异步电动机变频调速控制方式PPT课件
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变频调速的基本控制方式ppt课件
28
机械特性曲线
n
可见，当频率ω1提高 时，同步转速n1随之提 n1c 高，最大转矩减小，机 n1b
械特性上移；转速降落 n1a
1c 1b 1a
随频率的提高而增大， n1N 1N
1N <1a <1b <1c 恒功率调速
特性斜率稍变大，其它
形状基本相似。如右图
所示。
2024/7/16
O Te
图6-5 基频以上恒压变频调速的机械特性29
2024/7/16
22
结论
➢在恒压频比的条件下改变频率 1 时，机械特性基本上是
平行下移 ➢当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来 了。而且频率越低时最大转矩值越小
➢最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而减小的。频率很
低时，Temax太小将限制电机的带载能力，采用定子压 降补偿，适当地提高电压Us，可以增强带载能力
（U漏—漏磁阻抗压降；Us—每相电压），
当Us很大时，U漏很小；可以认为Us≈Eg 。
m
US f1
C
要改变f1实现调速，则同时应改变Us来保持Φm不变。
—恒压频比控制方式
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12
带定子压降补偿的恒压频比控制特性
但当f1太小时，忽略U漏则误差较大，这时可以人为增 大Us进行补偿，以减小误差。
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小结
电压Us与频率1是变频器—异步电动机调速系统的两个独立
的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调 控制。 在基频以下，有两种协调控制方式。采用不同的协调控制方 式，得到的系统稳态性能不同。 在基频以上，采用保持电压不变的恒功率弱磁调速方法。
2024/7/16
异步电动机变频调速控制系统
主电路（续）
泵升限制电路——由于二极管整流器不能为 异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所 以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸 收制动能量。减速制动时，异步电机进入发电 状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C 充电，当中间直流回路的电压（通称泵升电压） 升高到一定的限制值时，通过泵升限制电路使 开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动 电阻上。为了便于散热，制动电阻器常作为附
所谓“通用”，包含着两方面的含义： （1）可以和通用的笼型异步电机配套使用； （2）具有多种可供选择的功能，适用于各种
不同性质的负载。
下页图绘出了一种典型的数字控制通用变 频器-异步电动机调速系统原理图。
1. 系统组成
K
UR
RR00
RR11
RRbb
UI
~
M 3~
RR22
VTb
显示
单
设定
片
机
接口
件单独装在变频器机箱外边。
二极管整流电流波形具有较大的谐波分 量，使电源受到污染。
为了抑制谐波电流，对于容量较大的 PWM变频器，都应在输入端设有进线电抗 器，有时也可以在整流器和电容器之间串 接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不 平衡对变频器的影响。
电路分析（续）
控制电路——现代PWM变频器的控制电路 大都是以微处理器为核心的数字电路，其 功能主要是接受各种设定信息和指令，再 根据它们的要求形成驱动逆变器工作的 PWM信号，再根据它们的要求形成驱动逆 变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用 8位或16位的单片机，或用32位的DSP，现 在已有应用RISC的产品出现。
控制电路（续）
信号设定——需要设定的控制信息主要有：U/f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间 等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用 变频器-异步电动机系统是转速或频率开环、恒 压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小 不同时，都得靠改变 U / f 函数发生器的特性来补 偿，使系统达到恒定，甚至恒定的功能（见第 6.2.2节），在通用产品中称作“电压补偿”或 “转矩补偿”。
三相异步电动机的启动调速反转与制动一PPT课件
6
（2）Y-Δ降压启动
适用范围： 正常运行时定子绕组为三角形连接。
优点： 启动电流为全压启动时的1／3。
缺点：
TstY
1 3 TSt
不适合高启动转矩场合，适合空载或轻载启动
A
L1 L2 L3
UP' Z X
启 正常
QS1 FU
CY
B 动 运行
UP Z A
C
X
YB
U1 V W1
1
U2 V2 W2
Δ运行时，首尾相接构成闭环
回馈制动常用于高速且要求匀速下放重物的场合，另外在变极或变频调速过 程中，也会产生回馈制动。
16
•4
1、全压启动（直接启动）
全压启动是将电动机直接接到额定电压上的启动方式，又叫直 接启动。 优点：设备简单，操作方便，启动时间短。 缺点：启动电流较大，将使线路电压下降，影 响负载正常工作。
适用范围：电动机容量在10kW以下
5
2、降压启动
（1）定子串电阻启动
缺点：
外接启动电阻上有较大的功率损耗，经 济性较差。
——三相异步电动机的启动、 调速、反转与制动
1
三相异步电动机的启动、调速、反转与制动 能力目标：
1、能根据交流电动机的类型和使用场合，分析交流电动机 的启动、调速和制动
知识目标：
1、了解交流电机的结构，熟悉交流电机的工作原理 2、掌握交流电机的启动、调速与制动
任务一、认识交流异步电动机 任务二、三相异步电动机的启动、调速、反转与制动
流电通入两相绕组，产生固定不动的磁场n0。
电动机由于惯性仍在运转。
n1 0 N
转子导体切割固定磁场感应电流，载 流导体受到与转子惯性方向相反的电
三相异步电动机电气控制课件PPT45页
1、反接制动控制线路
2、能耗制动控制线路 (3) 异步电动机调速控制系统
1、双速电动机控制线路 2、变频调速系统 (4)电动机的保护环节
2021/91/1、5 短路保护 2、过载保护 3、过电流保护
1
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
全压启动
2021/9/15
2
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
三相异步电动机几种典型电气控制
(1)三相异步电动机的起动控制线路
全压启动
1．点动控制线路 2．长动控制线路 3．两地控制线路
降压启动
1.丫-△降压起动控制线路
2.串电阻(电抗器)降压起动控制线路
3.定子串自耦变压器降压启动
正反转控制 (2)三相异步电动机的制动控制线路
2021/9/15
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任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
2、自动往返控制
SQ 2
SQ 1
(a) 往 返 运 动 图
FR
SB 1
SB 3
KM 1
SQ 1
KM 2 KM 1 SQ 2
SQ 2 SB 2
KM 1 KM 2
KM 2
SQ 1
2021/9/15
(b )
自动往返控制电路
按下正向起动按钮SB1，电动机 正向起动运行，带动工作台向前运 动。当运行到SQ2位置时，挡块压下 SQ2，接触器KMl断电释放，KM2通电 吸合，电动机反向起动运行，使工 作台后退。工作台退到SQl位置时， 挡块压下SQl，KM2断电释放，KM1通 电吸合，电动机又正向起动运行， 工作台又向前进，如此一直循环下 去，直到需要停止时按下SB3，KMl 和KM2线圈同时断电释放，电动机脱 离电源停止转动。
2、能耗制动控制线路 (3) 异步电动机调速控制系统
1、双速电动机控制线路 2、变频调速系统 (4)电动机的保护环节
2021/91/1、5 短路保护 2、过载保护 3、过电流保护
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任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
全压启动
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任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
三相异步电动机几种典型电气控制
(1)三相异步电动机的起动控制线路
全压启动
1．点动控制线路 2．长动控制线路 3．两地控制线路
降压启动
1.丫-△降压起动控制线路
2.串电阻(电抗器)降压起动控制线路
3.定子串自耦变压器降压启动
正反转控制 (2)三相异步电动机的制动控制线路
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任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
2、自动往返控制
SQ 2
SQ 1
(a) 往 返 运 动 图
FR
SB 1
SB 3
KM 1
SQ 1
KM 2 KM 1 SQ 2
SQ 2 SB 2
KM 1 KM 2
KM 2
SQ 1
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(b )
自动往返控制电路
按下正向起动按钮SB1，电动机 正向起动运行，带动工作台向前运 动。当运行到SQ2位置时，挡块压下 SQ2，接触器KMl断电释放，KM2通电 吸合，电动机反向起动运行，使工 作台后退。工作台退到SQl位置时， 挡块压下SQl，KM2断电释放，KM1通 电吸合，电动机又正向起动运行， 工作台又向前进，如此一直循环下 去，直到需要停止时按下SB3，KMl 和KM2线圈同时断电释放，电动机脱 离电源停止转动。
第3章 异步电动机变压变频调速3.1-3.2.3
a--无补偿 b--带定子电压补偿
图3-1 恒压频比控制特性
2.基频以上调速
在基频以上调速时，频率从f1N向上升高， 受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定 子电压不能随之升高，最多只能保持额定 电压不变。 这将导致磁通与频率成反比地降低，使得 异步电动机工作在弱磁状态。
Us Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
/ 1 常值
(R j L )I E U s s 1 ls 1 g
要维持 Eg/1 为恒定，除了补偿定子电阻 压降外，还应补偿定子漏抗压降。
恒气隙磁通控制
转子电流
I r'
Rr'
Eg 2 2 ' 1 Llr s
E
2 g 2
2
第3章 异步电动机变压变频调速
3.1变压变频调速的基本原理、机械特性 及电压补偿控制 3.2电力电子变压变频器 3.3转速开环变压变频调速系统 3.4转速闭环转差频率控制的变压变频调 速系统
3.1变压变频调速的基本原理、 机械特性 及电压补偿控制
变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一 种调速方法，同步转速随频率而变化
T 常数
2 e 2 1
转差功率基本不变。
变压变频调速时的机械特性
图3-3异步电动机变压变频调速机械特性
变压变频调速
在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转 矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式。 在基频以上，转速升高时磁通减小，允许 输出转矩也随之降低，由于转速上升，允 许输出功率基本恒定，属于“近似的恒功 率调速”方式。
3npU s2 Rr' s
Us s1 Rr' Te 3n p ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 s r 1 ls lr 1
第5章 异步电动机恒压频比(VF)控制
f1
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
FBC
FBU
图5-12 恒压频比控制转速开环电流型变频调速系统
当转速给定为负值时，给定积分GI的输出为负极性，经 逻辑开关DLS检测后，控制环形分配器DRC输出逆相序， 。 当突然降低速度给定n*，由于机械惯性转子速度不会立即 变化，异步电机工作在发电制动状态，逆变桥工作在整流状态， 整流桥工作在有源逆变状态。这时的功率关系为：异步电机将 降速过程释放出来的动能转换成交流电功率，经原逆变桥转换 为直流电功率，再经原整流桥有源逆变回馈电网。 本系统能 。使逆变器不同桥臂上的两 只晶闸管同时导通，通过定子绕组流过直流，在气隙中 形成不旋转的磁场；转子绕组依惯性继续转动，在转子 中感应电势，形成电流，转子电流与气隙磁场相互作用 产生制动转矩。最后动能全部变为热能耗散掉。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-11 脉冲输出级原理电路
6.电压调节器AVR和电流调节器ACR的参数整定
在第四章中已经知道异步电动机的数学模型具有 多变量、非线性、强耦合的特点，比直流电动机的单 输入、单输出的线性特性复杂得多。只有使用微偏线 性化的方法并忽略旋转电动势对动态的影响，才可以 得到线性解耦的动态传递函数和系统结构图，并在此 基础上设计调节器。 其结果只适用于工作点附近稳定性的判别， 不适用大范围动态指标的计算 。 调节器参数的整定可以参考本章第七小节异步 电动机的小信号模型或第九章介绍的调节器整定 的试凑法。
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
FBC
FBU
图5-12 恒压频比控制转速开环电流型变频调速系统
当转速给定为负值时，给定积分GI的输出为负极性，经 逻辑开关DLS检测后，控制环形分配器DRC输出逆相序， 。 当突然降低速度给定n*，由于机械惯性转子速度不会立即 变化，异步电机工作在发电制动状态，逆变桥工作在整流状态， 整流桥工作在有源逆变状态。这时的功率关系为：异步电机将 降速过程释放出来的动能转换成交流电功率，经原逆变桥转换 为直流电功率，再经原整流桥有源逆变回馈电网。 本系统能 。使逆变器不同桥臂上的两 只晶闸管同时导通，通过定子绕组流过直流，在气隙中 形成不旋转的磁场；转子绕组依惯性继续转动，在转子 中感应电势，形成电流，转子电流与气隙磁场相互作用 产生制动转矩。最后动能全部变为热能耗散掉。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-11 脉冲输出级原理电路
6.电压调节器AVR和电流调节器ACR的参数整定
在第四章中已经知道异步电动机的数学模型具有 多变量、非线性、强耦合的特点，比直流电动机的单 输入、单输出的线性特性复杂得多。只有使用微偏线 性化的方法并忽略旋转电动势对动态的影响，才可以 得到线性解耦的动态传递函数和系统结构图，并在此 基础上设计调节器。 其结果只适用于工作点附近稳定性的判别， 不适用大范围动态指标的计算 。 调节器参数的整定可以参考本章第七小节异步 电动机的小信号模型或第九章介绍的调节器整定 的试凑法。
异步电动机的调速PPT课件
1〕理想空载点，其特点是：
2〕额定工作点，其特点是：
3〕起开工作点，其特点是：
4〕临界工作点，其特点是： 且最大转矩为 临界转差率为
式中“＋〞号适用于电动机状态；式中“－〞号适用于发电机状态。
〔2〕人为机械特性： 降低定子回路端的人为机械特性； 定子回路串接三相对称电抗或电阻时的人为机械特性； 转子回路串接三相对称电阻时的人为机械特性； 改变定子电源频率的人为机械特性〔变频原理〕
4. 三相异步电动机的制动
〔1〕能耗制动：其特点是在定子两相绕组上加上直流电压或电 流，产生制动转矩，使电机停车，机械特性由第一象限转为 第二象限。
〔2〕反接制动：分为定子两相反接的反接制动和倒拉反接制动 两种。其特点是n1 与n反向，假设是定子电流反接制动〔产 生对抗性转矩〕，那么T 与TL同向，机械特性由第一象限转 为第二象限，使电机迅速停车〔当n ＝0时要及时拉开电源， 否那么反转〕；假设是倒拉反接制动〔产生对抗性转矩〕， 那么T 与TL仍反向，机械特性由第一象限转为第四象限，电 机反转使重物匀速下降。
绕组过热而损坏电m机，这是不允许的。因此，降低电源频率f1时，必须同时降
低电源电压，以到达控制磁通 的目的。对此，需要考虑基频〔额定频率〕 以下的调速和基频以上调速两种情况。
m
10.4.1 基频以下变频调速
为要使保持 m不变，随频率变化，电动势也将随之按
正比例变化，即
E1 f1
4.44N1KN1m
3.三相异步电动机的起动
〔1〕直接起动：只有在电网或供电变压器容量允许的前提 下才能采用。一般用于容量小于7.5kw 的鼠笼式异步电动 机的直接起动。
〔2〕鼠笼式异步电动机的降压起动：如定子回路串接电抗 或电阻，ㄚ－Δ，自耦变压器，。
2〕额定工作点，其特点是：
3〕起开工作点，其特点是：
4〕临界工作点，其特点是： 且最大转矩为 临界转差率为
式中“＋〞号适用于电动机状态；式中“－〞号适用于发电机状态。
〔2〕人为机械特性： 降低定子回路端的人为机械特性； 定子回路串接三相对称电抗或电阻时的人为机械特性； 转子回路串接三相对称电阻时的人为机械特性； 改变定子电源频率的人为机械特性〔变频原理〕
4. 三相异步电动机的制动
〔1〕能耗制动：其特点是在定子两相绕组上加上直流电压或电 流，产生制动转矩，使电机停车，机械特性由第一象限转为 第二象限。
〔2〕反接制动：分为定子两相反接的反接制动和倒拉反接制动 两种。其特点是n1 与n反向，假设是定子电流反接制动〔产 生对抗性转矩〕，那么T 与TL同向，机械特性由第一象限转 为第二象限，使电机迅速停车〔当n ＝0时要及时拉开电源， 否那么反转〕；假设是倒拉反接制动〔产生对抗性转矩〕， 那么T 与TL仍反向，机械特性由第一象限转为第四象限，电 机反转使重物匀速下降。
绕组过热而损坏电m机，这是不允许的。因此，降低电源频率f1时，必须同时降
低电源电压，以到达控制磁通 的目的。对此，需要考虑基频〔额定频率〕 以下的调速和基频以上调速两种情况。
m
10.4.1 基频以下变频调速
为要使保持 m不变，随频率变化，电动势也将随之按
正比例变化，即
E1 f1
4.44N1KN1m
3.三相异步电动机的起动
〔1〕直接起动：只有在电网或供电变压器容量允许的前提 下才能采用。一般用于容量小于7.5kw 的鼠笼式异步电动 机的直接起动。
〔2〕鼠笼式异步电动机的降压起动：如定子回路串接电抗 或电阻，ㄚ－Δ，自耦变压器，。
5.3 异步电动机的变压变频调速解析
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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
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
第14章 三相异步电动机的启动及速度调节PPT课件
14.1 异步电动机的启动性能
启动过程： 指电动机从静止到达正常工作转速的过程。
启动过程特点： 电流一般较大，转矩并不大
原因:开始时候n＝0 ，U1
R1
R2' s
2
X 1
X
' 2
2
第1页/共73页
T CT1I2 cos2
功率因数cos2 很低
最初起动瞬间很大的启动电流引起定子 漏阻抗压降增大，主磁通约减少到额定值的一半。 一般情况:
一、转子回路串电阻启动 串入多级电阻，启动过程中采用逐级切除启动电
阻的方法。
第16页/共73页
特点和适用场合
1．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，随着转速 的上升，电磁转矩将减小。
2．为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电 阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。
3．待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。
第25页/共73页
2.双鼠笼式异步电动机（ Double-squirrel-cage rotor ） 上笼Top bar： 截面小，电阻大 下笼Bottom bar： 截面大，电阻小 下笼交链的漏磁 通比上笼多，漏 抗大
第26页/共73页
（1）起动时 • 转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，
第18页/共73页
工作原理：
• BP实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大 的三相变压器。BP的铁耗大就相当于Rm大。而 铁耗与磁通的频率（等于转子频率f2=sf1）的1.3 次方成正比。开始启动时，s较大，故f2较大，Rm 也较大，相当于转子电阻自动增加，则Ist减小、 Tst增大；随着启动过程的进行，n逐渐变大、s逐 渐变小，则f2变小，也就是铁耗减小，所以Rm变 小，相当于转子电阻自动变小。
启动过程： 指电动机从静止到达正常工作转速的过程。
启动过程特点： 电流一般较大，转矩并不大
原因:开始时候n＝0 ，U1
R1
R2' s
2
X 1
X
' 2
2
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T CT1I2 cos2
功率因数cos2 很低
最初起动瞬间很大的启动电流引起定子 漏阻抗压降增大，主磁通约减少到额定值的一半。 一般情况:
一、转子回路串电阻启动 串入多级电阻，启动过程中采用逐级切除启动电
阻的方法。
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特点和适用场合
1．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，随着转速 的上升，电磁转矩将减小。
2．为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电 阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。
3．待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。
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2.双鼠笼式异步电动机（ Double-squirrel-cage rotor ） 上笼Top bar： 截面小，电阻大 下笼Bottom bar： 截面大，电阻小 下笼交链的漏磁 通比上笼多，漏 抗大
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（1）起动时 • 转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，
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工作原理：
• BP实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大 的三相变压器。BP的铁耗大就相当于Rm大。而 铁耗与磁通的频率（等于转子频率f2=sf1）的1.3 次方成正比。开始启动时，s较大，故f2较大，Rm 也较大，相当于转子电阻自动增加，则Ist减小、 Tst增大；随着启动过程的进行，n逐渐变大、s逐 渐变小，则f2变小，也就是铁耗减小，所以Rm变 小，相当于转子电阻自动变小。
异步电动机变频调速系统VVVF系统
主讲:赵士滨
广师©
广师©
第七章 异步电动机变频调速系统（VVVF系统）
§7-1变频调查的基本控制方式
三相异步电机定子第相电动势的有效值是： 式中 Eg—— 气隙磁通在定子每相中感应电罢势有效值，单位 为V； f1——定子频率，单位为HN； N1——定子每相绕组串联匝数； kN1——基波绕组系数； Φm——每极气极隙磁通量，单位为Wb。 只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通Φm的目的。
广师©
* U 为了解决这个问题，在 给定信号 和电压、 频率的控制信号Uabs 之间设置了给定积 分器GI和绝对值变 换器GAB。
广师©
（一）给定积分器
由模拟电子路给成的给定积分器原理图如图7-28所示，它 包含了三级运算放大器。
广师©
第一级是放大倍数的极性鉴别器（R1>100R0）其输出电压U1只取 * * 与给定电压 U 相反的极性,不管 U 大小如何,U1都是饱和值. * 第二级是反向器，使其输出电压U2的极性再倒一下，变成与 U 极 性相同。 第三级是积分器，经RC积分使输出电压 Ugi 成为斜坡信号，积 分的变化率用电位器RP来调节。
广师©
SPWM变频器的工作原理
图7-12a是SPWM变频 器的主电路，图中 VT1 ~ VT6 是逆变器的六个功率开关 器件（在这里画的是 GTR），各由一个续流二 极管反并联接，整个逆变 器由三相整流器提供的恒 直流电压供电。图7-12b是 它的控制电路，一组三相 对称的正弦参考电压信号 Ura、Urb 、Urc 由参考信 号发生器提供，其频率决 定逆变器输出的基波频率， 应在所要求的输出频率范 围内可调。
广师©
参考信号的幅值也 可在一定范围内变 化，以决定输出电 压的大小。 三角波载波信号 是共用的，分别与 每相参考电压比较 后，给出“正”或 “零”的饱和输出， 产生SPWM脉冲序 列波Uda、 Udb 、 Udc ，作为逆变器功 率开关器件的驱动 控制信号。
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
《异步电动机》课件
异步电动机的调速
变极调速
通过改变电动机的极数来调节转速，但只能在有限的范围内调速。
变频调速
通过改变电源的频率来调节电动机的转速，可以实现宽范围的调速，且调速性能 好。
异步电动机的制动和反转
能耗制动
反转
在电动机定子绕组中通入直流电，产 生恒定的磁场，利用转子感应电流与 恒定磁场的相互作用产生制动力矩。
03
转子铁芯
转子铁芯是电动机的磁路部分，通常 由0.5mm厚的硅钢片叠压而成。
转轴
转轴是电动机的输出部分，通过轴承 与机座相连，用于驱动负载。
05
04
转子绕组
转子绕组是电动机的电路部分，它由 绝缘导线绕制而成，嵌套在转子铁芯 槽内。
其他部件
01
02
03
轴承
轴承是用来支撑转子的部 件，分为滚动轴承和滑动 轴承两种。
通过改变电源相序或绕组接线方式来 实现电动机的反转。
反接制动
通过反接电源相序来改变电动机旋转 磁场的旋转方向，利用转子感应电流 与旋转磁场的相互作用产生制动力矩 。
05
异步电动机的维护与故障 处理
异步电动机的日常维护
定期检查
定期检查异步电动机的 外观、紧固件、轴承异步电动机的清洁 ，防止灰尘、杂物进入
汽车用异步电动机
适用于汽车驱动和辅助系 统，如起动机、发电机等 。
04
异步电动机的运行与控制
异步电动机的启动
直接启动
通过直接将电动机接入电源来启动。这种方式简单，但可能导致电流过大，适 用于小容量电动机。
降压启动
通过降低加在电动机上的电压来减小启动电流。常用的方法有星形-三角形启动 和自耦变压器启动。
《异步电动机》 PPT课件
异步电动机变频调速系统
异步电动机变频调速系统异步电动机变频调速系统是属于转差功率不变型调速系统，是异步电动机各种调速方法中调速性能最好、效率最高的一种调速方法，因而在实际生产中得到广泛应用。
变频调速的基本工作原理异步电动机的转速表达式为 )1(n 60p1s f n -==0n )1(s - 在三相异步电动机中存在下列关系：m N q k N f E φ11144.4=如忽略定子阻抗压降，则1U ≈ m N q k N f E φ11144.4=式中 1U -----定子相电压q E ——气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势的有效值，V ；1f -----定子的电源频率1N ——定子每相绕组串联匝数；1N k ——基波绕组系数；m φ——每极气隙磁通量,Wb 。
变频调速的基本控制方式和机械特性变频调速的基本控制方式1. 基频以下调速控制方式要保持m φ不变，当频率1f 从额定值N f 1向下调节时，应同时降低q E ，使1f E q=常数，即采用恒定电动势频率比的控制方式。
1U ≈q E ，取11f U =常数，即采用恒压频比的控制方式。
在低频时，1U 和q E 都较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不能忽略，因而必须对1U 进行定子阻抗压降补偿，人为地把电压1U 提高一些，尽可能维持磁通m φ基本不变。
2. 基频以上调速控制方式在基频以上调速时，可以从N f 1往上增加，如要维持m φ恒定，必须随频率1f 的增加而相应增加1U ，但电压1U 一般不能超过电动机的额定电压N U 1，只能保持在电动机的额定电压N U 1上。
所以在基频以上调速时只能放弃维持磁通m φ恒值的要求，使磁通m φ与频率成反比地降低，相当于直流电动机的弱磁升速的情况。
在基频以下调速属于恒转矩调速，在基频以上调速属于恒功率调速。
变频调速的机械特性异步电动机恒压恒频时的机械特性当定子电压1U 和角频率1ω都为恒定值时，异步电动机的电磁转矩e T 为 2212122212121122211)()()(33l l p p m e L L s R sR R s U n s R I n P T ++'+'=''=Ω=ωωωω式中 m P ---电磁功率1ω---电源角频率1Ω--同步机械角速度p n --极对数1U --定子电压1R 、'2R --定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻1l L 、'2l L --定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感当s 很小时，可忽略上式分母中含s 项，转矩近似与s 成正比，这时机械特性)(s f T e =是一段直线，如图19-3所示。
异步电动机的几种调速方法——调速方法(PPT课件)
7
• 从上分析，可见异步电动机的调速方法很 多，下面介绍主要的三种，即变极调速、 变频调速和改变转子电阻调速。
8
放映结束 感谢各位的批评指导！
谢 谢！
让我们共同进步
9
5在转子回路中引入一个转差率f2sf1的外加电势为此须利用另一台电机来供给所需的外加电势该电机可与原来电动机共轴或不共轴这样将几台电机在电方面串联在一起以达到调速目的称为串级调速
电动机保护器 www.cx-jl
异步电动机的几种调速方法 — —调速方法
1
• 从异步电动机的转速关系式 • n=n1(1-S)=60(f1/P)(1-S)
2
• 可见，要改变异步电动机的转速，可从下列三个 方面着手：
• 1.改变异步电动机定子绕组的极对数P，以改变定 子旋转磁场的转速n1，即所谓变极调速（不能均 匀调速）。
• 2.改变电动机所接电源的频率以改变n1，即所谓 变频调速；
•3.改变电动机的转差率S。
3
• 其中，改变转差率S有很多种方法。当负载 的总制动转矩不变时，与它平衡的电磁转 矩也跟着不变，于是，从电磁转矩参数表 达式（略）可见，当频率f1和极对数P不变 时，转差率S是定子端电压、定子电阻、漏 抗等物理量的函数。
4
• 因此，改变转差率S的方法有下列几种：
• (1)改变加与定子的端电压，为此需用调压 器调压；
• (2)改变定子电阻或漏抗，为此须在定子串 联外加电阻或电抗器；
5
• (3)改变转子电阻，为此采用绕线式电动机， 在转子回路串入外加电阻；
• (4)改变转子电抗，为此须在转子回路串入 电抗或电容器。
6
• (5)在转子回路中引入一个转差率f2=Sf1的外加电 势，为此须利用另一台电机来供给所需的外加电 势，该电机可与原来电动机共轴，或不共轴，这 样将几台电机在电方面串联在一起以达到调速目 的，称为串级调速。串级调速可用一种可控硅调 速来代替。其基本原理为：先将异步电动机转子 回路中的转差频率交流电流用半导体整流器整流 为直流，再经过可控硅逆变器把直流变为交流， 送回到交流电网中去。这时逆变器的电压便相当 于加到转子回路中的电势，控制逆变器的逆变角， 可改变逆变器的电压，也即改变加于转子回路中 的电势，从而实现调速的目的。
• 从上分析，可见异步电动机的调速方法很 多，下面介绍主要的三种，即变极调速、 变频调速和改变转子电阻调速。
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5在转子回路中引入一个转差率f2sf1的外加电势为此须利用另一台电机来供给所需的外加电势该电机可与原来电动机共轴或不共轴这样将几台电机在电方面串联在一起以达到调速目的称为串级调速
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异步电动机的几种调速方法 — —调速方法
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• 从异步电动机的转速关系式 • n=n1(1-S)=60(f1/P)(1-S)
2
• 可见，要改变异步电动机的转速，可从下列三个 方面着手：
• 1.改变异步电动机定子绕组的极对数P，以改变定 子旋转磁场的转速n1，即所谓变极调速（不能均 匀调速）。
• 2.改变电动机所接电源的频率以改变n1，即所谓 变频调速；
•3.改变电动机的转差率S。
3
• 其中，改变转差率S有很多种方法。当负载 的总制动转矩不变时，与它平衡的电磁转 矩也跟着不变，于是，从电磁转矩参数表 达式（略）可见，当频率f1和极对数P不变 时，转差率S是定子端电压、定子电阻、漏 抗等物理量的函数。
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• 因此，改变转差率S的方法有下列几种：
• (1)改变加与定子的端电压，为此需用调压 器调压；
• (2)改变定子电阻或漏抗，为此须在定子串 联外加电阻或电抗器；
5
• (3)改变转子电阻，为此采用绕线式电动机， 在转子回路串入外加电阻；
• (4)改变转子电抗，为此须在转子回路串入 电抗或电容器。
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• (5)在转子回路中引入一个转差率f2=Sf1的外加电 势，为此须利用另一台电机来供给所需的外加电 势，该电机可与原来电动机共轴，或不共轴，这 样将几台电机在电方面串联在一起以达到调速目 的，称为串级调速。串级调速可用一种可控硅调 速来代替。其基本原理为：先将异步电动机转子 回路中的转差频率交流电流用半导体整流器整流 为直流，再经过可控硅逆变器把直流变为交流， 送回到交流电网中去。这时逆变器的电压便相当 于加到转子回路中的电势，控制逆变器的逆变角， 可改变逆变器的电压，也即改变加于转子回路中 的电势，从而实现调速的目的。
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低速时的带负载能力。为避免这种情况，可适当提高调压比ku(U1= kuU1n)， 使调压比ku大于调频比kf ( f1=kf f1n )，即相对提高U1的值使得E1的值增加， 从而保证E1/f1=常数，最终使电动机的最大转矩得到补偿。由于这种方法是
通过提高U1/f1比值使Tm得到补偿的，因此这种方法被称为电压补偿，也称转 矩提升。
1) 限制转差角频率的最大值ωsm ；
2) 保持主磁通m恒定。
控制转差角频率ωs ，就能实现电磁转矩与转差频率成比例的近似线性控制。
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15
7.2.2 转差频率控制的转速闭环变频调速系统
第7 章
图7-7 转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图
若在额定频率以上调频时，U1就不能跟着上调了，因为电机定子绕组 上的电压不允许超过额定电压，即必须保持U1=U1n不变，额定频率以上进行 调频属弱磁调速。
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4
7.1.2 恒U/f控制方式下电机的机械特性
如调节f1使f1=αff1n , 同时相应调节U1，使U1= αf U1n，则
第7 章
（7-3）
设在额定频率f1n时，定、转子漏电抗为xn = x x' + 1n ,2n 则有
（7-4）
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5
第7 章
图7-1 U1/f1 = 常数控制方式下的机械特性曲线
这族曲线具有如下两个特点：
1）在忽略r1情况下，机械特性曲线族之间近似平行。
2020年5月30日星期六 .
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13
第7 章
（7-6） （7-7）
定义ωs=sω1为转差角频率，则有
（7-8） （7-9）
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14
第7 章
（7-10）
（7-11）
基于上述推导，获得转差频率控制的基本思想是：只要在控制过程中，保 证：
极磁通量m为额定值不变。如果磁通太弱，不能充分利用电机的铁心，会
造成浪费；而如果过分增大磁通，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。
2020/5/30 .
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2
定子每相电动势 ： 电机定子电动势平衡方程式：
第7 章
（7-1） （7-2）
20世纪70年代初德国学者Blaschkle等人首先提出矢量控制变换 实现了这种控制思想。矢量控制成功解决了交流电动机电磁转矩的 有效控制，使异步电动机可以像他励直流电动机那样控制，从而实 现交流电机高性能控制，故矢量控制又称解耦控制或矢量变换控制。 它可以应用于异步电机和同步电机传动系统。
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第7 章
7.3 矢量控制
7.3.1 矢量控制简介
众所周知，直流电动机双闭环调速系统具有优良的动、静态调 速特性，其根本原因在于作为控制对象的他励直流电动机的电磁转 矩能够容易地进行控制。那么，作为变频调速的控制对象——交流 电动机是否可以模仿直流电动机转矩控制规律而加以实现呢？
第7 章
第7章 异步电动机变频调速控制方 式
7.1 U/f控制 7.2 转差频率控制
7.3 矢量控制 7.4 直接转矩控制
2020/5/30 .
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1
第7 章
7.1 U/f控制
7.1.1 恒U/f控制
在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每
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9
第7 章
图7-4 电压补偿后电机全频范围内机械特性曲线
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第7 章
图7-5 典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图
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11
第7 章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。
转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
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第7 章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。
转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
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第7 章
为了保持磁通保持不变，在频率下调时，须使E1/f1=常数，但由于E1是
定子反电动势，无法直接进行检测和控制，而U1可以方便地检测和控制，因 此，在额定频率以下调频，即f1<f1n调频时，同时下调加在定子绕组上的电
压，即U/f控制方式，如果使U1/f1=常数，称恒U/f控制。
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7
第7 章
图7-2 电压补偿后，额定频率以下电机机械特性曲线
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8
第7 章
图7-3 变频器的U/f控制曲线
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2）当转速较高时，最大拖动转矩近似不变。 3）转速较低的情况下，Tm将明显下降。
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6
第7 章
7.1.3 对额定频率f1n以下变频调速特性的修正
在恒U/f控制方式下，由于E1在U1中的比重随f1下降而减小，从而造成在 低频低速时主磁通和电磁转矩Tm下降较多。Tm大幅减小，严重影响电机在
通过提高U1/f1比值使Tm得到补偿的，因此这种方法被称为电压补偿，也称转 矩提升。
1) 限制转差角频率的最大值ωsm ；
2) 保持主磁通m恒定。
控制转差角频率ωs ，就能实现电磁转矩与转差频率成比例的近似线性控制。
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7.2.2 转差频率控制的转速闭环变频调速系统
第7 章
图7-7 转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图
若在额定频率以上调频时，U1就不能跟着上调了，因为电机定子绕组 上的电压不允许超过额定电压，即必须保持U1=U1n不变，额定频率以上进行 调频属弱磁调速。
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7.1.2 恒U/f控制方式下电机的机械特性
如调节f1使f1=αff1n , 同时相应调节U1，使U1= αf U1n，则
第7 章
（7-3）
设在额定频率f1n时，定、转子漏电抗为xn = x x' + 1n ,2n 则有
（7-4）
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第7 章
图7-1 U1/f1 = 常数控制方式下的机械特性曲线
这族曲线具有如下两个特点：
1）在忽略r1情况下，机械特性曲线族之间近似平行。
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（7-6） （7-7）
定义ωs=sω1为转差角频率，则有
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第7 章
（7-10）
（7-11）
基于上述推导，获得转差频率控制的基本思想是：只要在控制过程中，保 证：
极磁通量m为额定值不变。如果磁通太弱，不能充分利用电机的铁心，会
造成浪费；而如果过分增大磁通，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。
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定子每相电动势 ： 电机定子电动势平衡方程式：
第7 章
（7-1） （7-2）
20世纪70年代初德国学者Blaschkle等人首先提出矢量控制变换 实现了这种控制思想。矢量控制成功解决了交流电动机电磁转矩的 有效控制，使异步电动机可以像他励直流电动机那样控制，从而实 现交流电机高性能控制，故矢量控制又称解耦控制或矢量变换控制。 它可以应用于异步电机和同步电机传动系统。
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第7 章
7.3 矢量控制
7.3.1 矢量控制简介
众所周知，直流电动机双闭环调速系统具有优良的动、静态调 速特性，其根本原因在于作为控制对象的他励直流电动机的电磁转 矩能够容易地进行控制。那么，作为变频调速的控制对象——交流 电动机是否可以模仿直流电动机转矩控制规律而加以实现呢？
第7 章
第7章 异步电动机变频调速控制方 式
7.1 U/f控制 7.2 转差频率控制
7.3 矢量控制 7.4 直接转矩控制
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第7 章
7.1 U/f控制
7.1.1 恒U/f控制
在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每
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第7 章
图7-4 电压补偿后电机全频范围内机械特性曲线
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第7 章
图7-5 典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图
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第7 章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。
转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
2020年5月30日星期六 .
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第7 章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。
转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
2020/5/30 .
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第7 章
为了保持磁通保持不变，在频率下调时，须使E1/f1=常数，但由于E1是
定子反电动势，无法直接进行检测和控制，而U1可以方便地检测和控制，因 此，在额定频率以下调频，即f1<f1n调频时，同时下调加在定子绕组上的电
压，即U/f控制方式，如果使U1/f1=常数，称恒U/f控制。
2020年5月30日星期六 .
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7
第7 章
图7-2 电压补偿后，额定频率以下电机机械特性曲线
2020年5月30日星期六 .
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8
第7 章
图7-3 变频器的U/f控制曲线
2020年5月30日星期六 .
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2）当转速较高时，最大拖动转矩近似不变。 3）转速较低的情况下，Tm将明显下降。
2020年5月30日星期六 .
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第7 章
7.1.3 对额定频率f1n以下变频调速特性的修正
在恒U/f控制方式下，由于E1在U1中的比重随f1下降而减小，从而造成在 低频低速时主磁通和电磁转矩Tm下降较多。Tm大幅减小，严重影响电机在