异步电动机变频调速系统课件
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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
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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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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”。
(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。
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，。
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。
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。
三相异步电动机的调速
m1 p U1 2 1 ( ) 常数 ' 4 f1 2 ( L1 L2 ) Te max的降低是由定子绕组电阻 r 的影响所致。尤其是当 f1 低到使得 r 由上式可见， 1 1 ( x1 x2 ) 相比较时， Te max下降严重。 可以与 Te max
解决措施： 可以对 U1 / f1的线性关系加以修正，提高低频时的 U1 / f1 ，以补偿 低频时定子绕组电阻压降的影响（见下图）。
TY 9550PY 9550PYY ( ) /( ) 1 TYY n1 2n1
结论：Y/YY接变极调速属于恒转矩调速方式。
第12章 三相异步电动机的调速
b、△/YY接变极调速
假定变极调速前后电机的功率因数 cos1 、效率 均不变，并设每半相绕组中的电 流均为额定值 I 1N ，则 /YY变极前后电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：
改变极对数p都是成倍的变化，转速也是成倍的变化，故为有级调速。 改变定子绕组的联结法改变绕组极对数的原理。 见下页图12－1，12－2
第12章 三相异步电动机的调速
三相异步电动机的转子转速可由下式给出：
60 f1 n (1 s) p
由上式可见，三相异步电动机的调速方法大致分为如下几种： 变极调速； 变频调速； 改变转差率调速； 其中，改变转差率的调速方法涉及： 改变定子电压的调压调速； 绕线式异步电动机的转子串电阻调速； 电磁离合器调速； 绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速。
由此绘出保持U1 / f1=常数时变频调速的典型机械特性如下图所示。为便于比较，图 中还同时绘出了 Te max 常数时的机械特性，如图中的虚线所示。
三相异步电动机变频调速时 的机械特性( U1 / f1 =常数)
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
第3章 异步电动机变频调速系统
输出电压的大小和频率均由正弦参考电压 Ur来控制。当改变Ur的幅值时，脉宽即随 之改变，从而改变输出电压的大小；当改 变Ur的频率时，输出电压频率即随之改变。 但要注意正弦波的幅值Urm必须小于等腰 三角形的幅值Ucm，否则就得不到脉宽与 其对应正弦波下的积分成正比这一关系。 输出电压的大小和频率就将失去所要求的 配合关系。
两式相比可知，恒定子磁通控制时转矩表达式 的分母小于恒压频比控制特性中的同类项。 当转差率s相同时，采用恒定子磁通控制方式 的电磁转矩大于恒压频比控制方式。
不同控制方式的比较
恒压频比控制最容易实现，它的变频机械 特性基本上是平行下移，硬度也较好，能 够满足一般的调速要求，低速时需适当提 高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。
要正、负半周输出不同极性的脉冲，必须 另加倒相电路。与此相对应，若在调制过 程中，载频信号和参考信号的极性交替地 不断改变则称为双极性调制
要正、负半周输出不同极性的脉冲，必须 另加倒相电路。与此相对应，若在调制过 程中，载频信号和参考信号的极性交替地 不断改变则称为双极性调制。
正弦波脉宽调制技术
变压变频调速
图3-1 异步电动机变压变频调速的控制特性
3.2 变压变频调速时的机械特 性
基频以下采用恒压频比控制 异步电动机机械特性方程式改写为
Us s1 Rr' Te 3n p ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 s r 1 ls lr 1
2
基频以下调速
当s很小时，忽略上式分母中含s各项，
Us Te 3n p 1
或
s1 R Te
异步电动机变频调速系统PPT课件
交流调速有很多方法，例如调压调速、转子串电阻调速、转差离合器 调速、变极对数调速等，这些方法技术落后、调速性能差、效率低， 使用越来越少，取而代之的是变频调速系统。
目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领 域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。
主回路 18
.
主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为1200导电型，中间环节采用 电抗器滤波，为电流型变频调速系统。
电压控制回路：采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回 路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：
采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。
电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机 电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与 给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。另 一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能 保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。
.
9
3、斩波器调压
换流器—L—C
斩波器调压原理图如下：
斩波器：调压
换流电路
逆变器：调频
二极管 整流器
晶闸管 VT
开关
VD
L 斩波器 C
逆变器
M 3~
整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电； 逆变器采用三相全控桥，实现变频； 斩波器采用脉频调制或脉宽调制，输出大小可调的直流电压。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。
G
图 六行电 恒电 频 回压 ， 控给 在 性载保 ；跃把将为环 三
+
GF
AVR GT1
-
目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领 域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。
主回路 18
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主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为1200导电型，中间环节采用 电抗器滤波，为电流型变频调速系统。
电压控制回路：采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回 路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：
采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。
电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机 电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与 给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。另 一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能 保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。
.
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3、斩波器调压
换流器—L—C
斩波器调压原理图如下：
斩波器：调压
换流电路
逆变器：调频
二极管 整流器
晶闸管 VT
开关
VD
L 斩波器 C
逆变器
M 3~
整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电； 逆变器采用三相全控桥，实现变频； 斩波器采用脉频调制或脉宽调制，输出大小可调的直流电压。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。
G
图 六行电 恒电 频 回压 ， 控给 在 性载保 ；跃把将为环 三
+
GF
AVR GT1
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第5章 鼠笼异步电动机变频调速
第5章 鼠笼型异步电动机变频调速原理应交流电动机无级调速的需要诞生了变频技术，交-直-交（AC-DC-AC ）变频电路是一种应用最广和最具有发展前景的交流调速方法。
例如，在煤矿井下使用的交流电牵引采煤机的牵引系统、交流运煤车的牵引系统等，都采用变频调速控制。
到目前为止，变频电路应用的电力电子器件有D （电力二极管）、SCR （晶闸管）、GTO （门极可关断晶闸管）、GTR （电力晶体管）、IGBT （绝缘栅双极型晶体管）和智能模块IPM （Intelligent Power Module ）等，而IGBT 应用的最多。
IGBT 的工作频率可在10kH Z ~20kH Z 之间，与GTR （工作频为2kH Z 以下）相比，工作频率高出一个数量极，IGBT 的电流浪涌耐量、导通电流密度、栅极驱动功耗等各相指标均已超过GTR 。
新一代的变频器上，其逆变电路部分基本上由IGBT 所占据。
整流部分有采用D ，SCR 或IGBT 的。
IGBT 在低压变频器中，380V 级，可达540kVA ；600V 级，达700kVA ，最高输出频率可达400H Z ~650H Z ，能对中频电动机进行调频控制；3kV/6.3kV ，最大容量可达7000kVA 。
IPM 智能功率模块，是以IGBT 为开关器件，同时含有驱动电路和保护电路的一种功率集成器件，其上的保护功能有过电流、欠电压、过电压和过热等，还可以实现再生制动。
5.1 变频调速的基本概念1. VVVF 控制从变频器控制方式的发展来看，经历了3代的研发过程。
VVVF 控制是第1代变频器，采用恒压频比11/U f 的控制方式。
由异步电动机转速方程()1601f n s p=-（n 电动机轴输出的转速；s 为转差率；1f 为电源的频率；p 是电机的磁极对数）可以看出，改变电源的频率1f 就可调节异步电机的转速。
但是，由三相异步电动机定子每相电压方程的有效值111114.44N m U E f N k φ≈=（1U 为定子每相绕组相电压；1E 为气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势的有效值；1N 定子每相绕组串联匝数；1N k 基波绕组系数；m φ为每极气隙磁通）看出，在1U ，1N ，1N k 确定的条件下，调节1f 时磁通m φ发生变化，当1f ↑（增加）→m φ↓（减小）→电磁转矩T ↓→电机拖动负载的能力减弱；当1f ↓→m φ↑→虽然电磁转矩T 有所增大，但铁芯饱和→励磁电流↑→电机过热，严重时会烧坏电机，这是不允许的。
4章 交流异步电动机变频调速系统
为交流异步电动机转矩系数，其中Nr为转子绕组有效匝数；
φr为转子功率因数角。
可见，转矩控制的困难体现在以下几点： T T ① m 是由定子电流is iA , iB , iC 和转子电流 ir ia , ib , ic 共同产生的，它的
空间位置相对于定子和转子都是运动的。 ② m 与 I r 是两个相互耦合的变量，且 I 对于一般的鼠笼形异步电机是无法 r ③ r 是与转速相关的时变量（与转差s有关）， 且当电机运行时转子电阻 Rr 随温度变化而变化， Te 也随之变化。除此以外，式中的 Te 只是平均转矩的概念， 对平均转矩的控制已十分困难了，更何况瞬时转矩。对转速的控制实质上就是 对转矩的控制，转矩控制的困难是实现交流电机高性能调速的主要障碍，也是 过去限制交流调速系统获得广泛应用的主要原因。 2）调速装置中器件发展的限制：调速装置中两大组成部件是主电路和控制电路。 主电路中的主要器件—电力电子功率器件在近五十年来更新换代了五代之多，以 适应变频调速（PWM脉宽调制）的需要。控制电路中的主要器件—微处理器在 近二十年中运算速度提高了数倍，以适应高性能变频调速复杂算法的需要。交流 调速系统的发展依赖于新型电力电子器件的应用、微电子技术的发展。
运动控制系统
第二篇 交流调速系统
交流电动机，特别是鼠笼形异步电动机，与直流电动机相比，具有结 构简单、制造容易、价格便宜、坚固耐用、转动惯量小、运行可靠、很少 维修、使用环境不受限制等优点。但是，过去由于受科技发展水平的限制， 把交流电动机作为调速电动机的技术困难未能得到较好的解决。在早期只 有一些调速性能差、低效耗能的调速方法，如： （1）绕线式异步电动机转子外串电阻的调速方法。 （2）鼠笼形异步电动机定子调压调速方法(利用自耦变压器变压调速； 利用饱和电抗器变压调速；利用晶闸管交流调压器调压调速)，还有变极对 数调速方法及后来的电磁(转差离合器)调速方法等。 20世纪70年代初席卷全球的石油危机促进了交流调速技术的发展，因 为当时人们发现占电动机用电量一半以上的风机、泵类负载的拖动电动机 工作在恒速状态，是靠阀门和挡板来调节流量和压力的，因而造成了大量 的电能浪费。通过改变电动机转速的方法调节风量或流量，一般可节电 20%-30%，于是在工业化国家，变频器出现了。可以说，交流调速系统的 真正发展和应用是从使用变频调速技术来改造风机、泵类负载开始的。尤 其是20世纪80年代以来，科学技术的迅速发展为交流调速的发展创造了极 为有利的技术条件和物质基础。包括：1)电力电子器件(Power Electronic Device)的蓬勃发展和迅速换代推动了交流调速的迅速发展。2)脉宽调制 (Pulse Width Modulatoan，PWM)技术的发展和应用优化了变频装置的性 能。3)矢量控制(Vector Contol，VC)理论的诞生和发展奠定了现代交流调 速系统高性能化的基础，这是实现高性能交流调速系统的一个重要突破。 继矢量控制技术之后，取得了直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)
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f1 —定子频率，单位为Hz； kN1 —基波绕组系数； N1 —定子每相绕组串联匝数； m —每极气隙磁通量，单位为
Wb。
只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m的目的，因此，需要
考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 ▪ 为保持主磁通不变，在变频时必须同时变压，使得压频比为一常
数, 这也是VVVF控制又被称为恒压频比控制的原因。
异步电动机变频调速系统培训课件
异步电动机变频调速系统
第一节 变频调速的基本工作原理 第二节变频调速的基本控制方式和机械特性简介 第三节调速用静止式变频器的类型及其特点
变频器的分类
对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器， 其功能是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变 频交流电，变频伴随变压。 变频器的基本分类如下：
Eg/ω1控制的机械特性是一组
形状与恒压恒频机械特性相同， 且平行下移的特性。这就是说， 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，它 们和直流他励电机变压调速时 的情况基本相似 所不同的是: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。
n 1N 11 12 13
机械特性
当 s 为以上两
段的中间数值 时，机械特性 从直线段逐渐 过渡到双曲线 段，如图所示。
ns n0 0
sm
Temax
Te
0
1
Temax
Te
恒压恒频时异步电机的机械特性
二、变频调速的机械特性简介
1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）
当Eg/ω1为恒值时，Temax恒定
不变，随着频率的降低，恒
fX(Hz) 50 25 5
n0X(r/min) 1500 750 150
fX(Hz) 50 75 100
n0X(r/min) 1500 2250 3000
改变频率f的T-n曲线
fX≤fN时的机械特性
a)变频调速
b)变频机械特性
1. V/F控制方式
在额定频率fN以下，若电压E1不变，根据 E1=4.44fΦ1N1
由电机学知 Eg 4.44 f1N1KN1m
Te
Cm
m
I
/ 2
cos 2
如果忽略定子上的电阻压降，则有
U1 R1I1 Eg Eg 4.44 f1N1K N1m
m
Eg 4.44 f1N1K N1
U1 4.44 f1N1K N1
1、基频以下的变频控制方式
基频以下常采用恒磁通变频控制方式。
（1）若要保持Φm不变，则当频率f1从额定值f1e向下调节 时，须同时降低Eg，使Eg/f1=常数。
对变频调速的基本要求
主磁通 m 保持不变
磁回路饱和，严重时将烧毁电机
气隙
U1 E1 4.44 f1N1kw1m
磁通 在定
f1
m 铁心过饱和 I0
子绕 组中
cos1
感应 电动 势
f1 m T TZ不变
I2
I1
绕组过热
2020/5/6
结论是变频同时要变压
8
第二节 变频调速的基本控制方式和机械特性简介 一、变频调速的基本控制方式
则： f↓→Φ1↑→磁路饱和，为保持Φ1不变，在额定转速nN以 下，在改变f 的同时，也要改变E1，即保持
E1/f =常数 在频率较高时，转子电阻r的影响可忽略，此时，U1=E1，则 U1/f =常数 在频率较低时，转子电阻r的影响不可忽略，此时，若继续保 持U1/f=常数，则电磁转矩要降低很多。
因为变频的同时还要改变电压，所以称为V/F控制，也称为 VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency ）。
▪ 在进行电机调速时，为了保持电动机的负载能 力，应保持气隙主磁通Φm不变，这就要求降低 供电频率的同时降低感应电动势，保持E1/f1= 常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制。
▪
异步电动机的定子每相电动势：
Eg 4.44 f1N1kN1Φm
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；
变频器
交-交变频器
按相数分
单相 三相
按输出波形分
脉冲宽度调制型 (PWM)
电流型
交-直-交变频器
电压型
正弦波 方波
第一节 变频调速的基本工作原理
异步电动机的转速基本公式：
可见，异步电动机的调速方案有：改变极对 数p，改变转速率s（即改变电动机机械特性的 硬度）和改变电源频率f1。
第一节 变频调速的基本工作原理
“恒转矩调速”；而在基频以上，基本属于“恒功率调
速”。
U1 Φm 恒转矩调速
恒功率调速制
U1N
Φmn U1
异步电动机
一、 电动机的转矩-转速（T-n）曲线
1. T-n曲线
T
2. T-n曲线的含义
机械特性的含义 a）负载较轻 b）对应的工作点 c）负载较重
变频可以无级调速
U1 U1N
b a
0
f1N f1
2、基频以上的变频控制方图式5-0 恒压频比控制特性
在基频以上时，频率可从f1N往上增高，但电压U1却不能增加得比额 定电压U1N大，一般保持U1=U1N，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。
m
U1N 4.44 f1N1K N1
f1 f1N
下图是异步电机变频调速控制特性。在基频以下，属于
即：气隙磁通感应电势与频率之比为常数
（2）因感应电势难以直接控制，忽略定子压降，认为定子 相电压U1≈Eg， 则U1/f1=常数。这就是恒压频比的变频控制 方式。
恒压频比控制在低频时，由于U1和Eg都较小，定子阻抗 压降所占的份量比较显著，不能忽略。这时，可人为地把 电压U1抬高一些，以便近似地补偿定子压降。
交流调速的分类如下：
▪ 变频调速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。保证U/f =定值，可以实现恒转矩调速或恒功率调速。
n10
1N
n11
n12
11
12
n13
13
0
TL
Te, max Te
2、恒压频比控制（U1/ω1=恒值）
因Eg是电机内部参数，恒Eg/ω1控制难以实现，工程上常用恒 压频比控制（U1/ω1=恒值）。其机械特性见下图所示。
在恒压频比条件下变频时，
Wb。
只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m的目的，因此，需要
考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 ▪ 为保持主磁通不变，在变频时必须同时变压，使得压频比为一常
数, 这也是VVVF控制又被称为恒压频比控制的原因。
异步电动机变频调速系统培训课件
异步电动机变频调速系统
第一节 变频调速的基本工作原理 第二节变频调速的基本控制方式和机械特性简介 第三节调速用静止式变频器的类型及其特点
变频器的分类
对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器， 其功能是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变 频交流电，变频伴随变压。 变频器的基本分类如下：
Eg/ω1控制的机械特性是一组
形状与恒压恒频机械特性相同， 且平行下移的特性。这就是说， 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，它 们和直流他励电机变压调速时 的情况基本相似 所不同的是: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。
n 1N 11 12 13
机械特性
当 s 为以上两
段的中间数值 时，机械特性 从直线段逐渐 过渡到双曲线 段，如图所示。
ns n0 0
sm
Temax
Te
0
1
Temax
Te
恒压恒频时异步电机的机械特性
二、变频调速的机械特性简介
1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）
当Eg/ω1为恒值时，Temax恒定
不变，随着频率的降低，恒
fX(Hz) 50 25 5
n0X(r/min) 1500 750 150
fX(Hz) 50 75 100
n0X(r/min) 1500 2250 3000
改变频率f的T-n曲线
fX≤fN时的机械特性
a)变频调速
b)变频机械特性
1. V/F控制方式
在额定频率fN以下，若电压E1不变，根据 E1=4.44fΦ1N1
由电机学知 Eg 4.44 f1N1KN1m
Te
Cm
m
I
/ 2
cos 2
如果忽略定子上的电阻压降，则有
U1 R1I1 Eg Eg 4.44 f1N1K N1m
m
Eg 4.44 f1N1K N1
U1 4.44 f1N1K N1
1、基频以下的变频控制方式
基频以下常采用恒磁通变频控制方式。
（1）若要保持Φm不变，则当频率f1从额定值f1e向下调节 时，须同时降低Eg，使Eg/f1=常数。
对变频调速的基本要求
主磁通 m 保持不变
磁回路饱和，严重时将烧毁电机
气隙
U1 E1 4.44 f1N1kw1m
磁通 在定
f1
m 铁心过饱和 I0
子绕 组中
cos1
感应 电动 势
f1 m T TZ不变
I2
I1
绕组过热
2020/5/6
结论是变频同时要变压
8
第二节 变频调速的基本控制方式和机械特性简介 一、变频调速的基本控制方式
则： f↓→Φ1↑→磁路饱和，为保持Φ1不变，在额定转速nN以 下，在改变f 的同时，也要改变E1，即保持
E1/f =常数 在频率较高时，转子电阻r的影响可忽略，此时，U1=E1，则 U1/f =常数 在频率较低时，转子电阻r的影响不可忽略，此时，若继续保 持U1/f=常数，则电磁转矩要降低很多。
因为变频的同时还要改变电压，所以称为V/F控制，也称为 VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency ）。
▪ 在进行电机调速时，为了保持电动机的负载能 力，应保持气隙主磁通Φm不变，这就要求降低 供电频率的同时降低感应电动势，保持E1/f1= 常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制。
▪
异步电动机的定子每相电动势：
Eg 4.44 f1N1kN1Φm
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；
变频器
交-交变频器
按相数分
单相 三相
按输出波形分
脉冲宽度调制型 (PWM)
电流型
交-直-交变频器
电压型
正弦波 方波
第一节 变频调速的基本工作原理
异步电动机的转速基本公式：
可见，异步电动机的调速方案有：改变极对 数p，改变转速率s（即改变电动机机械特性的 硬度）和改变电源频率f1。
第一节 变频调速的基本工作原理
“恒转矩调速”；而在基频以上，基本属于“恒功率调
速”。
U1 Φm 恒转矩调速
恒功率调速制
U1N
Φmn U1
异步电动机
一、 电动机的转矩-转速（T-n）曲线
1. T-n曲线
T
2. T-n曲线的含义
机械特性的含义 a）负载较轻 b）对应的工作点 c）负载较重
变频可以无级调速
U1 U1N
b a
0
f1N f1
2、基频以上的变频控制方图式5-0 恒压频比控制特性
在基频以上时，频率可从f1N往上增高，但电压U1却不能增加得比额 定电压U1N大，一般保持U1=U1N，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。
m
U1N 4.44 f1N1K N1
f1 f1N
下图是异步电机变频调速控制特性。在基频以下，属于
即：气隙磁通感应电势与频率之比为常数
（2）因感应电势难以直接控制，忽略定子压降，认为定子 相电压U1≈Eg， 则U1/f1=常数。这就是恒压频比的变频控制 方式。
恒压频比控制在低频时，由于U1和Eg都较小，定子阻抗 压降所占的份量比较显著，不能忽略。这时，可人为地把 电压U1抬高一些，以便近似地补偿定子压降。
交流调速的分类如下：
▪ 变频调速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。保证U/f =定值，可以实现恒转矩调速或恒功率调速。
n10
1N
n11
n12
11
12
n13
13
0
TL
Te, max Te
2、恒压频比控制（U1/ω1=恒值）
因Eg是电机内部参数，恒Eg/ω1控制难以实现，工程上常用恒 压频比控制（U1/ω1=恒值）。其机械特性见下图所示。
在恒压频比条件下变频时，