幅值，实现电动机转速的调整。
2.控制系统：控制系统主要包括速度控制回路和电机保护回路。
速度控制回路通过采集电动机的转速，与设定的转速进行比较，通过调整变频器的输出频率和幅值来实现转速的调节。
电机保护回路主要用于监测电动机的电流、电压、温度等参数，一旦出现异常，就会自动切断电源，保护电机的安全运行。
3.变频电机：变频电机是与变频器配套使用的电动机，其结构和普通的异步电动机基本相同。
通过变频器调整输出频率和幅值，可以实现变频电机的转速调节。
三、系统组成1.变频器：选用合适的功率和规格的变频器，能够满足电动机的调速要求。
2.控制面板：控制面板上设置设定转速、实际转速的显示器，以及转速调节的按钮和指示灯。
3.传感器：采用合适的传感器，如光电编码器、霍尔传感器等，用于采集电动机的转速信号。
4.电机保护装置：包括过流保护、欠压保护、过压保护、过温保护等功能，能够确保电机的安全运行。
四、系统设计步骤1.确定需求：根据实际应用的需求确定电动机的转速范围、精度要求等参数。
2.选型：根据需求选用合适的变频器、传感器和电机保护装置。
3.确定控制方式：根据电动机的应用特点选择合适的控制方式，如闭环控制还是开环控制。
4.连接布线：按照电路图将变频器、传感器和电机保护装置与电动机进行连接布线。
5.调试和测试：对系统进行调试和测试，确保各个部件的正常工作，并对控制参数进行优化。
6.安装和投入使用：将系统安装到实际应用场所，进行调试和运行测试，确保系统满足需求。
三相异步电动机变频调速原理
三相异步电动机变频调速原理
三相异步电动机是工业生产中常用的一种电动机，其特点是结构简单、可靠性高、使用寿命长等。
在工业生产中，往往需要对三相异步电动机进行调速，以满足不同的生产需求。
而变频调速技术是一种常用的调速方式，下面将介绍三相异步电动机变频调速原理。
变频调速技术是通过改变电源频率来改变电动机的转速，从而实现调速的目的。
在三相异步电动机变频调速中，需要使用变频器来实现频率的调节。
变频器是一种电子设备，可以将输入的电源电压和频率转换为可调的输出电压和频率，从而实现对电动机的调速。
具体来说，变频器将输入的交流电源转换为直流电源，然后再将直流电源转换为可调的交流电源。
在变频器中，需要使用PWM技术（脉宽调制技术）来实现对输出电压和频率的调节。
PWM技术是一种将直流电压转换为脉冲信号的技术，通过改变脉冲信号的占空比来改变输出电压的大小，从而实现对电动机的调速。
在三相异步电动机变频调速中，需要注意的是，变频器的输出电压和频率必须与电动机的额定电压和额定频率相匹配，否则会对电动机造成损害。
此外，还需要注意变频器的负载能力，以确保变频器能够承受电动机的负载。
三相异步电动机变频调速是一种常用的调速方式，可以实现对电动机的精确调节，从而满足不同的生产需求。
在实际应用中，需要注
意变频器的选择和设置，以确保电动机的正常运行。
三相的异步电动机变频调速系统设计的及仿真
三相的异步电动机变频调速系统设计的及仿真引言：在现代工业生产中，电动机作为一种重要的动力设备，广泛应用于各种机器和设备中。
为了满足不同工艺和运行要求，需要调节电动机的运行速度。
传统的方法是通过改变电源的频率来达到调速的目的。
然而，这种方法存在一定的局限性，无法实现精确的调速效果。
因此，引入变频调速系统成为了提高电机调速性能的有效手段。
本文将对三相异步电动机变频调速系统的设计及仿真进行详细介绍。
一、系统设计：1.变频器设计：变频器是变频调速系统的核心部分，用于将输入电源的频率和电压变换成适合电动机工作的频率和电压。
变频器由整流器、滤波器和逆变器组成。
整流器将输入的交流电变换成直流电，滤波器用于平滑输出电压，逆变器将直流电转换成可控的交流电输出。
变频器还包括控制模块，用于实现调速功能。
2.控制系统设计：控制系统包括速度传感器、PID控制器和功率放大器。
速度传感器用于实时测量电机转速，PID控制器根据设定转速和实际转速之间的差异，调节变频器的输出频率和电压，以实现电机的准确调速。
二、系统仿真：为了验证设计的可行性和调速性能，可以使用MATLAB/Simulink进行系统仿真。
具体的仿真流程如下：1. 搭建电机模型：根据电机的参数和等效电路，搭建电机的MATLAB/Simulink模型，包括电机的输入端口、输出端口和机械负载。
2. 设计控制系统：在Simulink中添加速度传感器、PID控制器和功率放大器，并与电机模型连接起来。
3.设定仿真参数：设置电机的参数、控制系统的参数和仿真时间等参数。
4.进行仿真实验：根据实际需求，设置不同的转速设定值，观察电机的响应情况，如稳态误差和调速时间等。
5.优化系统性能：根据仿真结果，调整参数和控制策略，优化系统的调速性能，如减小稳态误差和调速时间。
三、结论：三相异步电动机变频调速系统是一种能够实现精确调速的调速方案。
通过合理设计和仿真验证，可以得到一个性能稳定、调速精度高的变频调速系统。
三相异步电机交流变频调速系统设计实验
三相异步电机交流变频调速系统设计实验指导书仇国庆编写重庆邮电大学自动化学院测控技术实验中心2010/11/2三相异步电机交流变频调速系统设计实验指导书一、实验目的：1. 了解三相异步电机调速的方法；2. 熟悉交流变频器的使用；3. 掌握三相异步电机交流变频调速系统设计。
4. 交流异步电动机机械特性及变频调速特性测试二、控制系统设计要求系统设计要求能够实现三相异步电动机的如下状态的控制：正转；反转；停止；点动；加速；减速。
图1 控制系统硬件结构图三、基本知识：1.异步电动机调速系统种类很多，常见的有：(1)降电压调速；(2)电磁转差离合器调速(3)绕线转子异步电机转子串电阻调速(4)绕线转子异步电机串级调速(5)变极对数调速(6)变频调速等等。
2.三相交流异步电动机2.1 异步电动机旋转原理异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。
n转速顺时针旋转，转子绕组切割磁力线，产生转子电流⑴磁场以⑵通电的转子绕组相对磁场运动，产生电磁力⑶ 电磁力使转子绕组以转速n 旋转，方向与磁场旋转方向相同2.2 旋转磁场的产生旋转磁场实际上是三个交变磁场合成的结果。
这三个交变磁场应满足：⑴ 空间位置上互差rad 3/2π电度角。
由定子三相绕组的布置来保证⑵ 在时间上互差rad 3/2π相位角（或1/3周期）。
由通入的三相交变电流来保证。
2.3 电动机转速产生转子电流的必要条件：是转子绕组切割定子磁场的磁力线。
因此，转子的转速n 必须低于定子磁场的转速0n 。
两者之差称为转差：n n n -=∆0转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率：0/n n s ∆=同步转速0n 由下式决定：p f n /600=上式中，f 为输入电流的频率，p 为旋转磁场的极对数。
由此可得转子的转速：p s f n /)1(60-=3.异步电动机调速由转速p s f n /)1(60-=可知异步电动机调速有以下几方法：(1) 改变磁极对数p （变极调速）定子磁场的极对数取决于定子绕组的结构。
完整版《三相异步电动机变频调速系统设计》
完整版《三相异步电动机变频调速系统设计》三相异步电动机变频调速系统是一种应用广泛的电机控制系统，通过对电机的供电频率和电压进行调整，实现电机的调速功能。
本文将对三相异步电动机变频调速系统进行详细的设计。
1.系统结构三相异步电动机变频调速系统主要由电机、变频器和控制系统三部分组成。
电机作为执行元件，接受变频器输出的电压和频率进行运行；变频器则负责将输入的电网电压和频率转换为适合电机运行的电压和频率；控制系统则完成对变频器的控制和监测，实现对电机的精确调速。
2.硬件设计在硬件设计方面，需要选择适合电机的变频器和控制器，并完成相应的接线和连接。
变频器通常需要选择带有电压和频率调节功能的型号，以满足不同工作条件下的电机要求。
控制器则需要选择具备快速响应和稳定性能的型号，以确保系统的准确调速。
3.变频器参数设置变频器的参数设置对于电机的工作性能影响较大。
在设置参数时，首先需要根据电机的额定功率和工作特性确定变频器的额定输出功率。
同时，还需要根据电机的额定电压和额定转速设置变频器的额定输出电压和额定输出频率。
此外，还需要根据电机的负载特性设置变频器的过载保护和反馈调节参数。
4.控制系统设计控制系统的设计主要包括速度信号检测、计算和反馈控制三个步骤。
速度信号检测可以通过安装编码器或霍尔传感器等装置实现。
根据检测到的速度信号，控制系统可以计算出电机的当前转速，并与设定的目标转速进行比较，得到误差信号。
通过对误差信号进行PID控制，控制系统可以调整变频器的输出频率和电压，以实现对电机转速的控制。
5.保护措施设计三相异步电动机变频调速系统在运行过程中需要考虑到一些保护措施，以防止电机过载、短路等故障。
常见的保护措施包括过载保护、过流保护、过热保护和失速保护等。
通过在控制系统中添加相应的保护逻辑和监测装置，可以及时发现并处理电机故障，保证系统的安全运行。
总之，三相异步电动机变频调速系统设计涉及到硬件设计、变频器参数设置、控制系统设计和保护措施设计等方面。
(完整版)《三相异步电动机变频调速系统的设计》
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。）
5、方案的可行性分析：
（1）参考了相关的文献和记录，并在老师的指导下制定了可行的计划。
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。
[6]周志敏.变频调速系统工程设计与调试,人民邮电出版社,2009.
[7]张占彪.试论变频调速异步电动机在设计中的注意要点,2014.
[8]《电气应用》2011年总索引.电气应用,2012.
[9]崔坚.西门子S7可编程控制器STEP7编程指南,机械工业出版社,2007.
[10]Low-voltage distribution design specifications [S]. China plans Press.2006.
直到上世纪80年代，电力电子的发展变成了用晶闸管整流供电和现代控制论的迅猛发展是交流调速器取代直流调速成为必然。进入90年代，通用变频器以优异的控制性能，在调速领域独树一帜，并在工业领域及家电产品中得到迅速推广。此外，变频技术和变频制造从一般意义的拖动技术中分离出来，成为世界各国在工业自动化和机电一体化领域中争抢先站的阵地，各发达国家更是在该技术领域注入极大地人力物力，使之目前已进入高新技术行业。在进入21世纪的今天，电力电子器件的基片已从硅变换为碳化硅，使电力电子新元件具有了耐高压、低损耗、耐高温的优点。
三项异步电动机变频调速控制及其节能改造
三项异步电动机变频调速控制及其节能改造本文主要从三项异步电动机概述、三相笼型转子异步电动机的传统起动方式、三相异步电动机调速策略探讨、电动机节能注意事项等方面进行了阐述。
标签：三相异步电动机；调速；节能一、前言三项异步电动机在我国电网中应用非常广泛，技术也相对成熟，但是如何使其变频调速进行控制以及节能问题，都是需要进一步探讨与总结的重点问题。
二、三项异步电动机概述全国年总发电量的一半以上，耗能非常之高。
因此，加强和提高三相异步电动机的节能控制对我国电能的节约将会起到巨大的作用。
当电流在满负荷的情况下时，三相异步电动机的功效一般比较的高，可以达到85%左右。
但是，如果电流的负荷量下降的话，三相异步电动机的功效就会明显的降低。
因此，总的来说，三相异步电动机的功效还是比较低的。
如果我们通过对三相异步电动机节能控制，我们就会在这方面有所提高，从而提升电动机的运行效率，将会产生巨大的经济效益。
进行三相异步电动机的节能控制主要是从两方面的工作着手，首先就是要提升三相异步电动机的制造技术，而这方面如今已经取得了巨大的发展，另外一方面就是要做好电动机的运行控制技术，这才是我们进行电动机节能控制技术的关键。
三相异步电动机的功效是指三相异步电动机的输出功效同输入功效的比例，因此供电机的一部分电能是用来使电动机驱动的，即输入的功效，而另外一部分电能就会发生在三相异步电动机的自身损耗上，这就是我们所说的输出功效。
三相异步电动机的电能损耗主要是指电动机的铁和铜，而电动机的铜耗则是在电流通过电动机的铜线绕组时而产生的，相比之下，电动机的铁耗则是指电动机在运转的过程中，其定子和转子铁芯中产生的电流而发生的损耗，这主要是与电压有关。
电动机的损耗除了这两部分损耗外，还存在其他的损耗，但是这些损耗都比较小，可以忽略。
而三相异步电动机的节能原理就是在电压的负荷下降的时候，可以通过适当降低电源的电压的方法，从而减少电动机中铁耗，当电压下降的时候，相应的电流也会随之下降，这样也就降低了电动机中的铜耗，只有这样电动机的功效才会得到提高。
机车三相异步电动机调速特性—变频调速的特性
变频调速的特性
在通常情况下，等值电路中的Xm>>X1和X‘2，Im很小，则I1≈I’2，
这样电流公式可以简化为：
I1 I '2
U1
( R1
R'2 S
)2
(X1
X '2
)2
上式代入：
T
mp
2f1
I '22
R'2
/
S
电磁转矩为：
T
m p (U1 )2
2 f1
( SR1
R'2
Sf1 R'2 ) S2(X1
I'2
SE 1 R'2
E1 f2 R'2 f1
且在恒功率范围内，U1已提高到一定数值，可认为U1≈E1，故得
T
mp
2R'2
(U1 f1
)2
f2
或：
Tf1 KU12
f2 f1
K (U12 f1
)
f2
KU12 S
变频调速的特性
（1）U1不变，S=f2/f1=常数的调节方式
由于f1较高，与电抗相比可忽略R1的影响，则最大转矩可
异步电机等效电路
变频调速的特性 一、异步电机的等值电路及转矩表达式
图中 U1 、I1 — 电源相电压和电机定子
电流； I1 — 归算到定子侧的转子电
流； Im — 电机激磁电流； E1 E2 — 分别为一相定子感应电势和归算到定子
侧的转子感应电势； S — 转差率，为
转差频率与定子频率的比值：S=f2/f1； R1、X1 — 定子绕组电阻及漏电抗； R2'、X2 —归算到定子侧的转子电阻及 漏电抗； Rm、Xm — 激磁电阻及电抗。
三相异步电动机变频调速的原理
学习目标：三相异步电动机变频调速的原理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一直一交方式（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。
在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。
三相异步电动机变频调速
.一、三相异步电动机变频调速原理由于电机转速 n 与旋转磁场转速 n1接近，磁场转速 n1改变后，电机转速 n 也60 f 1可知，改变电源频率 f 1，可以调节磁场旋转，从就随之变化，由公式 n1p而改变电机转速，这种方法称为变频调速。
根据三相异步电动机的转速公式为60 f1n1 1 sn 1 sp式中 f 1为异步电动机的定子电压供电频率；p 为异步电动机的极对数；s为异步电动机的转差率。
所以调节三相异步电动机的转速有三种方案。
异步电动机的变压变频调速系统一般简称变频调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性能最好，是交流调速系统的主要研究和发展方向。
改变异步电动机定子绕组供电电源的频率 f 1，可以改变同步转速n ，从而改变转速。
如果频率 f 1连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。
三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为U 1E1 4.44 f 1N 1k m m式中 E1为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；f1为定子电源频率； N1为定子每相绕组匝数； k m为基波绕组系数，m为每极气隙磁通量。
如果改变频率 f 1，且保持定子电源电压U1不变，则气隙每极磁通m 将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，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，这是不允许的。
因此，降低电源频率 f 1时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通m 的目的。
.1、基频以下变频调速为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率 f 1时，保持U1为常数，使气每f 1极磁通m 为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。
这时，电动机的电磁转[1][8]m 1 pU r 2r 21m 1 p U 1 2f 1ss 1T矩为222 f 1r 2 22 f 1r 2x 12r 1x 2r 1x 1 x 2ss上 式 对 s 求 导 ， 即dT ，有最大转矩和临界转差率为ds12U2f11111T m22 f 1 r 1222 2 f1f 1r 1 22r 1x 1 x 2r 1 x 1 x 2s mr 2由上式可知：当U1常数时，在 f 1 较高时，即接近额22f 1x 1 x 2r 1定频率时， r 1 = x 1 x 2 ，随着 f 1 的降低， T m 减少的不多； 当 f 1 较低时， x 1 x 2较小； r 1 相对变大，则随着 f 1 的降低， T m 就减小了。
变频调速三相异步电动机在设计中应注意的几个问题
额定频率、额定输出功率)变频器作为电源供电与普
通电源供电相比电流约增加10%左右,温升约增加
20%左右。
参考文献
〔1〕 邓想珍,赖寿宏编著.《异步电动机变频调速系统及其
应用》.华中理工大学出版社.
〔2〕 三菱电机株式会社编.许振茂译.《变频调速器使用手
其中:kW1—定子绕组系数
Φm—气隙磁通
Φm=V14.44f1W1kW1=C′U1f1(2)
其中:C′=14.44W1kW1
图1 异步电动机等值电路
U1 定子相电压 E1 定子感应电势
I1 定子电流I2 转子电流(定子换算值)
r1 定子电阻r2 转子电阻
rm 激磁电阻抗Xm 激磁电抗
关键词 变频调速 电压补偿 高次谐波
1 前 言
随着电气领域的不断发展,变频调速三相异步
电动机的应用越来越广泛。过去,在要求快速、高精
度的电力拖动调速系统中都采用直流电动机拖动,
但是由于直流电动机具有机械换向易损坏这一致命
缺点,致使直流电动机制造成本高,维护不方便。与
之相比交流异步电动机具有制造成本低、结构简单、
计适应这种控制方式的变频器供电交流电动机应采
取的措施。
2 V/f=C控制原理
从异步电动机转速公式n=60fp(1-s)可知,改
变电机频率和极数可以改变电机的转速。所以,改
变电动机频率就可以实现调速运转。
当忽略定子绕组漏阻抗Z1(见图1),
Z1=r1+jX1时,电势方程式为:
U1=E1=4.44f1W1kW1Φm(1)
的平方成比例增加,致使振动加大。
变频调速三相异步电动机在设计中应注意的几个问题
变频调速三相异步电动机在设计中应注意的几个问题
设计变频调速三相异步电动机时，应注意以下几个问题：
1.选择合适的电动机类型：变频调速三相异步电动机有多种类型，如感应电动机和无刷直流电动机。
根据具体应用需求和负载特性，选择适合的类型。
2.变频器选型：变频器是实现电动机调速的关键装置。
在选型时，需要考虑电动机的额定功率和负载特性，以确保变频器能够提供足够的功率和可靠的调速性能。
3.电动机冷却：变频调速会使得电动机运行时产生较多的热量，因此需要考虑合适的冷却方法，如风冷或水冷，以保证电动机的正常运行。
4.选用合适的轴承和密封件：由于变频调速会产生振动和压力
变化，因此需要选用适合的轴承和密封件，以确保电动机的可靠性和使用寿命。
5.EMC设计：变频器在工作过程中会产生电磁干扰，可能对
其他电气设备产生干扰或受到干扰。
因此，需要进行良好的电磁兼容性（EMC）设计，以减少干扰和提高系统稳定性。
6.电缆布线：由于变频器会产生高频噪声和电磁辐射，电缆布
线需要合理设计，避免干扰其他系统或受到干扰。
7.系统保护：在变频调速系统中，应考虑合适的保护装置，如
电流保护、过载保护和过温保护等，以防止电动机和系统过载或损坏。
8.维护和检修：变频调速三相异步电动机较复杂，需要定期检查和维护。
设计时应考虑到维修和检修的便捷性，如方便的接线端子和易于更换的零部件等。
三相异步电动机使用注意事项 三相异步电动机常见问题解决方法
三相异步电动机使用注意事项三相异步电动机常见问题解决方法l、加到上的电压与额定电压的偏差不能超过士5%，这样电动机的输出功率能维持额定值。
2、三角形接法的电动机，在轻载运行时应改成星形接法。
由于轻载运行，功率l、加到上的电压与额定电压的偏差不能超过士5%，这样电动机的输出功率能维持额定值。
2、三角形接法的电动机，在轻载运行时应改成星形接法。
由于轻载运行，功率因数较低，假如改成星形接法，电机绕组相电压降低到原来的l/√3，铁心中的磁通也降低到原来的1/√3，则无功电流明显降少，可以提高功率因数。
3、当电动机额定电压为220/380V，电动机接成星形在380V电源上使用时，决不可将星形的中性点接到电动机外壳上。
因正常运行时，中点电位为0，假如显现一相熔丝熔断，中点电位上升，假如中点接到外壳上，外壳电位对地不等于零，就带来触电不安全的不安全。
4、大型笼型电动机在起动后，定、转子绕组已发热，不可在热态时再起动。
在刚起动时（冷态）不可连续起动，要间隔适当时间再进行第二次起动。
假如要连续或频繁起动，定要设法减小起动电流。
5、在吊车上的电动扫机不可用反接制动，只能用电磁机械制动。
这是由于吊车上电动机起动、停止频繁，则要频繁制动，反接制动电流大，易烧坏电动机。
6、绕线式电动机不可用更改极对数方法进行调速。
更改极对数，要求定子转子同时更改极对数，笼型电动机定子极数更改，转子极数自动跟着变，而绕线式电动机转子极数要通过转子绕组接法才能更改。
所以绕线式电动机一般不用更改极对数方法调速。
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隔爆型变频调速三相异步电动机技术条件第2部分
隔爆型变频调速三相异步电动机技术条件第2部分隔爆型变频调速三相异步电动机技术条件第2部分隔爆型变频调速三相异步电动机是一种广泛应用于化工、石油、煤矿等危险场所的电动机。
在这些场所，由于易燃易爆气体、蒸汽和粉尘的存在，传统的电动机很容易引发火灾和爆炸。
而隔爆型变频调速三相异步电动机则具有防爆、防火的特点，可以有效地保障生产安全。
隔爆型变频调速三相异步电动机技术条件第2部分主要包括以下几个方面：1. 隔爆等级隔爆型变频调速三相异步电动机的隔爆等级是指电动机在运行时能够防止火花、电弧等因素引发爆炸的能力。
根据国家标准，隔爆型变频调速三相异步电动机的隔爆等级应不低于ExdIIBT4。
2. 防护等级隔爆型变频调速三相异步电动机的防护等级是指电动机在运行时能够防止固体物质、液体物质等外部物质进入电动机内部，从而保证电动机的正常运行。
根据国家标准，隔爆型变频调速三相异步电动机的防护等级应不低于IP54。
3. 转速范围隔爆型变频调速三相异步电动机的转速范围是指电动机在变频调速时能够保持稳定运行的转速范围。
根据国家标准，隔爆型变频调速三相异步电动机的转速范围应在额定转速的±5%以内。
4. 效率等级隔爆型变频调速三相异步电动机的效率等级是指电动机在运行时能够将输入的电能转化为机械能的能力。
根据国家标准，隔爆型变频调速三相异步电动机的效率等级应不低于IE2。
5. 绝缘等级隔爆型变频调速三相异步电动机的绝缘等级是指电动机在运行时能够防止电气绝缘损坏的能力。
根据国家标准，隔爆型变频调速三相异步电动机的绝缘等级应不低于F级。
总之，隔爆型变频调速三相异步电动机技术条件第2部分是保障电动机在危险场所安全运行的重要条件。
只有满足这些技术条件，才能够有效地防止火灾和爆炸的发生，保障生产安全。
三相变频异步电机设计
恒功率负载则指的是电机输出功率维持不变，而随着运转速度的变化使转矩呈现出负相关的关系。这就意味着当恒功率负载下，设备的运行速度极低时电机的转矩趋近于无穷大。因此这种负载模式在临界点时将变为恒转矩负载，其大致分界点为50HZ。比如开卷机、数控机床等设备的生产中对运作频率要求较高，在设计中就大多需要采用恒功率负载，使运转频率始终大于基频。
二、变频电机的电磁设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（一）控制电磁负荷
在调速过程中设备的运转速度和工频会有所出入，产生的谐波容易造成磁路饱和。这样一来电机就会出现空载的现象，进而对电机的生命周期造成一定的影响。尤其是在较低的运转速度下，这种现象发生的概率也将进一步增大。针对这一问题，在电磁设计中就必须将磁通密度控制在较小的范围内。这种设计方法不仅能够有效的降低设备运行的噪音，而且还可以促进设备的预热升温。比如在导电后收到电流热的影响会出现明显的升温，若是这个温升的值域较大，则说明产品的稳定性不足在投产使用后会迅速出现折旧老化。相反若温升始终保持在合理范围内，更有利于电动机的散热，使设备的工作性能更加突出。而这项参数也基本由电磁负荷决定，在设计阶段必须要针对具体的生产需求来选择合理的负荷值。
三、变频电机的结构设计
（一）绝缘部分优化
变频电动机内部线路较为复杂，在设计过程中不仅要考虑到对地绝缘问题，而且还需要而且还需要兼顾线间绝缘。根据行业规范相关要求，变频电机的绝缘等级必须不低于F级，以此来确保设备的安全运行。首先，要做好电动机的对地绝缘处理。技术人员应该保持绝缘电阻值能够达到5MΩ以上，若达不到这个标准则可能出现生产事故。其次，线匝绝缘也是电机设计中十分重要的内容。在绕组线缆的选择中应该使用质量更好的产品，尤其是首匝和末匝部分在运行过程中会出现较大的升温。若高温令线缆的外漆脱落，则可能造成短路影响到正产生产，甚至还可能会造成人员伤亡。因此，在设计中要求使用能够承受105℃以上的高温，确保电机的稳定性。最后，在导线的使用上也需要满足出色的抗软化击穿性能。这不仅有利于设备寿命的延长，而且还能够显著提升电机的耐热表现。
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收稿日期:1999-09-21。
魏敏女,1968年生;毕业于哈尔滨机电专科学校。
变频调速三相异步电动机在设计中应注意的几个问题魏敏代戈
宋长生摘要从分析V/f控制变频调速电动机的原理入手,对变频器为电机电源的转矩特性、噪声、振动及其它性能影响进行分析并提出相应的对策。
关键词变频调速电压补偿高次谐波 1前言随着电气领域的不断发展,变频调速三相异步电动机的应用越来越广泛。
过去,在要求快速、高精度的电力拖动调速系统中都采用直流电动机拖动, 但是由于直流电动机具有机械换向易损坏这一致命缺点,致使直流电动机制造成本高,维护不方便。
与之相比交流异步电动机具有制造成本低、结构简单、坚固、维护方便、可适用于恶劣环境工作等特点。
目前,我国将变频调速技术应用于产品上逐年增多,也是今后电力传动技术改造的一项重要内容,因而变频调速三相异步电动机将是日常生活、工业生产等所依赖的基本技术之一。
三相异步电动机调速传动时,需要根据电动机的特性对供电电压、电流、频率进行适当控制。
变频器具有这种控制功能,但采用不同的控制方式所得到的调速性能、特性及用途是不同的。
变频器控制方式可分为两种,即开环控制和闭环控制,后者进行电动机速度反馈。
作为开环控制有V/f方式,闭环控制有转差频率控制、矢量控制方式。
本文将对V/f控制方式下变频调速电动机转矩特性、噪声、振动及其它性能进行分析,并提出在设计适应这种控制方式的变频器供电交流电动机应采取的措施。
2V/f=C控制原理从异步电动机转速公式n=60fp(1-s可知,改变电机频率和极数可以改变电机的转速。
所以,改变电动机频率就可以实现调速运转。
当忽略定子绕组漏阻抗Z1(见图1, Z1=r1+jX1时,电势方程式为:
U1=E1=4.44f1W1kW1Φm(1 其中:kW1—定子绕组系数Φm—气隙磁通
Φm=V14.44f1W1kW1=C′U1f1(2 其中:C′=14.44W1kW1 图1异步电动机等值电路U1定子相电压E1定子感应电势 I1定子电流I2转子电流(定子换算值 r1定子电阻r2转子电阻 rm激磁电阻抗Xm激磁电抗 X1定子漏抗X2转子漏抗(定子换算值 s转差率由(2式分析可知: 2.1若f1下降,U1不变,则气隙磁通Φm上升,电机出现过激磁,使励磁电流增加,导致铁损急剧增加,电动机cos 降低,这是不允许的。
2.2若f1下降,而U1下降过多,则Φm下降,电动机出现欠励磁,由异步电动机转矩公式: 10 防爆电机(EXPLOSION-
PROOFELECTRICMACHINE2000年第1期(总第102期2000年3月31日出版M=CrΦmI2cos
2(3 可知,其转矩决定于气隙磁通Φm,则电磁转矩降低。
电机的功率得不到充分利用而造成浪费,同时, 电机的最大转矩也将降低,严重时会使电机堵转。
由以上分析可知,由于电机的转矩是与气隙磁通和转子电流有功分量乘积成正比,见公式(3,因此为得到与直流机相似的基本转速以下的恒转矩特性,必须在调速过程中保持气隙磁通不变;由式(2 可知,在减少f1调速时,定子端电压U1不能保持恒定,但也不能降低太多,须达到V1/f1=C才能保持气隙磁通恒定。
3V/f控制下转矩特性分析
V/f一定时,速度转矩特性曲线如图2所示,在低速区转矩减小,这主要是由于当定子供电频率降低时,要保持V/f=C比例控制,外加端电压随之降低,此时定子阻抗压降相对于定子电压不能忽略,使得产生气隙磁通感应电势减小,造成气隙磁通减弱, 使电磁转矩降低。
要保持低频时恒转矩输出,在电磁计算时就要考虑采用补偿电压方法。
有电压补偿时其速度———转矩特性曲线如图3所示。
图2速度—转矩特性(V/f一定图3速度—转矩特性(有电压补偿时一般地我们所说的电压补偿是指对端电压U1′ 进行补偿,实际上是由于感应电动势E1为电动机内部电压,不能直接控制,并且不易测量,所以只能控制电动机的端电压U1,以简单获得与E1/f1一定控制相近的特性。
电压补偿值的选定应根据估计的负载模式和电压模式来控制变频器输出电压。
一般变频器电压模式如图4所示。
在电机设计时,电压补偿值一般为额定电压的3%~10%。
图4V/f控制电压发生模式(恒转矩负载补偿后电机端电压经验公式: U=K(f-f0+U0(4 其中U—频率为f时的端电压 U1—电机额定电压 f1—电机额定频率 K—为常数K=U1-U0f1-f0 U0—电压补偿量3%~10%U1 f0—电压补偿频点的频率 4噪声和振动对于变频器供电电机的结构设计,应把振动和噪声问题放在一个很重要的位置上。
4.1噪声电机的噪声大致可分为电磁噪声、通风噪声和机械噪声。
通风噪声以风扇的叶片音和通风道的共鸣音为代表。
在高速驱动的状态下,用变频器供电电机将产生很大的风扇噪声。
当电机同轴的外风扇噪声几乎是以(5式所示的值增加,有时还会发生能级极高的噪声。
SPL2=SPL1+(50~55log(N1/N2(dB(5 式中,SPL1—转速N1的噪声能级(dB SPL2—转速N2的噪声能级(dB 电磁噪声是作用于定、转子间的周期性电磁力 11 2000年
第1期(总第102期 2000年3月31日出版(EXPLOSION-PROOFELECTRICMACHINE防爆电机影响定子铁心、机壳和其它结构部分而产生的振动音,也是由于转子不平衡、气隙不均匀引起的电磁力和槽
齿高次谐波引起的电磁力而产生的。
变频器供电时,由于输出电压、电流中含有高次谐波分量,气隙的高次谐波磁通增加,所以噪声变大。
变频器供电时,电动机产生的电磁噪声有以下特征: (1由于变频器输出中较低次的高次谐波分量与转子固有频率的谐振,在转子固有频率附近的噪声增大。
(2由于变频器输出中高次谐波分量与铁心机壳、轴承架等的谐振,在其固有频率附近的噪声将增大。
4.2振
动电机振动原因可分为电磁与机械两种。
(1电磁原因变频器供电时,由于输出波形含有高次谐波分量的影响,电磁力增大、振动增大。
其原因在于较低高次谐波分量与转子的谐振,其固有频率附近振动分量增加;其次由于高次谐波产生的脉动转矩的影响发生振动,特别是当脉动转矩的频率同电机转子与负载构成的轴系扭转固有频率一致时将发生谐振,有大转矩作用在轴上。
(2机械原因由于匹配机械安装部分刚性不足,电机轴上有外伸重量等,轴系统的固有频率降低时,如果电机高速旋转且旋转频率与轴系统固有频率接近,则振动加剧。
另外,转子残余不平衡引起的离心力与速度的平方成比例增加,致使振动加大。
(3设计电机时减少噪声、振动对策
①减少气隙磁通密度,增大气隙,降低谐波电磁力。
②提高定、转子的气隙偏心精度。
③采用磁性槽楔。
④采用高弹性橡胶联轴节,降低轴系扭转共振频率。
⑤建议用户控制系统在变频器输出侧设置AC 电抗器。
5使用变频器对电机其它性能影响通常作为粗略估计电机额定运转时(额定电压、额定频率、额定输出功率变频器作为电源供电与普通电源供电相比电流约增加10%左右,温升约增加 20%左右。
参考文献〔1〕邓想珍,赖寿宏编著.《异步电动机变频调速系统及其应用》.华中理工大学出版社. 〔2〕三菱电机株式会社编.许振茂译.《变频调速器使用手册》.兵器出版社. 〔3〕陈世坤主编.《电机设计》.北京:机械工业出版社. ConsiderationsinDesignofVariable-Frequency Adjustable-speedThree-phaseACInductionMotors WeiMin DaiGe SongChangsheng Abstract ThispaperbeginningwithanalysingtheprincipleofV/fcontrolvariable-frequencyadjustable-speedmotor,analysesthe
torquecharacteritic,noise,vibrationandotherPerformancesofconverter-
fedmotors,andputsforwardsomecorrespondingcounter-measures. Keywords Variable-frequencyadjustable-speed,Voltagecompesation,High-orderharmonic. 12 防爆电机(EXPLOSION-PROOFELECTRICMACHINE2000年第1期(总第102期2000年3月31日出版。