交流电动机变频调速基础概要
变频调速知识
变频调速知识第一节交流变频器的基本概念掌握交流变频调速各种基本控制方式的含义和特点掌握变频调速系统的控制规律·n=60f/p一、交流变频调速的控制方式三相异步电动机变频调速的控制方式有恒磁通控制方式、恒电流控制方式和恒功率控制方式三种。
1．恒磁通控制方式在电动机调速时，都希望保持电动机中每极磁通量为额定值不变。
磁通太弱，电动机的铁心没有得到充分利用，是一种浪费；若增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。
直流电动机进行调速时，由于励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，保持磁通的不变是很容易做到的。
但在交流异步电动机中，磁通是由定子和转子的磁动势合成产生的，比直流电动机的情况要复杂很多。
计算三相异步电动机定子绕组每相的感应电动势有效值的为：E=4.44 ?l Nl K Φm式中?1--定子频率；N1——定子每相绕组串联匝数；K-基波绕组系数；Φm-每极气隙磁通。
根据上式可知，若要保持瓯不变，则当频率f从额定频率?1。
向下调节时，必须同时降低Eg，使Eg/?1=常数。
在电动势较高时，可以忽略定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子外加电压，U1≈E。
因此，如果定子供电电压u不变，只改变?进行变频调速，将引起气隙磁通瓯的变化，出现励磁不足或励磁过剩的现象。
当频率?1从额定值(通常为50 Hz)往下降低，磁通会增加，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，铁损增加，电动机过热，这种情况是电动机实际运行所不允许的。
反之，如果频率?从额定值往上升高，磁通将减少，同样的转子电流下将使电动机输出转矩Te下降，电动机的负载能力下降，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Φm一常数。
为了保持磁通恒定，必须使定子电压和频率的比值保持不变，即：U1 / ?1 = C称为恒磁通控制方式在频率变化过程中Φm始终保持恒定，所以称为恒磁通控制方式，又由于电压与频率的比值也保持恒定不变，也称为恒压频比控制方式，相当于直流电动机调压调速的情.属于恒转矩调速。
交流变频调速概述
由于课时所限，主要介绍鼠笼式感应电动机的调速，而对于永 磁同步电动机的调速，有时间会简单介绍。
3.为何要进行变频调速 感应电动机有哪几种调速方式？鼠笼式感应电动机有哪几种调速 方式？绕线式感应电机呢？
电机正常运行时，定子电流不会超过额定电流，定子漏阻抗的 压降最大值一定。供电频率较高时，定子端电压也较高，定子 漏阻抗上的压降相对值较小，可以忽略，低频时，不可忽略， 恒压频比已不能保证恒磁通，须加定子电压补偿。
三、基频以上调速（弱磁调速）
基频就是指电机的额定频率
根据恒压频比调速的关系：
U s U sN C f1 f1N
如何才能保持磁通不变？
二、保持气隙磁通m 不变的原理
Rs
Is Us
Lls
Rr'
I0
Eg Lm
L'lr
1 S S
R r'
Eg 4.44 f1NskNsm
要保持气隙磁通不变， 需保证每相气隙电动势 与频率之比不变，即：
Eg C f1 也就是说，要在改变频率的同时，成比例地改变 Eg
Eg 无法直接控制，可以直接控制的只有U s，但如果忽略定子漏
直流电机的不足主要是换向器， 机械的磨损使得换向器必须经常 检修，换向火花使其不能运行在 易燃易爆及粉尘多的场合，换向 能力限制了其容量和速度。
交流电动机主要有两类：感应电动机和同步电动机。
感应电动机可根据转子结构的不同分为鼠笼式和绕线式两种。 其中，鼠笼式感应电机在工业生产中应用最广。以它为核心 的调速系统是本课程的主要内容。
第六章交流电动机调速及变频原理
第六章 交流电动机调速及变频原理
第六章交流电动机调速及变频原理
交流电动机调速系统
教学内容
6.1 交流异步电动机调速的基本类型 6.2 三相异步电动机的变频调速原理 6.3 通用变频器的基本结构与控制方式
第六章交流电动机调速及变频原理
交流电动机调速系统
学习目标
了解交流电动机调速的3种基本方法。 掌握通用变频器的基本结构及变频原理 。 理解通用变频器的各种分类方法和控制方式 。
第六章交流电动机调速及变频原理
交流电动机调速系统
交流调速系统的主要类型
交流电机主要分为异步电机（即感 应电机）和同步电机两大类，每类电机 又有不同类型的调速系统。
现有文献中介绍的异步电机调速系 统种类繁多，可按照不同的角度进行分 类。
第六章交流电动机调速及变频原理
交流电动机调速系统
6.1 交流异步电动机调速的基本类型
交流电动机调速系统
变极时，调换相序，以
目前，我国多极电动机定子绕组联绕方保证式变常极用调的速有以后两，种电： 一种是从星形改成双星形，写作Y/YY动，机如转图动6方-3向所不示变；。
Y-YY后,电动机极数减少一半,转速增大一倍,即 nYY 2n，Y 容许输出功率增大 一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适 用于恒转矩负载。
带来不少的效益。
由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流 电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。 20世纪70年代初发明了矢量控制技术，通过坐标变换，把 交流电机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用来分别 控制电机的转矩和磁通，就可以获得和直流电机相仿的高动 态性能。 又出现了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列 高性能交流调速系统和交流伺服系统。
交流电机变频调速原理
交流电机变频调速原理交流电机变频调速原理引言：交流电机是现代工业生产中广泛使用的一种电动机，其工作原理是根据电流的方向和大小来控制转子的运动方式。
然而，交流电机的转速、效率和精确度往往受到电源频率的限制。
为了克服这些限制，交流电机变频调速技术应运而生。
本文将深入探讨交流电机变频调速的原理、应用和优势，并分享个人对这个主题的观点和理解。
一、交流电机基础知识1.1 交流电机的原理交流电机是一种以电动力为动力，通过转子和定子的相互作用来实现动力转换的设备。
它是利用交流电流的方向和大小来控制转子的旋转速度和方向。
1.2 交流电机的分类交流电机主要分为感应电机和同步电机两类。
感应电机是最常见的交流电机，适用于大多数家用电器和工业设备。
同步电机则适用于高精度运动控制和同步功率传输场景。
二、交流电机变频调速原理2.1 变频调速的概念交流电机变频调速是一种通过改变电源频率来控制电机转速的技术。
它通过将交流电源的频率进行调整，改变电机转子的运动方式，从而实现对电机速度的精确控制。
2.2 变频器的工作原理变频器是交流电机变频调速系统中的核心设备。
其工作原理是将电源的交流电转换为直流电，然后再将其转换为可调频率和可调幅度的交流电。
这样，就能够实现对电机转速的精确控制。
2.3 变频调速的优势交流电机变频调速具有如下优势：- 比传统调速技术更加节能高效，可以根据实际需求调整电机转速，避免能耗的浪费。
- 减小了机械设备的开停次数，延长了设备的使用寿命。
- 实现了电机的平稳启动和停止，减轻了电机的冲击和振动。
- 提高了系统的控制精度和变速范围，更好地适应不同负载和工艺要求。
三、交流电机变频调速的应用3.1 工业生产中的应用交流电机变频调速广泛应用于工业生产中，如风机、泵站、中央空调系统等。
它们的调速需求较高，变频调速技术能够满足这些需求，并提高生产效率和降低能源消耗。
3.2 家用电器中的应用变频调速技术在家用电器中也有广泛应用，如洗衣机、空调和冰箱等。
交流电机变频调速原理及应用
变频时, 输出电压也要配合改变，因此，变频调速系统常更 0
I mN
全面地被称为变压变频（VVVF）调速系统。
1
s
s
r2
H Im
2．基频以下调速时的电压控制方式
异步电动机在变频调速时，主导变量是频率 f1
常用的电压配合控制方式有如下三种：
（1）恒压频比控制 U1 f1C
20世纪70年代，研究开发高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。 同期，电力电子技术、大规模集成电路、各种控制理论、计算机控制技术的 飞速发展，为交流调速电力拖动的发展创造了有利条件。
20世纪80年代，原有的交直流调速拖动系统的分工格局被逐渐打破。
20世纪90年代，交流调速系统已经占到了调速系统的主导地位。 目前的许多交流调速系统在装置容量上、动静态性能上、可四象限运
2 异步电动机调压调速系统（交调系统）
2.1 异步电动机调压时的开环机械特性
异步电动机的固有机械特性方程
S 恒转矩负载
0
风机泵类负载 Tl 2
Sm 0.5U1N
A
B 0.707U1N
1
Tl1
1.0U1N
T
Tm
低转差率电动机调压调速时的 开环机械特性
T
3pU12R2/s
1R1R2/s2x1x22
T U2 ，为减小损耗，电动机在额
无刷直流电动机 开关磁阻电动机 直流无换向器电动机 交流无换向器电动机
无刷直流电动机及 开关磁阻电动机都满足 “定子电流的频率与转 速有严格比例关系”的 条件，所以也把它归入 同步电动机。
交流调速系统的分类
电动机类别
调速原理
交流电动机变频调速
第一节变频调速技术的发展及应用近十年来，随着电力电子技术、微电子学、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电力传动领域正发生着交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术的革命。
交流变频调速以其优异的调速和起、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，被国内外公认为最有发展前途的调速方式，成为当今节电、改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
一、我国变频调速技术的发展概况在电气传动领域，人们关心的是如何合理地使用电动机以节约电能和有目的地控制机械的运转状态（位置、速度、解速度等），在实现电能-机械能之间的转换过程中达到优质、高产、低能的目的。
近几年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术，是交流调速的基础和主干内容，其根本原因在于变频调速在节能和调速特性等方面优良的特性优于其他调速方式，当然，电力电子器件发展、计算机技术、自动控制技术的迅速发展也为它的实现提供了基础。
我国关于变频器的研究开始于20世纪60年代初期，当时典型的技术是交-交变频器供电的交流变频调速传动；继此之后80年代主体技术为电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动；从90年代中期至今，随着电力电子器件、调速技术以及控制技术的发展，BJT（IGBT）PWM逆变器供电的交流变频调速传动空前发展，并得到广泛的应用。
目前国内变频调速方面主要的产品状况如下。
（1）在中、小功率变频调速中主要是IGBT的PWM逆变器供电的交流变频调速设备。
产品应用的范围从单机到全生产线；控制方式从简单的U/f控制到高调速性能的矢量控制，但目前U/f控制占主体，矢量控制数量还较少。
（2）电流源型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。
（3）交-交变频器供电的交流变频调速设备。
二、国外变频调速技术的现状当前国外交流变频调速技术高速发展，主要有以下几个特点：（1）近几年来不断涌现出SCR，GTO，IGBT，IGCT等高电压、大电流的大功率电力电子器件以及大功率器件的并联、串联技术的发展应用，使得高电压、大功率变频器产品的生产及应用得到很大的发展。
交流电动机的变频调速技术
交流电动机的变频调速技术摘要：交流电动机在现代工业生产、机械制造以及其他多个领域中具有重要的作用，主要是通过电能驱动提供动力，从而带动其他机械设备运行。
为了降低交流电动机运行能耗，同时对其运行速度进行自动化调控，变频调速技术逐渐开始应用，将其与交流电动机进行结合，能够起到良好的控制效果，所以需要掌握该技术的关键应用要点。
因此，本文将对交流电动机的变频调速技术方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，以期能够对相关人员有所帮助。
关键词：交流电动机；变频调速；技术优势；具体应用；优化措施在现代控制理论快速发展的背景下，交流电动机控制模式得以全面创新，多项先进技术的应用，使得交流电动机控制技术不断取得突破，其中变频调速技术的广泛应用，使得具有变频调速功能的交流电动机逐渐取代了直流伺服电动机，成为当前交流电动机的市场主流产品。
通过采用变频调速技术，不仅能够对其控制模式进行优化，实现自动化控制，使得电动机运行效率提高，还能够有效降低交流电动机运行能耗，具有良好的节能效果，为此成为交流电动机相关技术的主要发展方向。
1变频调速技术简要介绍在现代科学技术发展的推动下，受到自动化技术发展的影响，变频调速技术开始应用，在该技术运用过程中，能够对电机转速与电源频率进行按照一定比例进行控制，实现对电机设备的调控目的。
在交流电动机控制领域中，之前主要采用直流伺服电动机，虽然这种电动机控制模式具有许多优势，但是在自动化技术的影响下，直流控制模式的许多问题逐渐暴露，比如控制效率较低、能耗水平较高等，为此变频调速技术逐渐开始应用；变频调速技术不仅能够对电动机运行功率进行调节，还能够起到无功补偿的问题，进而降低无功损耗，具有良好的应用效果，符合现代交流电动机运行的基本需求。
变频调速技术能够对交流电动机的供电频率进行调节，主要是通过分析传感器获取的参数，按照电动机的实际需求对运行功率进行调节，避免其长期处于过高或过低的运行状态，能够全面延长交流电动机使用寿命；变频调速节能技术的应用，能够对交流电动机的交流频率进行调节，最终实现节能能源的目标[1]。
交流电机变频调速及其应用异步电动机变压变频调速理论基础课件
变压变频调速的原理
变压变频调速是通过改变电动机输入 电源的电压和频率，从而改变电动机 的转速。
VS
在异步电动机中，转矩与磁通和电流 成正比，而转速与磁通和电源频率成 正比。通过改变电源频率，可以改变 电动机的同步转速；通过改变电压， 可以改变电动机的输出转矩。因此， 通过同时改变电源频率和电压，可以 实现异步电动机的平滑调速。
变频器的种类繁多，按控制方式可分为V/f控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制 等。在实际应用中，应根据异步电动机的性能和调速要求选择合适的变频器。
03
交流电机变频调速的应 用
工业自动化领域的应用
自动化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ产线
交流电机变频调速技术用于自动 化生产线，实现生产线的速度控 制和精确位置控制，提高生产效 率和产品质量。
变压变频调速的实现方法
变压变频调速的实现需要使用变频器。变频器是一种将固定频率的交流电转换为可变频率和 可变电压的交流电的电力电子装置。
变频器主要由整流器、滤波器、逆变器和控制器等部分组成。整流器将输入的交流电转换为 直流电，滤波器将直流电中的交流成分滤除，逆变器将直流电转换为可变频率和可变电压的 交流电，控制器则根据需要调节逆变器的输出。
工业机器人
在工业机器人中，交流电机变频 调速技术用于关节驱动，实现机 器人的灵活运动和精确控制。
空调系统的应用
节能降耗
通过交流电机变频调速技术，实现对 空调系统的冷量或热量输出进行精确 控制，降低能耗和运行成本。
舒适性提升
交流电机变频调速技术能够实现空调 系统的平稳运行，减少噪音和振动， 提高室内环境的舒适性。
电梯系统的应用
平稳运行
交流电机变频调速技术能够实现电梯系统的平稳加速和减速，提高乘坐舒适性 。
变频调速原理及概述
变频调速原理及概述异步电机调速系统的种类很多，但是效率最高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。
变频调速是以变频器向交流电机供电，并构成开环或闭环系统，从而实现对交流电机的宽范围内无极调速。
变频器可把固定电压、固定频率的交流电压变换为可调电压、可调频率的交流电。
在变换过程中。
没有直流环节的称为交-交变频器，有中间直流环节的称为交-直-交变频器。
由直流电变为交流电的变换器称为逆变器。
目前应用最广的是交-直-交变频器，通常由整流器、中间直流储能电路和逆变器三部分组成。
人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动，除变频以外的另外一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展的如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。
变频器的发展：近二十年来，以功率晶体管GTR为逆变器功率元件、8位微处理器为控制核心、按压频比U/f控制原理实现异步机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步。
其一，是所用的电力电子器件GTR以基本上为绝缘栅双极晶体管IGBT所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块IPM，使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高。
其二，是8位微处理器基本上为16位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU，使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能。
其三，是在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现调速，还可进行伺服控制。
交流变频调速基本知识
任务1 三相异步电动机的调速方法
2.1 三相异步电动机的调速方法
根据三相异步电动机的转速公式为
n6p0f1(1s)n1(1s)
调节三相异步电动机的转速有三种方案。 1）转差率调速 2）改变电动机的极对数 3）变频调速
三相异步电动机的调速方式
异步电动机的调速原理
类别 比较项目
换能形式
换流方式
交-直-交变频器
两次换能，效率略低 强迫换流或负载谐波换流
交-交变频器
一次换能，效率较高 电源电压换流
装置元器件数量 元器件数量较少
元器件数量较多
调频范围 电网功率因数
2.1.3 变频调速
在进行电动机调速时，常须考虑的一个重要因素就是：希望保持电动机 中每极磁通量为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电动机的 铁心，是一种浪费，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动机。
三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为
2.1.2 变极调速
因为异步电动机磁极对数只能成倍改变，因此变极调速是有级调速而 不是平滑无级调速。
改变磁极对数有两种方法，一种是在定子上装两套各具有不同级数的 独立绕组，另一种是在一个绕组上用改变绕组的连接来改变磁极对数。
变极调速中，当定子绕组的连接方式改变的同时，还需要改变定子绕 组的相序；即倒换定子电流的相序，以保证变极调速前后电动机的转向 不变，即要求磁通旋转方向不变。
为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率f1时，保持U1/ f1为 常数，使气隙每极磁通φm为常数，应使电压和频率按比例的配合 调节。
n
n0 N
f1N＞f11＞f12＞f13 a） 基频以下调速（U1/f1=常数） f1N
变频调速原理及概述
变频调速原理及概述异步电机调速系统的种类很多，但是效率最高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。
变频调速是以变频器向交流电机供电，并构成开环或闭环系统，从而实现对交流电机的宽范围内无极调速。
变频器可把固定电压、固定频率的交流电压变换为可调电压、可调频率的交流电。
在变换过程中。
没有直流环节的称为交-交变频器，有中间直流环节的称为交-直-交变频器。
由直流电变为交流电的变换器称为逆变器。
目前应用最广的是交-直-交变频器，通常由整流器、中间直流储能电路和逆变器三部分组成。
人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动，除变频以外的另外一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展的如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。
变频器的发展：近二十年来，以功率晶体管GTR为逆变器功率元件、8位微处理器为控制核心、按压频比U/f控制原理实现异步机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步。
其一，是所用的电力电子器件GTR以基本上为绝缘栅双极晶体管IGBT所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块IPM，使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高。
其二，是8位微处理器基本上为16位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU，使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能。
其三，是在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现调速，还可进行伺服控制。
交流电动机及变频调速技术
交流电动机及变频调速技术周国兴教授交流电动机及变频调速技术周国兴教授第一章 交流电动机与电力拖动基础知识第一节 交流电机的工作原理 -----异步电动机和同步电动机一．三相异步电动机旋转速度为：pfn 601=图1 异步电动机旋转方向由A,B,C 相序而变。
②表示为鼠笼，感应出电势 e 2=BL v,方向右手定则判断。
2i 2BLi F =(左手)，产生力矩使转子跟随旋转磁场方向，旋转速度为12n n <，所以叫异步电机。
①三相交流电U aU b U c三相对称绕组a ib i ci 旋转磁场Φm当Hz f 50= 321===p p p分转分转分转/1000/1500/3000111===n n n若12n n =，02=e ，02=i ，就没有力矩了。
所以12n n <， = 21n n - 转差率：%100121⨯-=n n n s ，如%410009601000=-二．三相同步电机这种电动机定子与异步电动机一样，只是将转子表面贴有（或嵌有）永磁铁（铷铁硼）。
因此，转子就没有滑环和电刷了。
见图3。
因为同步电动机的特性好，再加上永磁的磁场可以设计得较高，因此同步电动机的功率密度可以做得较大。
也就是同容量的永磁同步电动机比异步电动机小很多。
另外，可以做成多极，扁形，适宜制成低速大力矩的无齿轮系统，目前已广泛用于电梯。
如 通力电梯中 16极，P=8 ,m p r n n ..10021==.n 定子与异步电机一样为三相对称绕组。
ai b i c i 旋转磁场Φm 转子为直流励磁的电磁铁。
如图示： 因此，转子就跟随定子旋转磁场，以同样的速度n1旋转，所以叫同步电动机。
这种转子励磁的同步电机，目前主要用于发电机，及大功率的同步电动机。
目前有一种转子为永磁的同步电动机，称为永磁同步电动机，在中小功率和伺服电机方面发展很有前途。
图3 图2所以 Hz n p f 03.1360100860.1=⨯==（变频器输出） 这样的电梯曳引机就没有齿轮箱了。
电动机调速、交流电动机变频调速
电动机调速、交流电动机变频调速黄学良（东南大学）一、电动机为什么要调速？电动机需要调速主要是由于电动机所服务的对象不同而提出的要求，因为不同的生产机械要求有不同的运行运度，甚至一台生产机械在不同的生产过程时需要不同的运行速度。
例如，轧制不同钢种或不同规格的钢材时，要求以不同的速度进行轧制，这就要求我们根据生产工艺的要求，来改变电机拖动系统的运转速度；例如，中央空调系统根据制冷或制热量的不同，要求调节压缩机的运转速度，等等。
这些也就是工程上所讲的调速问题。
联系到我们熟悉的风机和水泵，按生产和工艺要求，希望调节风量与流量，按理讲应该调节电动机的转速，但我们在许多场合中看到的是利用挡板阀门或者放空的办法来调节风量或流量，为什么不能调节电动机的转速，这是牵涉到很复杂的技术问题。
二、电动机调速与节能的关系以大家熟悉的风机和水泵为例，来说明电动机调速与节能之间的关系。
风机和水泵都是流体机械，流体机械的转速变化与其流量、压力和功率之间的变化有如下的关系：上述式子中Q1、H1、P1分别代表转运n1时的流量、压力、功率。
Q2、H2、P2、分别代表转速n2时的流量、压力、功率。
即流量与转速的一次方成正比：压力与转速的平方成正比；功率与转速的三次方成正比。
由此可见，当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所消耗的功率将降低很多。
例如：当转速降到80%时，流量减少到80%，而轴功率却下降到额定功率的（80%）3≈51%；若流量需减少到40%，则转速相应减少到40%，此时轴功率下降到额定功率的（40%）3≈6.4%。
从下图所示调节流量的H－Q特性曲线上也能清楚地看出调速与节能的关系。
风机（水泵）原来工作在A点，风量为Q1、风压为H1、转速为n1。
现需将风量由Q1调到Q2。
要实现此调节，无外乎两种方法：第一种方法是保持电机转速不变，通过调节风门来调节流量。
此时风机的对H-Q诗性曲线不变，仍为H1-Q。
而风门发生变化，即管路的阻力特性发生了变化，回原来的h1-Q调至h2-Q（即管路阻力增加）。
交流电动机的调速方法
交流电动机的调速方法一、调速方法简介交流电动机的调速方法是指通过改变电动机的电源或控制系统的参数，实现对电动机转速的调节。
调速方法的选择取决于电动机的应用场景和要求。
二、主要调速方法2.1 换频调速换频调速是通过改变电动机供电频率，改变电动机的转速。
常见的换频调速方法有：1.脉宽调制技术：通过控制逆变器的脉宽，改变输出电压的占空比，从而改变交流电源频率。
2.变频器调速：通过控制变频器输出的频率和电压，实现对电动机的调速。
3.直接交流供电调速：在电源端改变供电频率，实现对电动机的调速。
2.2 变绕组调速变绕组调速是通过改变电动机绕组的接线方式，改变电动机的极对数，从而改变电动机的转速。
常见的变绕组调速方法有：1.变极调速：通过改变电动机绕组的接线方式，实现对电动机的调速。
2.变压调速：通过改变电动机绕组的接线方式，实现对电动机的调速。
2.3 变阻调速变阻调速是通过改变电动机的外接电阻，改变电动机的转速。
变阻调速主要适用于小功率电动机。
常见的变阻调速方法有：1.外接电阻调速：通过在电动机线路中串联外接电阻，改变电动机的转速。
2.变压器调速：通过改变电动机端子上的额定电压，实现对电动机的调速。
三、调速方法的比较在选择交流电动机的调速方法时，需要综合考虑以下因素：1.调速范围：不同的调速方法对于转速范围的适应性不同，需要根据实际需求选择合适的调速方法。
2.精度要求：不同的调速方法对转速精度的要求不同，需要根据应用场景的精度要求选择合适的调速方法。
3.能耗效率：不同的调速方法对电动机的能耗效率影响不同，需要考虑能耗效率和节能要求。
4.成本：不同的调速方法的成本也有差异，需要综合考虑成本因素。
四、调速方法的应用交流电动机的调速方法在各个行业中都有广泛的应用，例如：1.工业领域：交流电动机的调速方法广泛应用于工厂的生产线、机械设备等，实现对生产过程的精确控制。
2.交通运输领域：交流电动机的调速方法应用于电动车、高铁等交通工具，实现对车速的调节和控制。
交流变频调速基本原理
交流变频调速基本原理一．异步电动机概述1．异步电动机旋转原理异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。
⑴磁场以n0转速顺时针旋转，转子绕组切割磁力线，产生转子电流⑵通电的转子绕组相对磁场运动，产生电磁力⑶电磁力使转子绕组以转速n旋转，方向与磁场旋转方向相同2．旋转磁场的产生旋转磁场实际上是三个交变磁场合成的结果。
这三个交变磁场应满足：⑴在空间位置上互差2π/3 rad电度角。
这一点，由定子三相绕组的布置来保证⑵在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）。
这一点，由通入的三相交变电流来保证3．电动机转速产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。
因此，转子的转速n必须低于定子磁场的转速n0，两者之差称为转差：Δn＝n0－n转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率：s＝Δn / n0同步转速n0由下式决定：n0＝60 f / p式中，f为输入电流的频率，p为旋转磁场的极对数。
由此可得转子的转速n＝60 f（1－s）/ p二．异步电动机调速由转速n＝60 f（1－s）/ p可知异步电动机调速有以下几方法：1．改变磁极对数p （变极调速）定子磁场的极对数取决于定子绕组的结构。
所以，要改变p，必须将定子绕组制为可以换接成两种磁极对数的特殊形式。
通常一套绕组只能换接成两种磁极对数。
变极调速的主要优点是设备简单、操作方便、机械特性较硬、效率高、既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；其缺点是有极调速，且极数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合。
2．改变转差率s （变转差率调速）以改变转差率为目的调速方法有：定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速、串极调速等。
⑴定子调压调速当负载转矩一定时，随着电机定子电压的降低，主磁通减少，转子感应电动势减少，转子电流减少，转子受到的电磁力减少，转差率s增大，转速减小，从而达到速度调节的目；同理，定子电压升高，转速增加。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6
第6章、交流电动机调速
一、变压变频调速控制基础 （一）变压变频的基本控制方式
E g4.4f4 1N skN SΦ m
1．基频以下调速
E g 常值 f1
恒压频比的控制方式
U s 常值
f1
7
第6章、交流电动机调速
但是不，再在能低忽频略时。这U时和s ，需E要g 都人较为小地，把定电子压阻抗压U降抬s所高占的一份些量，就以比近较显著，
特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。 ③恒 Er 1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，比 较理想。按照转子全磁通恒定进行控制，即得＝恒值，在动态中 也尽可能保持恒定是矢量控制系统要实现的目标，当然实现起来 是比较复杂的。
13
第6章、交流电动机调速
3．基频以上恒压变频时的机械特性
似地补偿定子压降。
Us U sN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
f1
8
第6章、交流电动机调速
2．基频以上调速
在基频以上调速时，频率应该从向上升高，但定子电 压却不可能超过额定电压，最多只能保持，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。把基频以下和基频以上两种情况的控制特性 画在一起
、L ls
L
' lr
ห้องสมุดไป่ตู้
Lm 为定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感；
为定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励磁电感；
Us
、1 为定子相电压和供电角频率；
s为转差率。
4
第6章、交流电动机调速
TeP m m 13n1pIr'2R sr'
3npUs2Rr' /s
1RsR sr' 2
12LlsL'lr 2
三、三相异步电动机的机械特性
恒转矩负载特性
n
n0
A
D
sm
CB
E
0.5U sN
0.7 U sN
F
U sN
风机类负载特性
O
TL
5
T emax T e
第6章、交流电动机调速
sm
Rr'
Rs2 12(Lls L'lr)2
Tema x
21[Rs
3npUs2 Rs212(LlsL'lr)2]
第四节 三相异步电动机的调速
质量不断提高。
15
第6章、交流电动机调速
三、转差频率控制的交流调速系统
Is
s
ASR
1
Us
Usa 电
PWM Usb
压 型
M
1
Usc
逆 变
3~
器
FBS 16
第6章、交流电动机调速
四、矢量控制的交流调速系统
A B C
iA iB iC
i 3/2 i
it1 等效直流
VR im1 电机模型
异步电动机
17
第6章、交流电动机调速
n
n0c
1c
n0b
1b
n0a
1a
n0N
1N
1N < 1a < 1b < 1c 恒功率调速
O Te
14
图2-12 基频以上恒压变频调速时的机械特性
第6章、交流电动机调速
二、转速开环恒压频比交流调速系统－通用变频器
斜 坡 函 数
f*
t 工 作 频 率 设 定升 降 速 时 间 设 定
U /f曲 线
u 电 压 补 偿 设 定 f
脉 冲 发 生 器
f
驱 动 电 路
u
PWM产 生
通用变频器是根据异步电动机稳态模型来涉及其控制系统，
为了实现电压－频率协调控制，它采用转速开环恒压频比
带低频电压补偿的控制方案。主要可以应用在和通用的笼
型异步电机配套使用，同时具有多种可供选择的功能，适
用于各种不同性质的负载。近年来自动控制功能的变频器
Us Φm
恒转矩调速
U sN Φ mN
Us
恒功率调速
Φm
9
O
f1N
f1
第6章、交流电动机调速
ns n0 0
sm
T em ax
Te
0
1
T em ax
Te
图2-8 恒压恒频时异步电动机的机械特性
10
第6章、交流电动机调速
n
n0N n 01
n 02
n
03
1
O
1N 11
12 13
1N 11 12 13
ω r*
速度 调节
器
器
+
器
T*
磁链
iT
* 1
旋转
iP
* 1
iA*
iA
-
观测
变换
2/3 iB*
iB
函数
器
iM1* VR
iQ1*
iC*
iC
发生
器
sin cos
向量 分析 VA
积分
ω1
ω s*
ωr
19
图2-19 电流和转速闭环的矢量控制系统
6 交流传动控制系统
7.1 概述 1. 交流电动机的调速方法
1) 同步电动机的调速——通过改变供电电 压的频率来改变其同步转速。
20
2) 异步电动机的调速（利用晶闸管控制技术）
l 调压调速——控制加于电动机定子绕组的电压； l 串级调速——控制附加在转子回路的电势； l 变频调速——控制定子的供电电压与频率； l 异步电动机矢量变换控制系统； l 无换向器电机调速系统； l 电磁转差离合器调速系统等。
Rs
Lls
L’lr
、
Is
Us
1
Es
L'lr
Eg Lm
I’r
I0
Er
R’r /s
Lm
、
3
第6章、交流电动机调速
图中，
Eg
为气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中的感应电动势；
Es
为定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势； Er 为转子全磁通在转子绕组中的感应电动势折合到定子边。
、 R s
R
' r
为定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻；
T em ax
Te
图2-10 恒Eg /
控制时变频调速的机械特性
11
第6章、交流电动机调速
s
恒 Er /1 控 制
0
c
a
b
恒 Eg /1 控 制
恒 Us /1 控 制
10
Te
图2-11 不同电压频率协调控制方式时的机械特性
12
Eg 1
第6章、交流电动机调速
在正弦波供电时，按不同规律实现电压－频率协调控制可得不同 类型的机械特性。
①恒压频比（Us 1＝恒值）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，但 低速带载能力有限，须对定子压降实行补偿。 ②恒 Eg 1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以 在稳态时达到为恒值，从而改善了低速性能。线性调节范围比恒
压频比宽，为恒值时，恒定不变，稳态性能优于恒 Us 1，但机械
~
给定
i*m1
i*1
i*A
信号
控制器i*t1 +
VR-1i*1
2/3
i*B i*C
iA 电流控制 iB 变频器 iC
1
i1
im1
等效直流
3/2 iβ1 VR
电机模型
异步电动机 it1
反馈信号
图2-18 矢量控制系统原理结构图
18
第6章、交流电动机调速
AC DC
DC AC
PWM
电流 速度
控制器
传感 传感
动车组传动与控制
--交流电动机变频调速
1
第6章、交流电动机调速
第一节 概述
一、交流电动机调速的优越性
交流调速的应用主要有三个方面： （1）一般性能的节能调速 （2）高性能的交流调速系统和伺服系统 （3）特大容量、极高转速的交流调速
二、交流电动机原理及结构
2
第6章、交流电动机调速
第二节 交流电动机控制基础