变频调速原理ppt课件
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供电电压U1来间接控制反电势E1。 在通用变频器产品 中满，足下通图常的采配用合的关措系施。是低图频2中段U电1N压和补f偿1N法分，别使为U电1动与机f1
的额定电压和额定频率。
利用图2实现严格恒磁通的基本思路是以近似恒磁通
控制方式为基础， 在U1/f1=常数的基础上加一定的供 电电压U1提升，以补偿定子内阻压降对反电势E1的影 响， 使E1/f1=常数。
•
严格恒磁通控制方式下， 变频调速电动机的机械
特性如图3所示， 特性曲线族呈现恒转矩性质。 实际 补偿时， 必须根据不同参数的电动机运用不同的补偿
曲线才能取得理想的补偿效果， 补偿不足会造成拉力
不足， 过度补偿则会造成起动时电流过大。
• 此外， 在变频调速时， 如果将频率调到额定频率 以上（大于50 Hz）， 则不允许将供电电压比例上调，
U1只能保持在U1N不变， 因为所有的用电器都不允
许超过额定电压。
与n的关系：n=n1(1-S)
因此，只要平滑地调节异步电动机的定子供电频率
f1，就可以平滑调节异步电动机的同步转速n1。由于转 子是跟随旋转磁场同步旋转的，转子转速为n=n1(1-s)，
所以变频能通过同步转速的改变实现异步电动机的无级调 速。
表面看来， 只要改变定子电压的频率f1就可以调节转速的大 小， 但是事实上， 只改变f1并不能正常调速。 参考异步电
•
我们知道，电网提供的交流电是恒压恒频的，变频
器产品的作用是改变电源的频率和电压，对交流异步电
动机实现无级变速。变频调速技术是功率电子技术、微
电子技术与微机控制技术高度发展的产物， 在变频器—
交流电动机调速系统中，变频器具有升速快，无级变速
范围宽，动特性好等优点，而交流电动机又具有环境适
应性强， 维修简单，价格低等优势， 这使得变频调速技
U1≈E1=4.44f1K1N1Φ
式中： U1——定子相电压 E1——定子相电动势 N1——定子相绕组总匝数 K1——基波绕组系数 Φ——每极气隙磁通
假设现在只改变f1进行调速， 设供电频率f1上下调节， 而 供电电压U1不变， 因K1N1为常数， 则异步电动机的主磁 通Φ必将改变： 如f1向上调， 则Φ会下降， 这使得拖动转 矩T下降，
由上可知，只改变频率f1实际上并不能正常调速。 在 许多场合，要求在调节定子供电频率f1的同时，调节 定子供电电压U1的大小，通过U1和f1的不同配合实现
安全的调频调速。
• 1． 保持U1/f1=常数的近似恒磁通控制方式 • 由于Φ∝E1/f1≈U1/f1， 故调节三相异步电动机的
供电频率f1时， 按比例调节供电电压的U1的大小可以 近似实现Φ为常数。 以星形接法的电机为例， 变频调
因为T=CTΦI2 cosφ2 ，电动机的拖动能力会降低， 对恒转矩负载会因拖不动而堵转； 如f1向下调， 则Φ
会增强， 这会带来更大的危险， 因为电机铁磁材料的 磁化曲线不是直线而具有饱和特性， 设计电机时为了 建立更强的磁场， 其工频下的工作点已经接近磁饱和， 如再增强磁场势必引起励磁电流（体现在定子电流上） 急剧升高， 最终烧坏电机。
速时， 如供电50 Hz对应220 V相电压（一般为额定 点）， 则25 Hz需提供110 V相电压， 10 Hz需提供 44 V相电压。
n 额 定 压频 下
降 压 降频 下
O
T
图1 保持U1/f1=常数控制方式的机械特性
•
在机械特性上，保持U1/f1=常数的近似恒磁
通控制方式的机械特性曲线族体现为近似恒转矩性质，
如图1所示。
• 由机械特性曲线可以看出，U1/f1=常数调速方式在 低频低速运行时拖动力矩不足，显然，U1/f1=常数的
调速方式并不是真正的恒磁通调速，这是因为电动机
的 主 磁 通 Φ 与 E1/f1 成 正 比 例 ， 严 格 意 义 上 不 是 与 U1/f1成正比，外加电压U1只是在不计定子内阻时才近 似等于反电势E1。
异步电动机和变频调速原理
• 目前市场上， 实现交、直流电动机调速的驱动器产品
有多种， 就调速性能来说，无论对直流电动机还是对交 流电动机都可以实现十分优良的无级调速；但从电动机本 身的现场使用来说，交流电动机远优于直流电动机， 主 要原因在于直流电动机内部有碳刷和换向片，需要经常检 修，不能适用于恶劣的环境，耐压和容量也受限制。因此， 近年来交流电动机调速技术在使用上取得了绝对优势，在 交流电动机的各种调速技术中，异步电动机的变频调速技 术最具代表性。
• 当供电频率和电压变得较低时， 内阻的影响增大，
E1达不到要求值， 就出现了低速下拖动转矩明显不足 的问题。 解决这个问题的方法是采用E1/f1=常数的严
格恒磁通控制方式。
2． 保持E1/f1=常数的严格恒磁通控制方式 在三相异步电动机中，E1不是一个可以直接测量和控
制的物理量， 所以变频调速所能做的仍然是通过控制
术在机械、 钢铁、有色金属、矿山、 石油化工、纺织、
电力、建材、轻工、医药、造纸、 卷烟、 自来水等行业
中均获得广泛应用。
• 交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动 机的转速方程得出。转速方程如下所示：
n1
60 f1 p
式中：n——电动机的实际转速 f1——电动机定子绕组的供电频率 p—— S——转差率，表示定子旋转磁场的同步转速n1
低频低速运行时内阻压降较小，需要加强U1的补偿
量； 而额定工作点附近（50 Hz）内阻压降较小， 可 以不加补偿。
U /U 1 1N
1.0
大内阻 0.6
小内阻
无内阻 0.2
0wk.baidu.com
0.2
0.6
1.0 f / f 1 1N
图2 实现严格恒磁通的U1与f1配合关系
n
f1 N
U1N
f1＜f1N
O TT
m
图3 保持E1/f1=常数控制方式的机械特性
的额定电压和额定频率。
利用图2实现严格恒磁通的基本思路是以近似恒磁通
控制方式为基础， 在U1/f1=常数的基础上加一定的供 电电压U1提升，以补偿定子内阻压降对反电势E1的影 响， 使E1/f1=常数。
•
严格恒磁通控制方式下， 变频调速电动机的机械
特性如图3所示， 特性曲线族呈现恒转矩性质。 实际 补偿时， 必须根据不同参数的电动机运用不同的补偿
曲线才能取得理想的补偿效果， 补偿不足会造成拉力
不足， 过度补偿则会造成起动时电流过大。
• 此外， 在变频调速时， 如果将频率调到额定频率 以上（大于50 Hz）， 则不允许将供电电压比例上调，
U1只能保持在U1N不变， 因为所有的用电器都不允
许超过额定电压。
与n的关系：n=n1(1-S)
因此，只要平滑地调节异步电动机的定子供电频率
f1，就可以平滑调节异步电动机的同步转速n1。由于转 子是跟随旋转磁场同步旋转的，转子转速为n=n1(1-s)，
所以变频能通过同步转速的改变实现异步电动机的无级调 速。
表面看来， 只要改变定子电压的频率f1就可以调节转速的大 小， 但是事实上， 只改变f1并不能正常调速。 参考异步电
•
我们知道，电网提供的交流电是恒压恒频的，变频
器产品的作用是改变电源的频率和电压，对交流异步电
动机实现无级变速。变频调速技术是功率电子技术、微
电子技术与微机控制技术高度发展的产物， 在变频器—
交流电动机调速系统中，变频器具有升速快，无级变速
范围宽，动特性好等优点，而交流电动机又具有环境适
应性强， 维修简单，价格低等优势， 这使得变频调速技
U1≈E1=4.44f1K1N1Φ
式中： U1——定子相电压 E1——定子相电动势 N1——定子相绕组总匝数 K1——基波绕组系数 Φ——每极气隙磁通
假设现在只改变f1进行调速， 设供电频率f1上下调节， 而 供电电压U1不变， 因K1N1为常数， 则异步电动机的主磁 通Φ必将改变： 如f1向上调， 则Φ会下降， 这使得拖动转 矩T下降，
由上可知，只改变频率f1实际上并不能正常调速。 在 许多场合，要求在调节定子供电频率f1的同时，调节 定子供电电压U1的大小，通过U1和f1的不同配合实现
安全的调频调速。
• 1． 保持U1/f1=常数的近似恒磁通控制方式 • 由于Φ∝E1/f1≈U1/f1， 故调节三相异步电动机的
供电频率f1时， 按比例调节供电电压的U1的大小可以 近似实现Φ为常数。 以星形接法的电机为例， 变频调
因为T=CTΦI2 cosφ2 ，电动机的拖动能力会降低， 对恒转矩负载会因拖不动而堵转； 如f1向下调， 则Φ
会增强， 这会带来更大的危险， 因为电机铁磁材料的 磁化曲线不是直线而具有饱和特性， 设计电机时为了 建立更强的磁场， 其工频下的工作点已经接近磁饱和， 如再增强磁场势必引起励磁电流（体现在定子电流上） 急剧升高， 最终烧坏电机。
速时， 如供电50 Hz对应220 V相电压（一般为额定 点）， 则25 Hz需提供110 V相电压， 10 Hz需提供 44 V相电压。
n 额 定 压频 下
降 压 降频 下
O
T
图1 保持U1/f1=常数控制方式的机械特性
•
在机械特性上，保持U1/f1=常数的近似恒磁
通控制方式的机械特性曲线族体现为近似恒转矩性质，
如图1所示。
• 由机械特性曲线可以看出，U1/f1=常数调速方式在 低频低速运行时拖动力矩不足，显然，U1/f1=常数的
调速方式并不是真正的恒磁通调速，这是因为电动机
的 主 磁 通 Φ 与 E1/f1 成 正 比 例 ， 严 格 意 义 上 不 是 与 U1/f1成正比，外加电压U1只是在不计定子内阻时才近 似等于反电势E1。
异步电动机和变频调速原理
• 目前市场上， 实现交、直流电动机调速的驱动器产品
有多种， 就调速性能来说，无论对直流电动机还是对交 流电动机都可以实现十分优良的无级调速；但从电动机本 身的现场使用来说，交流电动机远优于直流电动机， 主 要原因在于直流电动机内部有碳刷和换向片，需要经常检 修，不能适用于恶劣的环境，耐压和容量也受限制。因此， 近年来交流电动机调速技术在使用上取得了绝对优势，在 交流电动机的各种调速技术中，异步电动机的变频调速技 术最具代表性。
• 当供电频率和电压变得较低时， 内阻的影响增大，
E1达不到要求值， 就出现了低速下拖动转矩明显不足 的问题。 解决这个问题的方法是采用E1/f1=常数的严
格恒磁通控制方式。
2． 保持E1/f1=常数的严格恒磁通控制方式 在三相异步电动机中，E1不是一个可以直接测量和控
制的物理量， 所以变频调速所能做的仍然是通过控制
术在机械、 钢铁、有色金属、矿山、 石油化工、纺织、
电力、建材、轻工、医药、造纸、 卷烟、 自来水等行业
中均获得广泛应用。
• 交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动 机的转速方程得出。转速方程如下所示：
n1
60 f1 p
式中：n——电动机的实际转速 f1——电动机定子绕组的供电频率 p—— S——转差率，表示定子旋转磁场的同步转速n1
低频低速运行时内阻压降较小，需要加强U1的补偿
量； 而额定工作点附近（50 Hz）内阻压降较小， 可 以不加补偿。
U /U 1 1N
1.0
大内阻 0.6
小内阻
无内阻 0.2
0wk.baidu.com
0.2
0.6
1.0 f / f 1 1N
图2 实现严格恒磁通的U1与f1配合关系
n
f1 N
U1N
f1＜f1N
O TT
m
图3 保持E1/f1=常数控制方式的机械特性