异步电动机变压调速系统分解共26页
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异步电动机变压调速系统课件
缺点
需要使用变压器或整流器等设备，设 备成本较高，且在低速时稳定性较差 。
03
变压调速系统的控制策略
变压调速系统的控制方法
1 2 3
直接转矩控制
通过直接控制电动机的转矩和磁通来调节速度， 具有快速响应和动态性能好的优点。
矢量控制
将异步电动机的定子电流分解为转矩分量和磁通 分量，通过分别控制这两个分量来实现对电动机 转矩和速度的控制。
技术瓶颈
目前变压调速系统在技术上存在一些瓶颈，如调速范围有 限、控制精度不高、稳定性有待提高等，这些问题限制了 其在某些领域的应用。
能源效率
随着能源问题的日益突出，提高变压调速系统的能源效率 已成为迫切需求，但目前系统在节能方面仍有较大的提升 空间。
智能化程度
现代工业控制对自动化和智能化要求越来越高，而变压调 速系统的智能化水平尚不能满足需求，需要加强智能化控 制技术的研发和应用。
异步电动机变压调速系统课 件
目 录
• 异步电动机变压调速系统概述 • 变压调速系统的基本原理 • 变压调速系统的控制策略 • 变压调速系统的实验与仿真 • 变压调速系统的实际应用案例 • 变压调速系统的未来发展与展望
01
异步电动机变压调速系统 概述
定义与工作原理
定义
异步电动机变压调速系统是一种 通过改变电动机输入电压的大小 ，实现对电动机转速进行调节的 系统。
感谢您的观看
THANKS
总结词
在交通工具中，如地铁、动车和高铁等，异步电动机变压调速系统用于实现牵引和制动过程的精确控 制。
详细描述
通过调节牵引电机的输入电压，可以精确控制列车的启动、加速、减速和制动等过程。这有助于提高 列车运行的安全性、稳定性和舒适性，并降低能耗。
需要使用变压器或整流器等设备，设 备成本较高，且在低速时稳定性较差 。
03
变压调速系统的控制策略
变压调速系统的控制方法
1 2 3
直接转矩控制
通过直接控制电动机的转矩和磁通来调节速度， 具有快速响应和动态性能好的优点。
矢量控制
将异步电动机的定子电流分解为转矩分量和磁通 分量，通过分别控制这两个分量来实现对电动机 转矩和速度的控制。
技术瓶颈
目前变压调速系统在技术上存在一些瓶颈，如调速范围有 限、控制精度不高、稳定性有待提高等，这些问题限制了 其在某些领域的应用。
能源效率
随着能源问题的日益突出，提高变压调速系统的能源效率 已成为迫切需求，但目前系统在节能方面仍有较大的提升 空间。
智能化程度
现代工业控制对自动化和智能化要求越来越高，而变压调 速系统的智能化水平尚不能满足需求，需要加强智能化控 制技术的研发和应用。
异步电动机变压调速系统课 件
目 录
• 异步电动机变压调速系统概述 • 变压调速系统的基本原理 • 变压调速系统的控制策略 • 变压调速系统的实验与仿真 • 变压调速系统的实际应用案例 • 变压调速系统的未来发展与展望
01
异步电动机变压调速系统 概述
定义与工作原理
定义
异步电动机变压调速系统是一种 通过改变电动机输入电压的大小 ，实现对电动机转速进行调节的 系统。
感谢您的观看
THANKS
总结词
在交通工具中，如地铁、动车和高铁等，异步电动机变压调速系统用于实现牵引和制动过程的精确控 制。
详细描述
通过调节牵引电机的输入电压，可以精确控制列车的启动、加速、减速和制动等过程。这有助于提高 列车运行的安全性、稳定性和舒适性，并降低能耗。
异步电动机变频调速控制系统
主电路（续）
泵升限制电路——由于二极管整流器不能为 异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所 以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸 收制动能量。减速制动时，异步电机进入发电 状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C 充电，当中间直流回路的电压（通称泵升电压） 升高到一定的限制值时，通过泵升限制电路使 开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动 电阻上。为了便于散热，制动电阻器常作为附
所谓“通用”，包含着两方面的含义： （1）可以和通用的笼型异步电机配套使用； （2）具有多种可供选择的功能，适用于各种
不同性质的负载。
下页图绘出了一种典型的数字控制通用变 频器-异步电动机调速系统原理图。
1. 系统组成
K
UR
RR00
RR11
RRbb
UI
~
M 3~
RR22
VTb
显示
单
设定
片
机
接口
件单独装在变频器机箱外边。
二极管整流电流波形具有较大的谐波分 量，使电源受到污染。
为了抑制谐波电流，对于容量较大的 PWM变频器，都应在输入端设有进线电抗 器，有时也可以在整流器和电容器之间串 接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不 平衡对变频器的影响。
电路分析（续）
控制电路——现代PWM变频器的控制电路 大都是以微处理器为核心的数字电路，其 功能主要是接受各种设定信息和指令，再 根据它们的要求形成驱动逆变器工作的 PWM信号，再根据它们的要求形成驱动逆 变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用 8位或16位的单片机，或用32位的DSP，现 在已有应用RISC的产品出现。
控制电路（续）
信号设定——需要设定的控制信息主要有：U/f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间 等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用 变频器-异步电动机系统是转速或频率开环、恒 压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小 不同时，都得靠改变 U / f 函数发生器的特性来补 偿，使系统达到恒定，甚至恒定的功能（见第 6.2.2节），在通用产品中称作“电压补偿”或 “转矩补偿”。
异步电动机变频调速系统课件
f1 —定子频率，单位为Hz； kN1 —基波绕组系数； N1 —定子每相绕组串联匝数； m —每极气隙磁通量，单位为
Wb。
只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m的目的，因此，需要
考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 ▪ 为保持主磁通不变，在变频时必须同时变压，使得压频比为一常
数, 这也是VVVF控制又被称为恒压频比控制的原因。
异步电动机变频调速系统培训课件
异步电动机变频调速系统
第一节 变频调速的基本工作原理 第二节变频调速的基本控制方式和机械特性简介 第三节调速用静止式变频器的类型及其特点
变频器的分类
对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器， 其功能是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变 频交流电，变频伴随变压。 变频器的基本分类如下：
Eg/ω1控制的机械特性是一组
形状与恒压恒频机械特性相同， 且平行下移的特性。这就是说， 在恒压频比的条件下改变频率
1 时，
机械特性基本上是平行下移，它 们和直流他励电机变压调速时 的情况基本相似 所不同的是:当转矩增大到最大 值以后，转速再降低，特性就
折回来了。而且频率越低时最 大转矩值越小。
n 1N 11 12 13
机械特性
当 s 为以上两
段的中间数值 时，机械特性 从直线段逐渐 过渡到双曲线 段，如图所示。
ns n0 0
sm
Temax
Te
0
1
Temax
Te
恒压恒频时异步电机的机械特性
二、变频调速的机械特性简介
1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）
当Eg/ω1为恒值时，Temax恒定
不变，随着频率的降低，恒
fX(Hz) 50 25 5
Wb。
只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m的目的，因此，需要
考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 ▪ 为保持主磁通不变，在变频时必须同时变压，使得压频比为一常
数, 这也是VVVF控制又被称为恒压频比控制的原因。
异步电动机变频调速系统培训课件
异步电动机变频调速系统
第一节 变频调速的基本工作原理 第二节变频调速的基本控制方式和机械特性简介 第三节调速用静止式变频器的类型及其特点
变频器的分类
对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器， 其功能是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变 频交流电，变频伴随变压。 变频器的基本分类如下：
Eg/ω1控制的机械特性是一组
形状与恒压恒频机械特性相同， 且平行下移的特性。这就是说， 在恒压频比的条件下改变频率
1 时，
机械特性基本上是平行下移，它 们和直流他励电机变压调速时 的情况基本相似 所不同的是:当转矩增大到最大 值以后，转速再降低，特性就
折回来了。而且频率越低时最 大转矩值越小。
n 1N 11 12 13
机械特性
当 s 为以上两
段的中间数值 时，机械特性 从直线段逐渐 过渡到双曲线 段，如图所示。
ns n0 0
sm
Temax
Te
0
1
Temax
Te
恒压恒频时异步电机的机械特性
二、变频调速的机械特性简介
1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）
当Eg/ω1为恒值时，Temax恒定
不变，随着频率的降低，恒
fX(Hz) 50 25 5
(完整版)异步电动机变频调速系统..
《自动控制元件及线路》课程实习报告异步电动机变频调速系统1.4.1 系统原理框图及各部分简介本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。
图1.1 系统原理框图系统各组成部分简介：供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。
因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。
整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。
在本设计中采用三相不可控整流。
它可以使电网的功率因数接近1。
滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。
逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。
在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。
电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。
控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。
这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。
1.4.2 变频器主电路方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。
随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。
静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。
1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。
由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。
因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。
但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2,所以不能高速运行。
2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。
异步电动机调压调速系统
（5-4）
Tema x 21Rs
3npUs2 Rs212(LlsL'lr)2
（5-5）
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时， 普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点 为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超 过 0 ~ sm ，调速范围有限。如果带风机类 负载运行，则工作点为D、E、F，调速范 围可以大一些。
U TVC——双向晶闸管交流调压器
n2
A A’ 闭环变压调速系统的近似动态结构图
’’ 现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来（图5-12中曲线c），起动时间
也短于一级降压起动。
U 根采变据用化图 普 时5通静-6异差a所步率示电很的机大原的（理变见图电图，压5-5可调）以速，画时开，出环调静控速态制范结很围构难很图解窄，决，如这采图个5用矛-7高所盾转示。子。电阻的力矩电机可以增大*n调3速范围，但机械特性又变软，因而当负载
为此，对于恒转矩性质的负载，要求调 速范围大于D=2时，往往采用带转速反馈 的闭环控制系统（见图5-6a）。
1. 系统组成
~
+
U*n +
GT ASR Uc
Un
M 3~
n
T-G-
a)原理图
图5-6 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统
2. 系统静特性 异步电机近似的传递函数
由图5-4可见，带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 ~ sm ，
ua VT2
a)
ub
VT3
uc
Ua0 a
b 0
c 负载
•型接法
ia ua b) ub
交流异步电动机调速系统PPT课件
(4)电磁转差离合器调速:在笼型异步机与负载之间接入电磁离合器，调节 电磁离合器的励磁来进行调速.
第7页/共74页
从能量的转换来看
从定子传入转子的电磁功率Pm分为两个部分： 有效功率：Pmech＝（1－s）Pm 转差功率：Ps＝sPm
第8页/共74页
按Ps是消耗掉还是回收可分为： ①转差功率Ps消耗型（调压，转差离合器，转子串电阻等），其效率最
第46页/共74页
2.恒Eg/ω1控制方式
• 如果在电压—频率协调控制方式中，恰当地提高电压Us的数值，使之在克
服定子阻抗压降后，能够维持Eg/ω1＝con，由式：
m
1 4.44Ns kNs
•
Eg f1
第47页/共74页
由于
I
' r
Eg
Rr' s
2
12
L'2 lr
代入电磁转矩关系式得：
Te
(3np ) •
3np
(
Eg
1
)2
•
Rr'
s1L'l2r
第4页/共74页
改变n1(Ps不变型,其效率最高)
1 . 变 极 调 速 p改: 改变变同笼 型步异转步速电 动n机1 调定速子 绕 组 联 接 方 式 ， 以 变 换 其 极 对 数 p 来
实现调速.一般用于笼型绕组,有极调速,简单,效率高,但调速范围小. 2.变频调速f1:其效率高,应用广,调速最有效.核心环节是变频器(相控型和
改变转差率s调速
(1)调压调速:改变加于电动机定子绕组的电压进行调速.转差功率Ps消耗在 转子或外接电阻上. Ps消耗型
(2)转子串电阻调速:在绕线型异步电动机转子绕组中串接附加电阻R以改变 s来实现调速.R越大特性越软,有极,效率低. Ps消耗型.
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从能量的转换来看
从定子传入转子的电磁功率Pm分为两个部分： 有效功率：Pmech＝（1－s）Pm 转差功率：Ps＝sPm
第8页/共74页
按Ps是消耗掉还是回收可分为： ①转差功率Ps消耗型（调压，转差离合器，转子串电阻等），其效率最
第46页/共74页
2.恒Eg/ω1控制方式
• 如果在电压—频率协调控制方式中，恰当地提高电压Us的数值，使之在克
服定子阻抗压降后，能够维持Eg/ω1＝con，由式：
m
1 4.44Ns kNs
•
Eg f1
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由于
I
' r
Eg
Rr' s
2
12
L'2 lr
代入电磁转矩关系式得：
Te
(3np ) •
3np
(
Eg
1
)2
•
Rr'
s1L'l2r
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改变n1(Ps不变型,其效率最高)
1 . 变 极 调 速 p改: 改变变同笼 型步异转步速电 动n机1 调定速子 绕 组 联 接 方 式 ， 以 变 换 其 极 对 数 p 来
实现调速.一般用于笼型绕组,有极调速,简单,效率高,但调速范围小. 2.变频调速f1:其效率高,应用广,调速最有效.核心环节是变频器(相控型和
改变转差率s调速
(1)调压调速:改变加于电动机定子绕组的电压进行调速.转差功率Ps消耗在 转子或外接电阻上. Ps消耗型
(2)转子串电阻调速:在绕线型异步电动机转子绕组中串接附加电阻R以改变 s来实现调速.R越大特性越软,有极,效率低. Ps消耗型.
第五章 异步电动机变压调速系统PPT课件
自控变频调速利用转子磁极位置的检测信 号来控制变压变频装置换相，类似于直流电 机中电刷和换向器的作用，因此有时又称作 无换向器电机调速，或无刷直流电机调速。
开关磁阻电机是一种特殊型式的同步电 机，有其独特的比较简单的调速方法，在小 容量交流电机调速系统中很有发展前途。
电力拖动自动控制系统
第5章
闭环控制的异步电动机变压调速系统
在这类系统中，转差功率只有转子铜损， 而且无论转速高低，转差功率基本不变， 因此效率更高，上述的第⑤、⑥两种调 速方法属于此类。其中变极对数调速是 有级的，应用场合有限。只有变压变频 调速应用最广，可以构成高动态性能的 交流调速系统，取代直流调速；但在定 子电路中须配备与电动机容量相当的变 压变频器，相比之下，设备成本最高。
为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并 使电机能在较低转速下运行而不致过热，就 要求电机转子有较高的电阻值，这样的电机 在变电压时的机械特性绘于图5-5。
显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增 大了，堵转工作也不致烧坏电机，这种电机 又称作交流力矩电机。
• 交流力矩电机的机械特性
n
n0
恒转矩负载特性
~ Pm
Pmech Ps
即
Pm = Pmech + Ps
Pmech = (1 – s) Pm
Ps = sPm
从能量转换的角度上看，转差功率是否
增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调 速系统效率高低的标志。从这点出发，可 以把异步电机的调速系统分成三类 。
1. 转差功率消耗型调速系统
这种类型的全部转差功率都转换成热能 消耗在转子回路中，上述的第①、②、③ 三种调速方法都属于这一类。在三类异步 电机调速系统中，这类系统的效率最低， 而且越到低速时效率越低，它是以增加转 差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转 矩负载时）。可是这类系统结构简单，设 备成本最低，所以还有一定的应用价值。
异步电动机变压调速系统分解
交流电机的分类：
主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机
异步电动机是怎样旋转起来的？
--- 电动机 --将电能转换为机械能、输出机械转矩、带动生产机械工作的原动机。 --- 感应电动势 --当导体和磁场之间有相对运动时，在导体中就会产生感应电动势。
--- 旋转磁场 --三相异步电动机的定子绕组用来产生旋转磁场。相电源相与相之间 的电压在相位上是相差120度，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间 方位上也互差120度，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产 生一个旋转磁场。
二、异步电动机变压调速电路
图1: 利用晶闸管交流调压器变压调速
TVC——双向晶闸管交流调压器（调节定子外加相电压）
23:07
图2：采用晶闸管反并联的异步电机可逆和制动电路
晶闸管 1~6 控制电动机正转运行， 反转时，可由晶闸管1，4和7~10 提供逆相序电源，同时也可用于 反接制动。 当需要能耗制动时，可以根据制 动电路的要求选择某几个晶闸管 不对称地工作，例如让 1 ， 2 ， 6 三个器件导通，其余均关断，就 可使定子绕组中流过半波直流电 流，对旋转着的电机转子产生制 动作用。必要时，还可以在制动 电路中串入电阻以限制制动电流。
闭环变压调速系统的近似动态结构图
23:07
一、交流拖动控制概述
1.交流拖动控制系统的应用领域
目前，交流拖动控制系统的应用领域主要有三个方面：
(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
交流传动是传动领域的主要发展方向.
23:07
2．异步电动机
转差功率消耗型调速系统
转差功率回馈型调速系统
转差功率不变型调速系统
主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机
异步电动机是怎样旋转起来的？
--- 电动机 --将电能转换为机械能、输出机械转矩、带动生产机械工作的原动机。 --- 感应电动势 --当导体和磁场之间有相对运动时，在导体中就会产生感应电动势。
--- 旋转磁场 --三相异步电动机的定子绕组用来产生旋转磁场。相电源相与相之间 的电压在相位上是相差120度，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间 方位上也互差120度，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产 生一个旋转磁场。
二、异步电动机变压调速电路
图1: 利用晶闸管交流调压器变压调速
TVC——双向晶闸管交流调压器（调节定子外加相电压）
23:07
图2：采用晶闸管反并联的异步电机可逆和制动电路
晶闸管 1~6 控制电动机正转运行， 反转时，可由晶闸管1，4和7~10 提供逆相序电源，同时也可用于 反接制动。 当需要能耗制动时，可以根据制 动电路的要求选择某几个晶闸管 不对称地工作，例如让 1 ， 2 ， 6 三个器件导通，其余均关断，就 可使定子绕组中流过半波直流电 流，对旋转着的电机转子产生制 动作用。必要时，还可以在制动 电路中串入电阻以限制制动电流。
闭环变压调速系统的近似动态结构图
23:07
一、交流拖动控制概述
1.交流拖动控制系统的应用领域
目前，交流拖动控制系统的应用领域主要有三个方面：
(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
交流传动是传动领域的主要发展方向.
23:07
2．异步电动机
转差功率消耗型调速系统
转差功率回馈型调速系统
转差功率不变型调速系统
第六章 交流异步电动机变压变频调速系统
f1 —定子频率，单位为Hz； Ns —定子每相绕组串联匝数； kNs—基波绕组系数；
m —每极气隙磁通量，单位为Wb。
1. 基频以下调速
由式（6-1）可知，要保持 m 不变，当 频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时 降低 Eg ，使
Eg f1
常值
（6-2）
即采用恒值电动势频率比的控制方式。
补偿定子压降后 的特性
n01
n02 n03
12
13
Te 图6-4 恒压频比控制时变频调速的机械特性
O
2. 恒 EG /1 控制
图6-5再次绘出异步电机的稳态等效 电路，图中几处感应电动势的意义如下： • Eg — 气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中
的感应电动势； • Es — 定子全磁通在定子每相绕组中的感应电 动势； • Er —在转子绕组中的感应电动势
（6-10）
可见最大转矩 Temax 是随着的 1 降低 而减小的。频率很低时， Temax 太小将限制 电机的带载能力，采用定子压降补偿，适 当地提高电压 U1 ，可以增强带载能力，见 图6-4。
• 恒压频比控制时变频调速的机械特性
n
1N 11 12 13
n0 N
1N
11
（6-21）
' U1 s1R2 Te 3np ' 2 2 2 ' 2 1 (sR1 R2 ) s 1 ( Ll1 Ll 2 ) （6-4） 2
• 特性分析
当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U1 s1 Te 3np s ' 1 R2
些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性
(完整版)异步电动机变频调速系统..
《自动控制元件及线路》课程实习报告异步电动机变频调速系统1.4.1 系统原理框图及各部分简介本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。
图1.1 系统原理框图系统各组成部分简介：供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。
因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。
整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。
在本设计中采用三相不可控整流。
它可以使电网的功率因数接近1。
滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。
逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。
在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。
电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。
控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。
这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。
1.4.2 变频器主电路方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。
随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。
静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。
1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。
由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。
因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。
但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2,所以不能高速运行。
2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。
5.3 异步电动机的变压变频调速解析
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5.3.2 变压变频调速时的机械特性 式（5-5）已给出异步电机在恒压恒频正弦 波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。 当采 用恒压频比控制时，可以改写成如下形式：
Us s1 Rr' Te 3np ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 （5-28） s r 1 ls lr 1
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要 对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变 是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转 子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。
• 定子每相电动势
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
（5-11）
式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有 效值，单位为V； f1 —定子频率，单位为Hz；
2
• 特性分析 当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U s s1 Te 3np R' s r 1
2
（5-29）
s1
Rr'Te Us 3n p 1
2
10 R T 60 n sn1 s1 2 n p n
阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能
忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一
些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示
于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
图5-9 恒压频比控制特性
2
Eg R s1 Rr' 3np R '2 s 2 2 L'2 s 1 lr 1 r
5.3.2 变压变频调速时的机械特性 式（5-5）已给出异步电机在恒压恒频正弦 波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。 当采 用恒压频比控制时，可以改写成如下形式：
Us s1 Rr' Te 3np ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 （5-28） s r 1 ls lr 1
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要 对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变 是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转 子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。
• 定子每相电动势
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
（5-11）
式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有 效值，单位为V； f1 —定子频率，单位为Hz；
2
• 特性分析 当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U s s1 Te 3np R' s r 1
2
（5-29）
s1
Rr'Te Us 3n p 1
2
10 R T 60 n sn1 s1 2 n p n
阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能
忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一
些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示
于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
图5-9 恒压频比控制特性
2
Eg R s1 Rr' 3np R '2 s 2 2 L'2 s 1 lr 1 r
交流异步电动机的调速幻灯片PPT
交流异步电动机的调速幻 灯片PPT
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第一节 绕线转子异步电动机转 子串电阻调速
➢ 输出的功率只增加了近似15%，故可以认为
是恒功率调速；
➢ 转速增加一倍，功率近似不变，转矩近似下
降一半；
➢应用于各种机床切削等恒功率负载。
19
△—YY联接变极调速的机械特性：
20
变极调速的特点：
❖ 操作简单，机械特性硬，效率高，可以获得 恒转矩或恒功率调速特性；
❖ 变极调速是一个有级调速，调速级数少，不 是平滑调速；
4
T C T 1 N I 2 N c o s 2 N T N 定 值
转子损耗功率为
P 2 s P e 3 I 2 2 R 2 R
输出功率为
P2Pe1s
调速时转子电路的效率为
P 2 P e1 s 1 s P 2 Δ P 2 P e1 s sP e
当转速降低（s 增高）时，效率下降，转子损耗功率
12
第三节 改变定子极数调速
❖ 改变定子极对数的同时，必须相应改变转子的级数。 绕线式电机要满足这个要求很困难；
❖ 而笼形异步电动机转子的极对数能自动随定子磁场 的极对数的变化而变化，所以变极调速适用于笼形 异步电动机。
❖ 单绕组双速电动机：一套定子绕组，具备两种极对 数，根据接法不同，得到两个不同的同步转速；
❖ 一般用于机床设备上作为粗调。
21
第四节 变频调速
一、概念 ❖ 1. 改变供电电源的频率可以使旋转磁场的转
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第一节 绕线转子异步电动机转 子串电阻调速
➢ 输出的功率只增加了近似15%，故可以认为
是恒功率调速；
➢ 转速增加一倍，功率近似不变，转矩近似下
降一半；
➢应用于各种机床切削等恒功率负载。
19
△—YY联接变极调速的机械特性：
20
变极调速的特点：
❖ 操作简单，机械特性硬，效率高，可以获得 恒转矩或恒功率调速特性；
❖ 变极调速是一个有级调速，调速级数少，不 是平滑调速；
4
T C T 1 N I 2 N c o s 2 N T N 定 值
转子损耗功率为
P 2 s P e 3 I 2 2 R 2 R
输出功率为
P2Pe1s
调速时转子电路的效率为
P 2 P e1 s 1 s P 2 Δ P 2 P e1 s sP e
当转速降低（s 增高）时，效率下降，转子损耗功率
12
第三节 改变定子极数调速
❖ 改变定子极对数的同时，必须相应改变转子的级数。 绕线式电机要满足这个要求很困难；
❖ 而笼形异步电动机转子的极对数能自动随定子磁场 的极对数的变化而变化，所以变极调速适用于笼形 异步电动机。
❖ 单绕组双速电动机：一套定子绕组，具备两种极对 数，根据接法不同，得到两个不同的同步转速；
❖ 一般用于机床设备上作为粗调。
21
第四节 变频调速
一、概念 ❖ 1. 改变供电电源的频率可以使旋转磁场的转
第六章交流异步电动机变频调速系统PPT课件
电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻
抗压降，而认为定子相电压 Us ≈ Eg，
8
则得 U s 常值
这是恒压频f1 比的控制方式。
（6-3）
但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻 抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。
这时，需要人为地把电压 Us 抬高一些，以便 近似地补偿定子压降。
3
第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性 通过改变定子供电频率来改变同步转速实现
对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到 低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效 率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为， 变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想 的调速方法 。
原理：利用电动机的同步转速随频率变化的特 性，通过改变电动机的供电频率进行调速。保
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下
图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
2. 基频以上调速
在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，
但定子电压Us 却不可能超过额定电压
9
UsN ，最多只能保持Us = UsN ，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。
Us UsN
11
Us Φm
恒转矩调速
UsN ΦmN
Us
恒功率调速
Φm
O
f1N
f1
图6-2 异步电机变压变频调速的控制特性
异步电动机的变压变频调速是进行分段控制的：
基频以下，采取恒磁恒压频比控制方式；
基频以上，采取恒压弱磁升速控制方式。
12
U Te
P
N
UN
Te
U
P
O
变电压调速
异步电动机变频调速系统PPT课件
交流调速有很多方法，例如调压调速、转子串电阻调速、转差离合器 调速、变极对数调速等，这些方法技术落后、调速性能差、效率低， 使用越来越少，取而代之的是变频调速系统。
目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领 域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。
主回路 18
.
主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为1200导电型，中间环节采用 电抗器滤波，为电流型变频调速系统。
电压控制回路：采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回 路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：
采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。
电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机 电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与 给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。另 一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能 保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。
.
9
3、斩波器调压
换流器—L—C
斩波器调压原理图如下：
斩波器：调压
换流电路
逆变器：调频
二极管 整流器
晶闸管 VT
开关
VD
L 斩波器 C
逆变器
M 3~
整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电； 逆变器采用三相全控桥，实现变频； 斩波器采用脉频调制或脉宽调制，输出大小可调的直流电压。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。
G
图 六行电 恒电 频 回压 ， 控给 在 性载保 ；跃把将为环 三
+
GF
AVR GT1
-
目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领 域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。
主回路 18
.
主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为1200导电型，中间环节采用 电抗器滤波，为电流型变频调速系统。
电压控制回路：采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回 路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：
采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。
电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机 电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与 给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。另 一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能 保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。
.
9
3、斩波器调压
换流器—L—C
斩波器调压原理图如下：
斩波器：调压
换流电路
逆变器：调频
二极管 整流器
晶闸管 VT
开关
VD
L 斩波器 C
逆变器
M 3~
整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电； 逆变器采用三相全控桥，实现变频； 斩波器采用脉频调制或脉宽调制，输出大小可调的直流电压。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。
G
图 六行电 恒电 频 回压 ， 控给 在 性载保 ；跃把将为环 三
+
GF
AVR GT1
-
异步机的调速PPT课件
a)
b)
c)
改变定子绕组联结方法以改变定子极对数（图12-1）
a) 2p=4 b) 2p=2 c) 2p=2
第1页/共25页
（b）常用的两种三相绕组改变联结方法
改变定子极对数的联结方法（图12-2）
第2页/共25页
（二）变极调速的机械特性
（1）异步电动机的容许输出功率为：
Pe = h P1 = 3 h Ux I1 cos j1 （2）假定不同极对数情况下电动机的效率和功率因数保持不变，则有：
变频调速可以适用于各种交流电动机调速，有较大的调 速范围、很好的调速平滑性与足够硬度的机械特性，是异步
电动机调速最有发展前途的一种方法。
（3）变频调速应注意的问题
变频调速时，希望调速过程中磁通 F 保持不变。这是因
为 严 将
如F > 重时会 使电动
因F绕N 机容
，将引起磁路过分饱和，导致过大的励磁电流，
TY / TYY = U由xIYN(联2结p)改为/ YYUx连(接2I时N的)p机械=特性1 （图12-3a） 此调速方法近似为恒转第4矩页/共，25页
（5）同样，如果在变极过程 中施于异步电动机的线 电压保持不变， 电动机绕组流过额定 电流，则由 D 联结该 为 YY 连接时的功率 比为：
PD
Pe 正比于 Ux I1
（3）如果忽略定子损耗，电动机的电磁功率 Pem 等于输入功率 P1,则电动机转 矩为：
T = 9550 Pem /nN
正比于 UxI1/nN
正比于 UxI1p
第3页/共25页
（4）如果在变极过程中 施于异步电动机的线电压 保持不变，电动机绕组流 过额定电流，则由 Y 联 结改为 YY 连接时的转矩 比为：
b)
c)
改变定子绕组联结方法以改变定子极对数（图12-1）
a) 2p=4 b) 2p=2 c) 2p=2
第1页/共25页
（b）常用的两种三相绕组改变联结方法
改变定子极对数的联结方法（图12-2）
第2页/共25页
（二）变极调速的机械特性
（1）异步电动机的容许输出功率为：
Pe = h P1 = 3 h Ux I1 cos j1 （2）假定不同极对数情况下电动机的效率和功率因数保持不变，则有：
变频调速可以适用于各种交流电动机调速，有较大的调 速范围、很好的调速平滑性与足够硬度的机械特性，是异步
电动机调速最有发展前途的一种方法。
（3）变频调速应注意的问题
变频调速时，希望调速过程中磁通 F 保持不变。这是因
为 严 将
如F > 重时会 使电动
因F绕N 机容
，将引起磁路过分饱和，导致过大的励磁电流，
TY / TYY = U由xIYN(联2结p)改为/ YYUx连(接2I时N的)p机械=特性1 （图12-3a） 此调速方法近似为恒转第4矩页/共，25页
（5）同样，如果在变极过程 中施于异步电动机的线 电压保持不变， 电动机绕组流过额定 电流，则由 D 联结该 为 YY 连接时的功率 比为：
PD
Pe 正比于 Ux I1
（3）如果忽略定子损耗，电动机的电磁功率 Pem 等于输入功率 P1,则电动机转 矩为：
T = 9550 Pem /nN
正比于 UxI1/nN
正比于 UxI1p
第3页/共25页
（4）如果在变极过程中 施于异步电动机的线电压 保持不变，电动机绕组流 过额定电流，则由 Y 联 结改为 YY 连接时的转矩 比为：