交流电动机调速变频原理

交流电动机调速及变频原理

一、交流异步电动机调速的基本类型

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。

1、交流异步电动机调速的基本类型 由异步电动机的转速公式：min)/)(1(60r s p

f

n -=

可知，异步电动机有下列三种基本调速方法： （1）改变定子极对数p 调速。 （2）改变电源频率1f 调速。 （3）改变转差率s 调速。 异步电动机的调速方式：

1.1 变频调速

交流变频调速技术的原理是把工频50Hz 的交流电转换成频率和电压可调的交流电，通过改变交流异步电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的。

它与直流调速系统相比具有以下显著优点： （1）变频调速装置的大容量化。

（2）变频调速系统调速围宽，能平滑调速，其调速静态精度及动态品质好。

（3）变频调速系统可以直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小了对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置。

（4）变频器置功能多，可满足不同工艺要求；保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；具有通用的外部接口端子，可同计算机、PLC 联机，便于实现自动控制。

（5）变频调速系统在节约能源方面有着很大的优势，是目前世界公认的交流电动机的最理想、最有前途的调速技术。其中以风机、泵类负载的节能效果最为显著，节电率可达到20%～60％。 1.2变极调速

磁极对数 p 的改变，取决于电动机定子绕组的结构和接线。通过改变定子绕组的接线，就可以改变电动机的磁极对数。

1.3 变转差率调速

1.3.1、改变定子电压调速 −−交流调压调速 异步电动机的机械特性方程式:

])()/[(/32'21212'

211'

221l l e L L s R R s

R pU T +++=ωω

其中：p 为电机极对数；

U1为相电压有效值 R1为定子每相绕组的阻 Ll1为每相漏感

R2′为折算到定子侧的每相电阻 Ll2′为折算到定子侧的漏感

交流调压调速是通过改变电动机定子外加电压从而改变转差率S 进行调速的。它是一种简单、可靠、价格便宜的调速方法，但其调速特性软，低速时转差功率损耗大，效率较低。交流调压调速常采用晶闸管组成的交流调压调速系统。 1.3.2、绕线式异步电动机转子串电阻调速

绕线式异步电动机转子串电阻的机械特性如图所示。转子串电阻时同步转速和最大转矩Tm 不变，临界转差率增大。 转子串电阻调速的优点：

设备简单，主要用于中、小容量的绕线式异步电动机如桥式起重机等。 转子串电阻调速的缺点：

转子绕组需经过电刷引出，属于有级调速，平滑性差；由于转子中电流很大，在串接电阻上产生很大损耗，所以电动机的效率很低，机械特性较软，调速精度差。 1.3.3、绕线式异步电动机在转子回路中串级调速

在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。其优点是：

可以通过某种控制方式，使转子回路的能量回馈到电网，从而提高效率；在适当的控制方式下，可以实现低同步或高同步的连续调速。

缺点是：

只能适应于绕线式异步电动机，且控制系统相对复杂。

总结：

2、变频调速的核心部件-变频器

鼠笼型异步电动机的定子采用变频电源供电所构成的变频调速系统是具有高效率和高性能的调速系统。通过改变定子供电频率，电机转速可得到宽围的无级调节。对定子电压（或电源）以及频率按一定规律进行协调控制，可提高传动系统的运行特性。通过控制转差(n0 - n)／n0，电机可获得较理想的快速响应特性。一旦采用闭环控制系统，整个传动系统可获得高精度及优良的传动特性。

给电功机定子提供频率可变电源的设备就是变频器，变频器是变频调速系统的核心部分。变频器与电动机完美的控制配合构成了性能优良的变频调速系统。为分析变频器的工作情况。

变频器是介于电源与电动机之间的电压与频率可调变的供电环节。从逆变器的主回路上看．如果主回路等效于电压源供电，再把电源的直流量通过开关及控制元件，转化成交流输出，这样的逆变器称为电压型逆变器。主回路等效于电流源供电，开关元件将其转换为交流输出，这种类型的逆变器叫电流型逆变器。

变频器与电源、电动机的关系

二、调速电机选型

以jscc调速电机为例

1、调速电机构成

2、调速电机选型

2.1、调速电机可以直连，输出轴为圆轴，也可以加减速箱，输出轴为齿轮轴

2.1.1、直连

虽然调速电机的调速围为:50Hz…90~1400转分钟;60Hz…90-1600转分钟。但由于低速时(≤400转分钟),电机转矩下降较多,易发生过载,且电机直连风扇冷却效果差,易发热,因此必须预留足够的功率余量,并且不要经常工作在低速区。因此电机最佳调速围为:50Hz…·400-1400转分钟;60Hz…400-1600转分钟

2.1.2、加减速箱常用减速箱类别

■减速箱减速比/性能对照表

●表中最高转速是以(50Hz:1400r/min、60Hz:1600r/min)为基数除以减速比而算出的数值。

●表中[色框表示输出轴的旋转方向与电机旋转方向相反

●欲获得比下表更高的减速比,可在电机与减速箱之间安装减速比为10的中间减速箱,减速比将增加10倍。

●减速箱的最大容许转矩为10N·m。

注：调速电机需要满足最低最高速度时，扭矩大于负载扭矩