变频调速理论基础-复习及习题解答

三、交流异步电动机变频调速的理论基础

问题3-1：在电动机调速时，为什么要保持每极磁通量为额定值不变？对直流电机和交流异步电机，分别采用什么方法使电机每极的磁通恒定？

异步电机的气隙磁链在每相定子中的感应电动势E g =4.44f 1N 1k N1Φm 如果使Eg/f 1=K 气隙磁链保持不变，要保持直流电机的磁通恒定，因为其励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，容易做到保持磁通恒定。要保持交流异步电机的磁通恒定，必须采用恒压频比控制。

问题3-2：交流异步电动机的恒压频比控制有哪三种方式？试就其实现难易程度、

机械特性等方面 进行比较。

Eg/f 1=K ，气隙磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率为恒值，机械特性非线性，难实现，加定子电压补偿的目标，改善低速性能。T max ，n m 与频率无关，机械特性平行，硬度相同，类似于直流电动机的降压调速，属于恒转矩调

速。

U 1/f 1=K ，定子相电压/输入频率为恒值，U 1定子相电压，机械特性非线性，易实现。f 1接近额定频率时，T max 变化不大，f 1的降低，T max 变化较大，在低速时甚至拖不动负载。

实际上U 1/f 1=常数，由于频率很低时定子电阻损耗相对较大， 不可忽略，故必须进行定子电压补偿。

E 2/f 1=K ，转子磁链在每相定子中的感应电动势/输入频率

为恒值，E 2转子磁链在每相定子中的感应电动势

（忽略转子电阻损耗）转子磁链恒值，机械特性线性， 稳态性能和动态性能好，最难实现。

这是矢量控制追求的目标。

问题3-3：交流异步电动机变频调速系统在基速以上和基速以下分别采用什么控

制方法，磁通、转矩、功率呈现怎样的变化规率？并请用图形表示。

恒磁通调速（基频以下）U 1/f 1=常数，并补偿定子电阻损耗。 恒功率调速（基频以上）升高电源电压时不允许的，

f 1

Φm =K

E g 0

f T f

带定子电压补偿的U 1/f 1=K

φ

φm

U1

fn

Un

n

T

在频率上调时，只能保持电压不变。

频率越大，磁通就越小，类似于直流电动机的弱磁增速。

问题3-4：正弦波恒流供电时交流异步电动机变频调速系统的机械特性有何特点？

①与恒压频比控制的机械特性相似，有空载转矩点

和最大转矩点，

②恒流机械特性的最大转矩与ω1无关，

恒流变频时最大转矩不变，但改变定子电流时，

最大转矩与电流的平方成正比。

③由于L

σ1＜＜L m

，所以恒流机械特性的线性段

比恒压机械特性较平，而且最大转矩处很尖。

④恒流特性限制了定子电流I1，而恒压供电时

随着转速n降低电流I1会不断增大。

所以额定电流时T emax

∣I1=cont

比额定电压时T emax∣v1=cont小得多。但这并不影响恒流控制得系统承担短时过

载能力。因为过载时加大定子电流，以产生更大得转矩。

问题3-5：交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和

恒电流控制三种，其中恒磁通控制又称恒转矩控制。

问题3-6：如果在交流异步电动机变频调速系统采用恒转矩控制时，出现励磁电流急剧增加的现象

（实际上时由于电压补偿过多），导致系统不能正常工作，应采取的解

决办法有：适当增加定子电压U1和在开环系统上加电流负反馈，以

便限制定子励磁电流，（实际上，变为恒转矩负载加恒电流控制）。

问题3-7：已知一台异步电动机参数如下：P N＝3KW，U1N＝380V，I1N=7.5A，n N=1450r／min，电枢绕组电阻R1＝1.5Ω，R2＝0.823Ω。定子漏抗Lσ

1

=0.0038H，转子漏抗L’σ2＝0.00475H，励磁电感L m＝0.0968H，励磁

电阻R m＝1.49Ω，试计算：

①在U1/f1=C 方式控制下，f1=5Hz时U1 =?

② 在T emax =C 方式控制下， f 1=5Hz 时U 1 =?在f 1=5Hz 时，U 1/f 1=C 方式控制下，

T emax =?在f 1=50Hz 时，U 1/f 1=C 方式控制下， T emax =?

解： ① U 1/f 1=C 方式下，U 1/f 1= U 1P /f 1N= C 相电压

U 1=（f 1/ f 1N ）× U 1N =(5/50) ×380/3=22伏 ② T emax =C 方式，α= f 1/ f 1N =(5/50)=0.1

θ=X N /R=2πf1N(L σ1+ L ’σ2)/R 1=2×3.14[0.0038+0.00475]/ 1.5=1.778

γ=α[2

1

2

2

2

]1111

θ

θα

α

++++）（=0.257

U 1=γU 1N=γ×220=56.5伏>22伏

结论：恒转矩控制方式下，在f 1较低时提高了定子电压。

③ f 1=5Hz 时，U 1/f 1=C 方式控制下，n N =1450r ／min ，n ==1500r ／min ，为2对

磁极电机。

T emax-5=123f P n π}

)](2[{22'2112112

1σσπL L f R R U +++=15.2牛顿.米

④ f 1=50Hz 时，U 1/f 1=C 方式控制下

T emax-50=123f P n π}

)](2[{22'2112112

1σσπL L f R R U +++=100.8牛顿.米

结论：U 1/f 1=C 方式控制下，在f 1较低时应补偿了定子绕组压降，以提高最大转矩.。

问题3-8：从结构上看，静止式变频装置分为哪两类？

间接变频装置（交-直-交变频）直接变频装置（交-交变频）

问题3-9：什么是间接变频？按照控制方式不同，请画出三种间接变频的结构图，并说明其优缺点

先将交流经整流装置变成直流，再经过逆变装置变成交流，实现调压变频功能。

① 三相交流输入经晶闸管组成的可控整流变成直流实现调压，再由晶闸管组成的逆变器转换成交流实现变频。

优点：结构简单、控制方便。 缺点： 输入环节用可控整流，电压和频率较低时，电网的功率因数较小。 输出环节多由晶闸管组成的三相六拍逆变器（每周换流六次），输出的谐波较大。