3.1 章 交流变频调速系统原理

E
1
4.44 f
1
k
1 1
1
m

如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子的外加
电压，即
U
1
E1 C1 f

m
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式中：C1为常数，C1=4.44ω 1k1 。 因此，若定子的供电电压U1保持不变，则气隙磁通Ф m将会随频
率变化而变化。

一般在电动机设计中，为了充分利用铁芯材料，通常把磁通的
数值选为接近磁路饱和值。如果频率f1从额定值（通常为50Hz）往
下降低，则磁通会增加，从而造成磁路过饱和，使励磁电流增加。
这将使电动机带负载能力降低，功率因数变坏，铁耗损增加，电动 机过热，这是不允许的。反之，如果频率从额定值往上升高，则磁
通将会减少，由异步电动机的转矩公式 T e C mm I 2 cos 2 可以看出，
磁通Ф m的减少势必导致电动机允许输出转矩Te的下降，
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使电动机的利用率降低，在一定的负载下有过电流的危险。为
此通常要求磁通保持恒定，即Ф m＝常数。为了保持磁通Ф m恒定，必 须使定子电压和频率的比值保持不变，即

U U C f f' 式中：U’1、f’1为变化后的定子电压和频率；C为常数。
电阻所引起的压降影响。
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U1/f1为常数时电动机调频的机械特 性曲线
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恒通调整时，利用函数发生器的补 偿特性曲线
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采用PAM控制的调速系统原理图
(a)采用相位控制的电压调节
(b)采用斩波器控制的电压调节
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采用PWM控制变频器的原理图及PWM 波形
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采用U/f比例控制的调速系统图
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逆变器输出波形（电压、电流）
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同时关断的晶闸管PWM型逆变器主 电路
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模拟正弦波参考信号SPWM型变频 调速系统
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U／f变换器及三相方波发生器实际 电路
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三相方波及其状态
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三角波、正弦波发生器实际电路
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电路中各点的波形
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“△”脉宽调制电路
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变频器容量选择(驱动单台电动机)
1 1 1 1
'

这就要求定子电压随频率成正比变化。上式就是恒磁通控制方
式所要遵循的协调控制条件。在满足这个条件的前提下，由异步电 动机的转矩表达式可知， I cos 等于电动机的转子额定有功电流，
2 2
当Ф m维持不变时，那么电动机的输出转矩也是恒定的，可以获得恒
转矩调速特性。
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第3章 变频调速原理


交流变频调速的基本控制方式
要实现交流变频调速，其基本的控制方式有三种，即恒磁通控
制方式、恒电流控制方式和恒功率控制方式。

1．恒磁通控制方式及其特性 在进行电动机调速时，通常要考虑的一个重要因素是，希望保
持电动机中每极磁通量为额定值，并保持不变。这样才能充分发挥 电动机的能力，即充分利用铁芯材料，充分利用绕组达到额定电流， 尽可能使电动机的输出达到额定转矩或最大转矩。如果磁通太弱， 没有充分利用电动机的铁芯，这是一种浪费；如果过分增大磁通， 又会使铁芯饱和，
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变频器容量选择(驱动多台电动机)
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变频器内部原理框图
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变频器恒压供水系统。
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一用一备变频器恒压供水系统主电 路
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变频器恒压供水系统接线图
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因此，此种采用保持气隙磁通Ф m恒定的交流调速系统，只适用
于调速范围不大的负载。

对于要求调速范围大的恒转矩性质的负载，希望在整个调速范
围中维持最大转矩不变，欲保持磁通Ф m的恒定，应满足E1/ f1＝常 数的关系。但由于电动机的感应电动势E1难以测得和控制，故在实
际应用中通常在控制回路加入一个函数发生器，以补偿低频时定子
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异步电动机的等效电路图和电路矢 量图
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脉宽调制式(PWM)变频器电路原理 示意图
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单相逆变器主电路图
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单相逆变器波形图
(a) 180PWM型输出电压波形 (b) PWM型输出电压波形
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正弦波脉宽调制波形
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双极性三相正弦波脉宽调制波形
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三极管通用型三相PWM型逆变器主 电路
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从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动
机。对于直流电动机，因为励磁是独立的，所以只要对电枢反应的 补偿合适，保持Ф m的不变是很容易做到的。但在交流异步电动机中， 磁通是定子和转子的磁动势合成产生的，怎样才能保持磁通恒定， 是需要进行认真研究的。

1）维持气隙磁通Ф m的恒定 异步电动机定子绕组的感应电动势为

在定子供电电源频率较高时，电动机的最大转矩近似保持恒定，
机械特性曲线斜率变化很小。若保持U1/ f1=C不变，异步电动机的 机械特性是一簇平行的曲线，但最大转矩将随频率f1的降低而减少， 当频率较低时，机械特性曲线斜率及最大转矩变化较大。从物理概 念上来说，低频时机械特性斜率的加大以及最大转矩的下降，是由 于定子绕组内阻上引起的电压降在低速时相对影响较大，无法保持 电动机气隙磁通为恒值而造成的。故低频启动时，启动转矩也将减 少，甚至不能带负载。