变频变压调速
7章同步电动机变压变频调速系统
Te
p s s
s xd
sin
p
2 sLeabharlann dq2 s xd xq
sin 2
（7-5）
式（7.5）凸极同步电动机的电磁转矩由两部分组成，第1部分由转子磁动 势产生，是同步电动机的主转矩；第2部分由于磁路不对称产生，称作磁 阻反应转矩。按式（7.5）可绘出凸极同步电动机的转矩角特性，如图7-2 所示。由于磁阻反应，转矩正比于sin2 ，使其最大转矩位置前移。
根据永磁同步电动机气隙磁场分布，永磁同步电动机可分为： （1）正弦波永磁同步电动机—磁极采用永磁材料，输入三相正弦波电流 时，气隙磁场为正弦分布，称作正弦波永磁同步电动机，或简称永磁同步电 动机，缩写为PMSM。 （2）梯形波永磁同步电动机—气隙磁场呈梯形波分布，性能更接近于直 流电动机。梯形波永磁同步电动机构成的自控变频同步电动机又称作无刷直 流电动机，缩写为BLDM。 7.2.2 同步电动机的转矩角特性
7.3.1转速开环恒压频比控制的小容量同步电动机群调速系统 图7-7所示是转速开环恒压频比控制的小容量同步电动机群调速系统, 是一种最简 单的他控变频调速系统, 多用于纺织、化纤等工业小容量多电动机传动系统中。 多台永磁或磁阻同步电动机群并联接在公共的变频器上, 由统一的频率给定信号f* 同时调节各台电动机的转速。图中的变频器采用电压型PWM变频器。 PWM变频器中, 带定子压降补偿的恒压频比控制保 证了同步电动机气隙磁通恒定, 缓慢地调节频率给定f*, 可以同时逐渐改变各台电动机的转速。这种开环调速 系统存在一个明显的缺点, 就是转子振荡和失步问题 并未解决, 因此各台同步电动机的负载不能太大，否 则会造成负载大的同步电动机失步，进而使整个调速 系统崩溃。 图 7-7 多台同步电动机恒压频比控制的调速系统结构图
异步电动机变压变频调速原理和按稳态模型控制的转差功率不变调速系统
１９
将式 （３１３） 对 ｓ求导，令 ｄＴｅ／ｄｓ＝０，可得恒 Ｅｓ／ω１ 控制特性在最大转矩时 的临界转差率为
最大转矩为
ｓｍ
＝
Ｒ′ｒ
ω１（Ｌｌｓ＋Ｌ′ｌｒ）
（３１６）
( ) ３
Ｔｅｍａｘ＝２ｐｎ
Ｅｓ ω１
２１ Ｌｌｓ＋Ｌ′ｌｒ
（３１７）
值得注意的是，在式 （３１７） 中，当频率变化时，按恒 Ｅｓ／ω１控制的 Ｔｅｍａｘ值恒 定不变，再与式 （３１１） 相比可见，恒 Ｅｓ／ω１控制的最大转矩大于恒 Ｕｓ／ω１控制时 的最大转矩，可见恒 Ｅｓ／ω１控制的稳态性能是优于恒 Ｕｓ／ω１控制的。
分母中的 Ｒ′ｒ２项，则
( ) Ｔｅ≈３ｐｎ
Ｅｓ ω１
２
ｓω１（ＬＲｌｓ′ｒ＋Ｌ′ｌｒ）２∝
１ ｓ
（３１５）
这又是一段双曲线。ｓ值为上述两段的中间值时，
机械特性在直线和双曲线之间逐渐过渡，整条特
性与恒压频比特性相似，图 ３６中给出了不同控
制方式时的机械特性。其 中，特 性 曲 线 １是 恒
Ｕｓ／ω１控制特性，特性曲线 ２是恒 Ｅｓ／ω１ 控制特 性。
带负载时，转速降落 Δｎ为
ｎ１
＝６０ｆ１ ＝６０ω１ ｐｎ ２πｐｎ
（１１）
６０ Δｎ＝ｓｎ１ ＝２πｐｎｓω１ 在式 （３７） 所示的机械特性近似直线段上，可以导出
（３９）
( ) ｓω１≈３ｐＲｎ′ｒωＵＴｅ１ｓ ２
（３１０）
由此可见，当 Ｕｓ／ω１为恒值时，对于同一转矩 Ｔｅ值，ｓω１ 基本不变，因而 Δｎ
Ｒ′ｒ２ ＋ｓ２ω２ １（Ｌｌｓ＋Ｌ′ｌｒ）２
（３１３）
这就是恒 Ｅｓ／ω１或恒 Φｓｍ控制时的机械特性方程式。 利用与前述相似的分析方法，当 ｓ很小时，可忽略式 （３１３）分母中含 ｓ项，则
2-交流电机变频调速详解
以下情况要选用交流输出电抗器
变频器到电机线路超过100米（一般原则）
以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载 频繁快速加减速 大惯量（自由停车需要1min以上，恒速运行电流小于加速电流的设备）
变频器选型—选型原则
使用通用变频器的行业和设备 使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬 石化用风机、泵、空压机 电梯门机、起重行走 供水 油田用风机、水泵、抽油机、空压机
多
0.4-315KW
EV1000 EV2000
TD3000 2.2-75KW TD3100 高 TD3300
高动态性能 动态性能好 总线设计 精确控制 网络化应用 行业专用
0.4-5.5KW
功 能
TD900
调速、通讯 操作简便
功能丰富 适用面广
高稳态性能
成 本
完整的功率段 行业专用
少
宽电压范围
元件化设计
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
三相交流电机
220V 1PH
变频器的构成—控制回路接口
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入
无源输入，一般由变频 启/停变频器，接收编码器信号、多 器内部24V供电， 段速、外部故障等信号或指令
2.3 交流电机变频调速
•概 述
异步电机的变压变频调速系统一 般简称为变频调速系统。由于在调速 时转差功率不随转速而变化，调速范 围宽，无论是高速还是低速时效率都 较高，在采取一定的技术措施后能实 现高动态性能，可与直流调速系统媲 美。因此现在应用面很广，是本篇的 重点。
运动控制系统-第6章 同步电动机变压变频调速系统
2
当负载转矩加大为 TL4时，转子减速使角θ 增加，电磁转矩 Te减4 小，导致θ继续，最 终，同步电动机转速偏离同步转速，这种 现象称为“失步”。
2
在 的范围 内，2 同步电动机不 能稳定运行，将产 生失步现象。
Te
Te3
Te4
0
3 4
2
图6-4 在 的范围内，
2
Te1
TL1
3U s Es
m xd
sin1
0
2
当负载转矩加大为 时，转子减速使角θ增加，
当 衡，
，电磁 转 2矩 2
和TL负2 载转矩
Te 2
又达到平
TL2
Te 2
TL2
3U s Es
m xd
s in 2
同步电动机仍以同步转速稳定运行。
0
2
若负载转矩又恢复
为 TL1，则角 恢 复
3. 梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直 流电动机——以梯形波永磁同步电动机为 核心的自控变频同步电动机，由于输入方 波电流，气隙磁场呈梯形波分布，性能更 接近于直流电动机，但没有电刷，故称无 刷直流电动机。
无刷直流电动机实质 上是一种特定类型的
iA eA eA
同步电动机，气隙磁 场和感应电动势是梯
第6章
同步电动机变压变频 调速系统
同步电动机直接投入电网运行时，存在 失步与起动两大问题，曾一直制约着同 步电动机的应用。同步电动机的转速恒 等于同步转速，所以同步电动机的调速 只能是变频调速。
变频调速的发展与成熟不仅实现了同步 电动机的调速问题，同时也解决了失步 与起动问题，使之不再是限制同步电动 机运行的障碍。
永磁同步电动机的转子用永磁材料制 成，无需直流励磁。
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
内容提要转速开环变压变频调速SV...
转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速 系统的性能还不能完全达到直流双闭环系统 的水平，其原因如下： （1）转差频率控制系统是基于异步电动机稳 态模型的，所谓的“保持磁通恒定”的结论 也只在稳态情况下才能成立。在动态中难以 保持磁通恒定，这将影响到系统的动态性能。
43
（2）压频函数中只抓住了定子电流的幅值， 没有控制到电流的相位，而在动态中电流的 相位也是影响转矩变化的因素。 （3）频率与转速同步升降，这本是转差频 率控制的优点。然而，如果转速检测信号不 准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误 差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的 形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。
Rr'
3npCg2
s max
Rr'
32
随着电流的建立和转速的上升，定子电压 和频率上升，转差频率不变
s smax
起动电流和起动转矩也不变，电动机在允 许的最大输出转矩下加速运行。 转差频率控制变压变频调速系统通过最大 转差频率间接限制了最大的允许电流。
33
当t=t2时，转速达到给定值，ASR开始退 饱和，转速略有超调后，到达稳态
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第5章
基于稳态模型的异 步电动机调速系统
1
内容提要
转速开环变压变频调速 1. SPWM实现 2. SVPWM实现 转速闭环转差频率控制的变压变频调速
2
5.5 转速开环变压变频调速系统
控制系统原理
3
5.5.1 转速开环变压变频调速系 统结构
由于系统本身没有自动限制起制动电流的 作用，频率设定必须通过给定积分算法产 生平缓的升速或降速信号，
3n p
1
Rr' s
E
变频调速的工作原理
变频调速的工作原理变频器的功用是将频率固定的（通常为50Hz的）交流电（三相或单相）变成频率联系可调（多数为O-4OOH0的三相交流电。
由公式：n0=60f/p其中n0为旋转磁场的转速通常称为同步转速f 为电流的频率p 为旋转磁场的磁极对数当频率f连续可调时（一般P为定数），电动机的同步转速也连续可调。
又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些，所以，当同步转速连续可调时，异步电动机转子的转速也是连续可调的。
变频器就是通过改变f （电流的频率）来使电动机调速的在变频器日常维护过程中,经常遇到各种各样的问题,如外围线路问题,参数设定不良或机械故障。
如果是变频器出现故障，如何去判断是哪一部分问题，在这里略作介绍。
一、静态测试1、测试整流电路找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P,黑表棒分别依到R S T,应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。
相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T,有一个接近于无穷大的阻值。
将红表棒接到N 端，重复以上步骤，都应得到相同结果。
如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。
B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。
2、测试逆变电路将红表棒接到P端,黑表棒分别接U V W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。
将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障二、动态测试在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。
在上电前后必须注意以下几点:1、上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。
2、检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动, 连接异常有时可能导致变频器出现故障, 严重时会出现炸机等情况。
3、上电后检测故障显示内容, 并初步断定故障及原因。
第6章 同步电动机变压变频调速系统
添加标题
挑战：随着电力系统的复杂性和不确定性的增加，同步电动机变压变频调速系统在应用过程 中面临着许多挑战，如稳定性、可靠性和经济性等方面的问题
添加标题
未来研究方向：为了进一步提高同步电动机变压变频调速系统的性能和应用范围，需要加强 对其基础理论和关键技术的研究，如矢量控制、直接转矩控制和智能控制等
添加项标题
传统控制策略：通过改变电压、频率等参数实现调速，但调速 范围有限，且容易产生转矩脉动。
添加项标题
现代控制策略：采用矢量控制、直接转矩控制等先进技术，提 高调速性能和范围，但算法复杂，对控制精度要求较高。
添加项标题
混合控制策略：结合传统和现代控制策略的优点，降低算法复 杂度，提高调速性能和范围。
添加文档副标题
目录
01.
02.
03.
04.
05.
06.
同步电动机的基本结构 同步电动机的工作原理 同步电动机的启动方式 同步电动机的调速方法
变压变频调速的基本概念 变压变频调速的原理 变压变频调速的优点 变压变频调速的应用
电源部分：提供变 频电源，实现电压 和频率的调节
控制器部分：控制 变频器的输出，实 现电动机的调速
添加标题
实际应用案例：介绍一些同步电动机变压变频调速系统在实际应用中的案例，如地铁、电梯 和工业自动化等领域中的应用情况
调速范围宽：可 以实现从零到最 大转速的无级调 速，满足各种不 同的应用需求。
调速精度高：可 以实现高精度的 速度控制，提高 生产效率和产品 质量。
节能环保：在调 速过程中，可以 减少能源浪费和 环境污染，符合 绿色制造的要求。
变频器部分：将电 源的电压和频率转 换为适合电动机的 电压和频率
变压变频调速的基本原理
变压变频调速的基本原理变压变频调速是一种常见的电动机调速方法，它通过改变电源电压和频率来实现电动机的调速控制。
其基本原理主要包括变压器调压和变频器调频两个方面。
一、变压器调压原理变压器调压是通过改变输入电压的大小，从而改变电动机的电压，进而控制电动机的转速。
其原理如下：1.输入电源：变压变频调速系统的输入电源是交流电，通常为三相交流电。
输入电源的额定电压决定了电动机的额定转速。
2.变压器：变压器是连接在电源和电动机之间的关键设备，用于改变输入电压的大小。
根据需求，可以将输入电源的电压调节到合适的范围，以适应电机的调速要求。
3.电源电压调节：通过调节变压器的变比，可以改变输入电源的电压大小。
通常情况下，变压器采用多个可调的分接头，通过切换不同的分接头可以实现不同的电源电压输出，从而调节电动机的转速。
二、变频器调频原理变频器调频是通过改变输入电源波形的频率，从而改变电动机的转速。
其原理如下：1.输入电源：与变压器调压相同，变频器调频的输入电源也是交流电，通常为三相交流电。
2.整流器和滤波器：输入电源的交流电信号首先需要经过整流器和滤波器进行处理，将其转换成直流信号，以供后续的逆变器使用。
3.逆变器：逆变器是整个变频器调频系统的核心部分，其功能是将直流信号转换为可调节频率的交流信号。
逆变器采用高频开关技术，通过控制开关管的开关频率和占空比，可以实现输出信号的频率和幅值的调节。
4.控制器：控制器是变频器调频系统的智能控制部分，通过采集电动机的转速和负载信息，根据预设的调速曲线和调速要求，控制逆变器输出的频率和幅值，从而精确控制电动机的转速。
三、变压变频调速的特点及优势1.广泛适用性：变压变频调速系统适用于不同类型的电动机，包括交流异步电动机、直流电动机等，具有很强的通用性。
2.范围广泛：透过变压变频调速系统，可以实现电动机的大范围调速，将电动机的转速调节在较宽的转速范围内，满足不同工况下的需求。
3.稳定性高：采用变压变频调速系统，可以实现精确的转速控制，对于恒定转矩和变负载的应用场合，具有良好的稳定性和可靠性。
变频变压调速原理
变频变压调速原理
变频变压调速原理是通过变频器改变电源的频率，从而改变电动机的转速，实现调速的一种技术。
其基本原理如下：
1. 变频器工作原理：变频器是一种能够改变电源频率的电子设备，它接收固定频率的输入电源，通过内部的电子元件将输入电源的频率进行调整，输出变频的电源给电动机驱动。
2. 变压器工作原理：电机直接接在变压器的二次侧，变频器通过改变变压器的高压侧电压来实现对电机的调速。
变频器控制电压的大小，同时电流也会相应改变，可以实现电机的加速、减速以及定速的调节。
3. 调速实现原理：通过调整电源的输出频率和电压来改变电动机的速度。
当输入频率增加时，电动机的转速也会随之增加；相反，频率降低时，电机的转速也会减慢。
同时，调整输出电压的大小也能改变电机的转速。
4. 控制方式：变频器可以通过开环控制和闭环控制两种方式实现调速。
开环控制是指变频器直接根据设定的频率输出电源，不对电机的实际转速进行监控和反馈；闭环控制则需要通过传感器获取电机实际的转速，并反馈给变频器，使其能够实时调整输出频率和电压，实现精确的调速。
总结起来，变频变压调速原理通过改变电源的频率和电压来改变电动机的转速，从而实现对电机的调速控制。
这种调速方式
具有调节范围广、转矩大、效率高等优点，广泛应用于各种需要变速调节的场合。
变压变频调速的基本原理
变压变频调速的基本原理变压变频调速是利用变压器和变频器来控制电动机的转速。
它的基本原理是通过改变电动机的供电电压和频率来实现转速的调节。
在工业生产中，电动机的转速通常需要根据实际生产需求进行调节，采用变压变频调速技术可以实现精准的转速控制，提高设备的运行效率，降低能耗和维护成本。
一、变压变频调速的基本原理变压变频调速是利用变压器和变频器联合控制电动机的转速。
其中变压器用来调节电动机的供电电压，而变频器则用来调节电动机的供电频率。
通过改变电动机的供电电压和频率，可以实现电动机转速的精准调节。
变压变频调速技术通常应用于工业生产中，用来控制各种类型的电动机，如交流电动机和直流电动机等。
1.变压器变压变频调速中的变压器主要用来调节电动机的供电电压。
在电动机的运行过程中，通过改变变压器的输出电压可以实现对电动机转速的调节。
调整变压器的输出电压可以更改电动机的输入功率，从而控制电动机的转速。
变压器通过调整变压比例来实现对电动机供电电压的调节，从而实现变压变频调速的目的。
2.变频器变频器是变压变频调速系统中的核心部件，主要用来控制电动机的供电频率。
通过改变变频器的输出频率可以实现对电动机转速的调节。
变频器通过调整输出电压和频率的波形来改变电动机的输入功率，从而控制电动机的转速。
变频器具有精准的频率调节能力，可以实现对电动机转速的精确控制，适用于各种工业应用场合。
二、变压变频调速的工作原理变压变频调速系统以电网为主要供电来源，通过变压器和变频器对电动机进行供电控制。
具体的工作流程如下：1.电网供电变压变频调速系统首先接收来自电网的交流电能，这部分电能被送入变压器。
2.变压器调节电压变压器将来自电网的交流电能进行调节，输出适当的电压供给电动机，调节电压可以实现对电动机转速的控制。
3.变频器调节频率变压变频调速系统通过变频器调节输出电压和频率的波形，从而改变电动机的输入功率，实现对电动机转速的控制。
4.实现转速调节通过变压变频调速系统的调节，可以实现对电动机转速的精确控制，使电动机运行在最佳状态，适应不同的生产需求。
康力电梯变压变频调速电梯电气安装调试说明书
康力电梯变压变频调速电梯电气安装调试说明书（D10D310-TSSM）康力电梯股份有限公司电气安装说明一、安装说明1、安装施工照明、安全用电（1）、应采用36V安全电压照明。
并有过载及短路保护。
（2）、在脚手架中间位置上沿整个井道高度每2~2.5m处安装一个有护罩的照明灯，且应有足够亮度，同时根据需要在适当位置设置手登插座。
（3）、移动电具，其金属外壳必须可靠接地。
使用移动电具必须戴橡胶手套或使用1：1隔离变压器。
二、控制柜的安装1、格局机房布置图的要求设置控制股的位置，控制柜的工作面距墙600~700mm，并尽量远离机房的门、窗处。
2、按控制柜底脚的大小，用螺栓固定在机房承重地板上，用垫片调整控制屏架的垂直度，其垂直度的误差不应超过1/1000mm。
随后把底脚螺栓全部紧固。
三、随行电缆的安装1、电缆安装时应不要将电缆轴向拉出，也不要在地面拖行电缆。
电缆安装前最好预先自由吊，避免扭曲。
随行电缆在机房里安装于电缆线槽内。
井道电缆挂线架应设在离顶层楼板约380mm处，再在提升高度1/2以上1.5m处，用电缆夹做中间固定。
2、轿底电缆挂线架应设在轿底钢梁处用螺栓紧固牢，此挂线架的位置要保证41芯电缆软线的弯曲半径不小于350~600mm，和电缆软线弯曲移动时不可撞击井道内的各种装置。
四、电气线路敷设1、（1）、按照机房及进到的布线图敷设线路，行线槽按机房布置图进行安装，且动力线和控制线隔离敷设。
主机编码器与控制柜之间的连线应单独敷设在50mm 线槽内，且此线槽应可靠接地并与其他线槽之间距离≥200mm，连接处应用接地线可靠连接。
线槽敷设到机座平面上方100mm为止，在线槽出线端应安装带有金属软件接头（金属接头）的端盖，编码器线穿过与接头先练的金属软管（φ19）与编码器相接。
金属软管应可靠固定。
(2)/控制柜与主机相连的动力线应单独敷设在50mm线槽内。
线槽敷设到机座上方100mm为止，在线槽出线端应安装带有金属软管接头（金属接头）的端盖，动力线穿过与接头相连的金属软管（φ29）与电机接线盒相连。
变压变频调速、电压频率协调控制的基本原理及机械特性
第6章
笼型异步电机变压 变 频 调 速 系 统 (VV
系统）——转差功
率不变型调速系统
•0 概 述
• 异步电机的变压变频调速系统一般简称为
变频调速系统。
• 由于在调速时转差功率不随转速而变化，
调速范围宽，无论是高速还是低速时效率 都较高，在采取一定的技术措施后能实现 高动态性能，可与直流调速系统媲美。
• 因此现在应用面很广，是本篇的重点。
6.1 变压变频调速的基本控 制方式
• 1、原理
• 在进行电机调速时，常希望保持电机中每
极磁通量Φm为额定值不变。
• 如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，
是一种浪费；
• 如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，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。
时突加短时的脉冲电流，以缩短起动时间。
• 软起动的功能同样也可以用于制动，用以
实现软停车。
5.6.2 轻载降压节能运行
• 三相异步电动机运行时的总损耗可用下式
表达∑p=pcus+pFe+pcur+pmech+ps
• 式中pcus—定子铜损； • pFe— 铁损； • pcur— 转子铜损； • pmech— 机械损耗； • ps— 杂散损耗。
• 完全空载时，理论上P2=0，则η=0。但实际
上生产机械总有一些摩擦负载，只能算作
轻载，这时，电磁转矩很小。
• 电磁转矩可表示成
Te KT mIr' cosr (5-23)
• 电动机在正常运行时，气隙磁通Φm基本不
变，因此轻载时转子电流 很Ir' 小，pcur很小， 但pFe、pmech、 ps基本不变，而定子电流 为 Is Ir' ，I0 受励磁电流的牵制，定子电流 并没有转子电流降低得那么多。
变压变频调速的基本原理
变压变频调速的基本原理变压变频调速技术是一种通过改变电机的供电电压和频率来实现电机转速调节的方法。
这种调速方法被广泛应用于工业生产领域，能够实现电机的平稳启动、精确调速和高效运行，同时还能够减少能耗和延长设备的使用寿命。
在本文中，将详细介绍变压变频调速技术的基本原理、工作过程和应用场景。
一、基本原理1.变压变频调速的基本原理是通过改变电机的供电电压和频率来实现电机的转速调节。
在传统的电机调速系统中，通常采用调压式或调频式的调速方式。
调压式调速是通过改变电机的供电电压来控制电机的转速，而调频式调速则是通过改变电机的供电频率来实现电机调速。
而变压变频调速技术则是将调压和调频两种方式结合起来，通过改变电机的供电电压和频率来实现电机的精确调速。
2.在变压变频调速系统中，通常会配备一台变频器，用来控制电机的供电电压和频率。
变频器是一种能够将输入电压和频率转换为可调的输出电压和频率的电子设备，通过改变变频器的输出参数来实现对电机的调速。
通常情况下，变频器会根据电机的实际运行状态和需要的转速来自动调整输出电压和频率，以确保电机能够稳定、精确地运行。
3.除了变频器外，变压变频调速系统还会配备一台变压器，用来控制电机的供电电压。
变压器是一种能够改变输入电压的变压装置，通过改变变压器的输出电压来实现对电机供电电压的调节。
在变压变频调速系统中，变压器通常会和变频器一起配合使用，通过同时调节电压和频率来实现对电机的精确调速。
二、工作过程1.变压变频调速系统的工作过程可以分为三个步骤：输入电压和频率转换、变频器控制和电机转速调节。
首先，当电机开始运行时，输入的电压和频率会经过变压器和变频器的处理，转换为可调的输出电压和频率。
然后，变频器会根据电机的实际运行状态和需要的转速来自动调整输出电压和频率，以确保电机能够稳定、精确地运行。
最后，电机会根据变频器的控制信号来调整自身的转速，实现电机的精确调速。
2.在变压变频调速系统中，变频器是起到关键作用的设备。
三相异步发电机的七种调速方式
利用晶闸管控制整流电路的输出电压，通过调节晶闸管的导 通角来改变整流电压的平均值，从而实现对异步电动机定子 电压的控制。
变压调速的优缺点
优点
调速范围广、平滑性好、机械特性硬度不变、对电网影响小。
缺点
需要使用变压器或晶闸管等元件，设备成本较高；调速过程中转矩随转速下降 而减小，不利于负载的稳定运行；调速过程中功率因数较低，损耗较大。
02
CHAPTER
变频调速
变频调速原理
01
变频调速是通过改变电机输入电源的频率来调节其 转速的。
02
电机转速与电源频率成正比，通过改变电源频率， 可以平滑地调节电机转速。
03
当电源频率降低时，电机转速降低；当电源频率升 高时，电机转速升高。
变频调速的实现方式
使用变频器
变频器是一种将电源频率转换为可变 频率的电子设备。通过改变变频器输 出频率，可以调节电机转速。
然而，串级调速也存在一些缺点，如设备复杂、维护困难、投资大等。此外，由于串级调速需要在转 子回路中串入附加电动势，因此可能会对电机本身的性能产生一定的影响。
05
CHAPTER
液力耦合器调速
液力耦合器调速原理
液力耦合器调速原理基于液力传动技 术，通过改变液力耦合器的工作腔内 的工作液量或转速，实现输入轴和输 出轴之间的转矩和转速的调节。
缺点
滑差调速的调速范围有限，且随着电阻的增加，电动机的效率降低。此外，滑差调速的控制精度较低，容易受到 负载变化和电源电压波动的影响。
04
CHAPTER
串级调速
串级调速原理
串级调速是通过在转子回路中串入一个可调节的附加电动 势，改变其大小和极性，实现对异步电动机的调速。
交流变频变压调速电梯的特点
交流变频变压调速电梯的特点
1.平稳舒适：交流变频变压调速电梯可以通过调整电机的频率和电压，使电梯在起动、运行和停止过程中实现平稳运动，减少了电梯的颠簸和摇
晃感，提供了更加舒适的乘坐体验。
2.快速高效：通过变频调速器的调节，可以根据电梯载荷的大小和运
行需求，调整电机的转速，使电梯的速度能够随着负载的变化进行调控。
这样既可以提高电梯的运行效率，减少运行时间，也可以延长电梯的寿命。
3.节能环保：交流变频变压调速电梯采用了先进的变频调速技术，可
以根据电梯的实际运行需求调整电机的转速，避免了传统电梯机组常见的
高功率和过载运行。
同时，交流变频变压调速电梯具有再生能量回馈功能，可以将制动过程中产生的电能反馈到电网中，实现能量的再利用，大大降
低了电梯的能耗。
4.精确控制：通过变频调速器可以精确控制电机的转速和扭矩，使电
梯能够实现更加精确的定位和运行控制。
这对于多电梯同步运行和对外接
口的精确控制非常重要，可以提高电梯运行的安全性和可靠性。
5.兼容性强：交流变频变压调速电梯具有较强的兼容性，可以适应不
同的电梯需求和环境要求。
无论是新建电梯还是对既有电梯进行改造，都
可以采用交流变频变压调速电梯技术，实现先进的运行控制和节能减排。
总之，交流变频变压调速电梯具有运行平稳舒适、快速高效、节能环保、精确控制和兼容性强等特点。
随着电梯行业的发展和技术的进步，这
种电梯装置将会越来越广泛地应用于各类建筑物和交通设施中，为人们提
供更加安全、高效和舒适的垂直交通工具。
变压变频调速的基本控制方式
图6-23 电流滞环跟踪控制时的电流波形a) 电流波形b) 电压波形图6-25 电压空间矢量定义三个定子电压空间矢量A0u ，B0u ，C0u ，使它们的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，时间相位互相错开的角度也是°。
三相定子电压空间矢量的合成空间矢量s u 是一个旋转的空间矢量，它的幅倍，当电源频率不变时，为电气角速度作恒速旋转。
当某一相电压为最大值时，合成电压矢量在该相的轴线上。
合成空间矢量C0B0A0s u u u u ++=可以定义定子电流和磁链的空间矢量s I 和s Ψ。
电压与磁链空间矢量的关系用合成空间矢量表示的定子电压方程式：R s u =很低时，定子电阻压降所占的成分很小，可忽略不计，则定子合成电压与合成磁链dtd sΨ或⎰≈dt s s u Ψ。
当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（称为磁链圆）。
6-26 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场种工作状态，6种工作状态是有效的，因为逆变器这时并没有输出电压，称为“零矢量”对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周期中3/π时刻就切换一次工作状态（即换相）刻内则保持不变。
随着逆变器工作状态的切换，电压空间矢量的幅值不变，而相位直到一个周期结束。
在一个周期中6形成一个封闭的正六边形，如图6-28所示。
由电压空间矢量运动所形成的正六边形轨迹也可以看作是异步电动机定子磁设定子磁链空间矢量为1Ψ，在第一个3π期间，施加的电压空间矢量为内，产生一个增量依此类推，可以写成 Ψ∆的通式，i Ψ的方向决定于所施加的电压图6-31 逼近圆形时的磁链增量轨迹表示由电压空间矢量1u 和2u 的线性组合构成新的电压矢量θθsin cos s j u + 中，1t 处于1u ，2t 处于2u ，s u 与矢量图6-32 电压空间矢量的线性组合用相电压表示合成电压空间矢量的定义，把相电压的时间函数和空间相位分开γ20)(j C e t u ，︒=120γ，当各功率开关处于不同状态时，线电压可取值为⎢⎢⎣⎡ ⎝⎛+=⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=010230201322321t T t U j e T t T t U e U d j d j d ππd U T t ⎪⎪⎭⎫022，s sin =θu d θsin ， 由旋转磁场所需的频率决定，0T 与21t t +未必相等，来填补。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统本章主要问题：1． 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？2． 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。
3． SPWM 控制的思想是什么?4． 什么是1800导通型变频器？什么是1200导通型变频器？ 5． 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？6． 在转速开环恒压频比控制系统中，绝对值单元GAB 的作用？函数发生器GFC 的作用？如何控制转速正反转。
7． 总结恒11U 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。
————————————————————————————————————————§6-1 交流调速的基本类型要求：掌握交流调速哪几种基本类型有以及各种调速方法的特点。
目的：能根据不同应用场合选择出相应的调速方式。
重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（交流调速的基本类型、变频调速的基本要求）思考： 1. 交流异步电动机调速的方式有哪几种？并写出各方式的优缺点？2. 在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？教学设计：交流调速的基本类型采用多媒体课件讲授，用大量的实例，说明几种类型的应用场合。
复习感应电动机转速表达式：)1(60)1(10s n f s n n p-=-=异步电动机调速方法：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧型变频调速：绕线式、笼：绕线式串级调速（转差电压）电磁转差离合器调转子电阻：绕线式、调压（定子电压）变转差率调速变极调速：笼型异步机异步电动机§6-2 变频调速的构成及基本要求目的、教学要求：掌握变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 重点、难点：变频调速时基频以下和基频以上调速的特点 主要内容（变频调速的基本要求）思考：在变频调速中变频时为什么要保持压频比恒定？教学设计：教师从交流异步电动机的结构、工作原理出发，利用多媒体课件讲解。
一、变频调速的基本要求下面我们首先从磁通的作用与特点出发，分析变频调速的基本原理。
众所周知，三相异步电动机，定子每相电动势的有效值是：m N g k N f E Φ=11144.4则111144.41f E K f E k Ng g N m ==Φ结论：为了保持m Φ不变，在改变电源频率1f 的同时，必须按比例改变感应电动势g E ，才能有效地利用铁心。
1． 基频以下调速由上式可知，要保持m Φ不变，使常值=1f E g.1..1111..1)ω(I Z E I L j R E U g l g +=++=如果频率不是很低的话，定子的阻抗压降是很小的，所以，一般近似认为..1g E U ≈则 常值=11f U 这就是恒压频比控制方式的来由，那么如果频率很低的话，阻抗压降不能忽略的情况下，又会出现什么情况呢？低频时，U 1和g E 都较小，这时，可以人为地把电压1U 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的b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
2．基频以上调速当外加电源的频率超过电动机的额定频率时，即基频以上，电压不能上升，保持气隙磁通近似恒定，电压恒定而频率增加时，将迫使磁通与频率成反比例减小，为恒功率调速，弱磁升速。
结论：V/F 控制必须是改变频率的同时，改变逆变器的输出电压，才能保证调速电机的效率、功率因数不下降。
应用场合上：V/F 控制比较简单，多用于通用型变频器、风机泵类的节能、生产流水线的工作台传动、空调和家电等。
§6-3 静止式变频装置简介目的、教学要求：了解间接变频装置构成及控制方式，掌握电压源和电流源交-直-交变频器主要特点、交-直-交电压源变频器工作原理重点、难点：交-直-交电压源变频器工作原理、及其输出电压波形分析主要内容：间接变频装置构成及控制方式，掌握电压源和电流源交-直-交变频器主要特点、交-直-交电压源变频器工作原理。
思考及作业：1. SPWM 控制的思想是什么?2. 什么是180°导通型变频器？什么是120°导通型变频器？3. 交-直-交电压源型变频器调压、调频的有哪几种电路结构,并说明各种电压结构的优缺点。
教学设计：间接变频装置构成部分，在电力电子技术课程中讲授过，以复习的方式，由学生讲解，老师总结。
难点部分教师在黑板上详细讲解，如：交-直-交电压源变频器工作原理、及其输出电压波形分析。
120°导通型波形分析由学生自行分析。
静止式变频装置⎩⎨⎧间接变频（应用较多）直接变频一、间接变频装置构成及控制方式 下面首先介绍间接变频装置。
右图给出了间接变频装置的主要构成环节，接着来比较一下三种电路的结构及其优缺点二、电压源和电流源变频器从变频电源的性质上看，变频器又可分为电压源变频器和电流源变频器两大类。
本部分用表格的形式重点讲解电压源与电流源的特点，其主要区别在于它们采用了不同的贮能元件来缓冲无功能量。
不同的贮能元件的应用，导致了它们具有不同的特点：输出电压波形、输出电流波形、输出阻抗、能否实现回馈制动、动态过程的快慢以及对晶闸管的要求等。
最后根据这些特点说明各自的适用范围。
三、交-直-交电压源变频器工作原理 1．主电路结构电压源型三相六拍式交-直-交变频器主电路原理如下图电路特点：①由相控整流电路、滤波电容和有源逆变电路构成，逆变器开关用全控型器件GTR ② 变器由主晶体管VT 1~VT 6和续流二极管VD 1~VD 6（也称反馈二极管）组成。
（如VT 1关断时由VD 4 接续A 相负载电流。
）③ 续流二极管的作用是当主开关元件关断时，接续感性负载电流,具有续流二极管是电压源变频器的又一特征。
2．输出电压波形分析三相逆变器有两种工作方式，分别称之为0180导通型和0120导通型。
以0180导通型为例讲解其工作原理。
（120°的由学生自学）在0180导电型工作方式下，逆变器每只晶体管的导通角均为0180(为输出周期的1/2)。
工作原理：设逆变器输出波形周期为T ，仍每隔T /6按VT 1~VT 6的次序依次开通六个主开关元件，并按惯例，一个周期用0360来表示。
六只晶体管的导通表如下表。
从表中可以看出，此时每一瞬间均有三只晶体管处于导通状态，它们分别处于不同的桥臂上，换流则按规定的顺序在同一桥臂的上、下两晶体管之间进行，一个周期中的工作情况及输出电压波形如下图所示。
从图中可以看出，当逆变器采用0180导电方式时，变频器输出相电压为阶梯波，线电压为间断式矩形波，波形的幅值取决于相控整流器输出直流平均电压值d U 的大小。
频率则取决于VT 1~VT 6换流频率，。
显然两者均可人为控制，因而不难达到VVVF 的要求。
由于在每一个输出电源周期内产生六次切换动作，故称此类变频器为三相六拍式变频器。
交-直-交电压源变频器主电路§6-4 正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器目的、教学要求：掌握正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器的基本工作原理重点、难点：SPWM逆变器工作原理、SPWM脉冲波的获得的方法主要内容：SPWM逆变器工作原理、SPWM脉冲波的获得的方法、全控型三相桥SPWM变频器的主电路、调制方法、电流跟踪式PWM变频器工作原理。
思考及作业：①单极式调制和双极式调制的区别是什么？②获得SPWM控制信号的方法有几种？教学设计：教师首先在黑板上详细讲解SPWM控制思想，然后用动画演示SPWM波形成过程。
以讨论的形式研究电流跟踪式PWM变频器工作原理。
1)变频器的输出环节为SPWM调制波，输出功率因数提高，输出波形正弦度好。
2)逆变器在调频的同时实现调压，与中间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应；3)可获得比常规六拍阶梯波更好的输出电压波形，能抑制或消除低次谐波，使负载电机可在近正弦波的交变电压下远行，转矩脉动小，大大扩展了拖动系统调速范围，并提高了系统的性能。
下面介绍SPWM 逆变器工作原理。
一、SPWM 逆变器工作原理所谓正弦波脉宽调制（SPWM ）就是把正弦波等效为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形。
等效的原则冲量等效原则：如果把一个正弦半波分作n 等分（图中n =12），然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替。
这样，由n 个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦半周等效，称作SPWM 波形。
上图的一系列脉冲波形就是所期望的逆变器输出SPWM 波形，用该信号驱动相应开关器件的信号，则变频器输出就可到与上图形状相似的一系列脉冲波形。
SPWM 脉冲波的获得： ①计算法，②调制法，用等腰三角波作为载波，当它与任何一个光滑的曲线相交时，在交点的时刻控制开关器件的通断，即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该曲线函数的矩形脉冲，这正是SPWM 所需要的结果。
（一）工作原理SPWM 技术可用等腰三角波电压作为载波信号，正弦波电压作为调制信号，通过正弦波电压 与三角波电压信号相比较的方法，确定各分段矩形脉冲的宽度。
可获得脉宽正比于正弦波等幅等距的矩形脉冲列。
该信号用于逆变器电子开关的开通与关断控制时，逆变器输出就是SPWM 逆变器。
下图是全控型三相桥SPWM 变频器的主电路， 特点：①三相整流电压s U 给逆变器供电。
②控制电路，由号发生器提供正弦调制波rc rb ra u u u 、、，其频率可调，决定逆变器输出的基波频率，其幅值也可调，决定输出电压的大小。
三角波载波信号t u 是公用的，分别与每相参考电压比较后，产生SPWM 脉冲序列波dc db da u u u 、、，作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。
单极式调制和双极式调制：单极式调制：正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断，例如A 相VT 1反复通断，下图表示这时的调制情况。
双极性调制：载波正、负两个极性，逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断，处于互补的工作方式。
经计算表明，这种SPWM 逆变器能够有效地抑制次12-=N k 以下的低次谐波，但存在高次谐波电压，不过其幅值已很小。
PWM 调制方法：异步调制 同步调制 分段同步调制 混合调制说明：调制的实现方法：请同学们分析，引导学生用计算机软件来实现。
§6-5 异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性目的、教学要求：掌握分析不同的电压-频率协调控制方式的机械特性的方法 重点、难点：11U =恒值时、恒1ωr E 控制、恒1ωg E 控制时机械特性推导方法 主要内容：11ωU =恒值时机械特性推导、恒1ωr E 控制、恒1ωg E 控制时机械特性推导 思考： 1. 电压、频率协调控制有几种控制方式，各有哪些特点？2. 总结恒11U 、恒1ωg E 、恒1ωr E 三种控制方式的特点。