异步电动机变频调速系统

异步电动机变频调速系统

异步电动机变频调速系统是属于转差功率不变型调速系统，是异步电动机各种调速方

法中调速性能最好、效率最高的一种调速方法，因而在实际生产中得到广泛应用。

变频调速的基本工作原理

异步电动机的转速表达式为 )1(n 60p

1s f n -==0n )1(s - 在三相异步电动机中存在下列关系：

m N q k N f E φ11144.4=

如忽略定子阻抗压降，则

1U ≈ m N q k N f E φ11144.4=

式中 1U -----定子相电压

q E ——气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势的有效值，V ；

1f -----定子的电源频率

1N ——定子每相绕组串联匝数；

1N k ——基波绕组系数；

m φ——每极气隙磁通量,Wb 。

变频调速的基本控制方式和机械特性

变频调速的基本控制方式

1. 基频以下调速控制方式

要保持m φ不变，当频率1f 从额定值N f 1向下调节时，应同时降低q E ，使1f E q

=常数，即采

用恒定电动势频率比的控制方式。1U ≈q E ，取1

1f U =常数，即采用恒压频比的控制方式。在低频时，1U 和q E 都较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不能忽略，因而必须对

1U 进行定子阻抗压降补偿，人为地把电压1U 提高一些，尽可能维持磁通m φ基本不变。

2. 基频以上调速控制方式

在基频以上调速时，可以从N f 1往上增加，如要维持m φ恒定，必须随频率1f 的增加而相

应增加1U ，但电压1U 一般不能超过电动机的额定电压N U 1，只能保持在电动机的额定电压

N U 1上。所以在基频以上调速时只能放弃维持磁通m φ恒值的要求，使磁通m φ与频率成反比

地降低，相当于直流电动机的弱磁升速的情况。在基频以下调速属于恒转矩调速，在基频以

上调速属于恒功率调速。

变频调速的机械特性

异步电动机恒压恒频时的机械特性

当定子电压1U 和角频率1ω都为恒定值时，异步电动机的电磁转矩e T 为 22

12122212121122211)()()(33l l p p m e L L s R sR R s U n s R I n P T ++'+'=''=Ω=ωωωω

式中 m P ---电磁功率

1ω---电源角频率

1Ω--同步机械角速度

p n --极对数

1U --定子电压

1R 、'2R --定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻

1l L 、'

2l L --定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感

当s 很小时，可忽略上式分母中含s 项，转矩近似与s 成正比，这时机械特性)(s f T e =是一段直线，如图19-3所示。当s 接近1时，可忽略上式分母中的'2R ，转矩近

似与s 成反比，，这时机械特性)(s f T e =是一段双曲线。

3. 变频调速的机械特性

(1) 基频以下变频调速的机械特性 现以恒压频比控制为例说明基频以下变频调速的

机械特性。恒压频比控制)(/11ωf U =恒值的机械特性。

特性基本上是上下平移的，硬度较好，但最大转矩max e T 随着1f 降低而减小。当频率很低时，

最大转矩max e T 太小将限制变频调速系统的带负载能力，为此需要采用定子阻抗压降补偿，

适当提高电压1U ，增强带负载能力。

基频以上变频调速的机械特性

当角频率1 提高时，同步转速•0n 随之提高，最大转矩max e T 减小，机械特性上移。机械特

性基本上亦是上下平移的。

调速用静止式变频器类型及其特点

静止式变频器从整体结构上可分为交-直-交变频器和交-交变频器；而从电源性质上分

为电压源型和电流源型变频器。实际应用中大部分的变频器都为交-直-交电压源型变频器。

交-直-交变频器

交-直-交变频器先将恒压恒频的交流电通过整流器变换成直流电，再通过无源逆变器将

直流电变换成变压和变频的交流电。由于这类变频器在恒压恒频的交流电源和输出的变压和

变频的交流电源之间有一个中间直流环节，在变压和变频的过程中经历了电能的两次变换，

所以又称为间接变频器。

交-交变频器

交-交变频器是将恒压恒频的交流电不经过其它中间环节而直接变换为变压和变频的交流

电，所以又称为直接变频器。

交-交变频器输出的每一相都是相当于一套由正、反两组晶闸管可控整流电路反并联组成

的直流可逆调速线路所示。

这种交-交变频器由于直接变换，效率较高，但其最高输出频率不超过电网频率的1/2，

其主电路使用晶闸管元件数量多，如每组可控整流电路采用三相桥式电路，则需要36只晶

闸管元件。此外，交-交变频器的缺点是输入功率因数较低，谐波电流含量较大。因此，交-

交变频器主要用于轧机主传动、球磨机等低速大容量拖动埸合。

电压源型变频器和电流源型变频器

在交—直—交变频器根据主回路中间直流环节直流电源性质可分成电压源型变频器

和电流源型变频器两大类。

电压源型变频器

变频器主电路的中间直流环节采用大电容滤波，整流器输出电压经大电容的滤波作用后

使直流侧电压波形比较平直。此时在逆变器前级的整流、滤波电路可认为是内抗阻小的恒压

源，逆变器输出交流电压波形为矩形波或阶梯波。

在变频调速系统中，变频器的负载是异步电动机，属于感性负载。在中间直流环节与电

机之间，除了有功功率的传递外，还存在无功功率的交换。因而电压源型变频器中间直流环

节储能元件采用大电容，电容除了滤波外还起着无功能量缓冲作用。

电流源型变频器

变频器主电路的中间直流环节采用大电感滤波，大电感的滤波作用使直流侧电流波形比

较平直。此时在逆变器前级的电路可认为是内抗阻很大的恒流源，逆变器输出交流电流波形

为矩形波或阶梯波。把具有这种直流电源性质的交—直—交变频器称为电流源型变频器，简

称为电流型变频器。电流型变频器主电路的中间直流环节的储能元件采用大电感，大电感除