电机变频控制系统的设计

1、 漯河食品职业学院高等教育专科毕业论文 电机变频控制系统的设计考生姓名： 李新超 准考证号： 100602153 专业层次： 专科 指导教师： 顿新兴 院 （系）： 机电工程系 漯河食品职业学院二o一三 年 四 月 二十 日摘 要变频器传动已成为实现工业自动化的主要手段之一，在各种生产机械和生产线中有着广泛的应用。其中，重要的技术特征是可以充分地与现代网络技术结合，发挥智能控制的优势，实现分布式网络控制系统，这是工业企业自动化的重要发展方向，并已有一些很好的范例。现在，通用变频器在各行各业中的应用，已成为改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量、改善生产环境、节约能源、

2、推动技术进步的主要技术手段之一，也是国际上更新最快的新技术领域之一。目录摘 要- 1 -1 绪论- 3 -2变频器- 3 -2.1 变频器的应用概况- 3 -2.2变频器的分类- 4 -2.3变频器的工作原理- 7 -2.4变频器的安装- 9 -2.5变频器的接线- 10 -2.6改善变频器的功率因数- 10 -2.7变频器的调试、注意事项- 11 -2.8保养和维护- 13 -3.三相异步电动机- 14 -3.1.三相异步电动机的结构- 14 -3.2三相异步电动机的工作原理- 16 -3.3变极对数调速方法- 17 -3.4变频调速方法- 17 -4.变频器的工作原理- 18 -4.1变频

3、器- 18 -4.2变频器工作原理- 18 -4.3变频器的安装方法- 19 -5.变频技术在电动机控制电路中的应用- 20 -5.1变频器恒压供水系统的相关设备的选择- 20 -5.2水泵电动机m1在变频器控制下的工作过程- 21 -1 绪论人类在19世纪中叶就已经发明了电动机，但真正意义上的电动机自动控制系统是在20世纪30年代出现的，当时的闸流管、引燃管，而后是磁放大器、磁饱和电抗器作为静止变流器，形成了第一代电动机传动控制系统。在二次世界大战中，自动控制理论得到了发展，这有力地促进了电动机传动控制系统理论体系的建立。但是，在很长的一段时间里，在较高的控制性能的传动系统里，直流电动机一直

4、占主导地位，主要原因在于其控制简单、高速平滑、性能良好。然而，直流电动机结构上存在的机械换向器和电刷，它具有一些难以克服的固有缺点，那就是维护困难，寿命短、单机容量和最高电压都受到一定限制等。而交流电动机（主要是异步电动机）。正好与直流电动机相反，它没有电刷，结构简单，维护容易，但是在当时的条件下但是在当时的技术条件下，很难实现高性能的高速控制。在当时，交流电动机虽然在数量上占绝对的多数，但一般采用电源直接供电，直接拖动负载的方式，没有任何控制。20世纪70年代初的席卷全球的石油危机促进了交流调速技术的发展，因为当时人们发现，占电动机用电量一半以上的风机、泵类负载的拖动电动机工作在恒转速状态，

5、是靠阀门和挡板来调节流量或压力的，因而造成了大量的电能浪费。通过改变电动机转速的方法调节风量或流量，一般可节电20%30%,于是在工业化国家，变频器出现了。可以说，交流传动控制的真正的发展和应用是从使用变频高速技术来改造风机、泵类负载而开始的。2变频器2.1 变频器的应用概况我国国内各工矿企业应用变频器还处于起步阶段，只有少数效益好的企业愿意采用变频器，一般的企业并不热衷于使用变频器。主要原因有：1)资金困难。我国企业步入转轨阶段，大部分效益不好，只能维持简单再生产，对于新建项目，为节省资金，也不采用变频器；2)性能价格比差。现在质量可靠的变频器均为国外品牌，但价格高，国内产品价格虽然较低，但

6、质量不能让人放心。所以好多企业有以下共识，要么不用，要用就用最好的，这样就提高了变频器的使用门槛，同时延长了投资回收的时间；3)思想观念问题。一是人们的节能意识不强，在中国相同产品的能耗是发达国家的两倍左右，但许多企业都习以为常；二是部分技术人员思想保守，习惯使用传统的控制方式，尽管故障率较高，但能够自行处理；4)基于售后服务考虑。变频器硬件出现故障，用户不能自行维修，而供货商不能及时处理，影响生产。在使用中主要会遇到的问题有：1)软故障较多，如电机起动、停止或运行时，出现跳闸、过流、过压和缺相等故障。2)电源污染问题，变频器运行时出现的高次谐波对其他设备有干扰，若进行有效处理，会增加投资。3

7、)硬件故障问题。随着技术不断进步，变频器质量越来越可靠，但还没有完全成熟，特别是大功率变频器，故障率较高。4)售后服务问题。由于变频器应用不够广泛，售后服务网点人员较少，对用户的响应较慢，特别个别进口产品，保修期过后，维修较难。5)技术人员对变频器、可编程序控制器知识掌握不多，部分简单故障不能自行处理。我国变频器应用跟国外差距表现在：1)观念差别。发达国家企业使用变频器感到习以为常，像日本，用了两年左右时间就全面推开。国内企业的节能意识差，如果有资金，更愿意上新项目，也不愿进行变频改造。2)控制方式差别。国外企业大部分采用“一对一”控制方式，无形中提高了可靠性，而国内大都采用“一控二” 或“一

8、控三”等控制方式，虽然节省投资，但降低了可靠性。2.2变频器的分类变频器的英文名称为vfd或vvvf，是一种利用逆变流电路的方式将恒频恒压的电源变成频率和电压可变的电源，进而对电动机进行调速控制的电器装置。1.按照用途分类 变频器按照用途可以分为通用变频器和专用变频器两大类。1）通用变频器通用变频器是目前工业领域中应用数量最多、最普遍的一种变频器。该类型变频器使用于工业电动机和一般变频电动机，且一般由交流低压220v/380v（50hz）供电，对使用环境没有严格的要求，以简便的控制的方式为主。通用变频器的特点：a使用范围广，通用性强；b低频转矩输出180%，低频运行特性良好；c输出频率最大60

9、0hz，可控制高速电动机；d具有加速、减速、动转中失速防止等保护功能；e精确度偏低，使用对调速性能要求不高的场合；f体积小、价格低；g随着通用变频器的发展，目前市场上还出现了采用转矩矢量控制方式的高性能多功能变频器，在软件和硬件方面进行了改造，除具有普通通用变频器的特点外，还具有较高的转矩控制性能，可用于冲动带、升降装置及机床、电动车辆等对调速系统性能和功能要求较高的场合。2）专用变频器专用变频器是指专门针对某一方面或某一领域而设计研发的变频器。该类型变频器针对性较强，具有适用于所针对领域独有的功能和优势，从而能够更好地发挥变频器的作用。3）特殊领域的专用变频器高性能专用变频器、高频变频器、单

10、相变频器及三相变频器等。这些变频器都属于专业型变频器，针对性较强，场所要求特殊，可以实现较高的控制要求，价格较高。a 高性能专用变频器高性能专用变频器是一种采用矢量控制的变频器，控制对象都是变频器厂家指定的专用电动机，可应用于对电动机的控制性能要求较高的系统，目前正在逐步替代直流伺服系统。b.高频变频器高频变频器是指输出频率科大3khz的高频率输出变频器。该类变频器一般采用pam控制方式，适用于超精加工领域的高速电动机控制系统中。一般驱动两相交流异步电动机的最高速度可达18000r/min。c.单相变频器和三相变频器单相变频器和三相变频器分别对应于单相电动机和三相电动机，两种变频器的电路机构不

11、同，但工作原理基本相同。2.按照变换器方式分类变频器按照工作时频率变换的方式主要分为两类，即交-直-交变频器和交-交变频器。a.交-直-交变频器交-直-交变频器是指变频器工作时，首先将工频交流电通过整流单元换成脉动的直流电，再经过中间单路的电容平滑滤波，为逆变电路供电，在控制系统的控制下，逆变电路再将直流电源转换成频率和电压可调的交流电，人后提供负载（电动机）进行变速控制。交-直-交变频器又称间接式变频器，目前广泛用通用型变频器。交-直-交变频器的结构b.交-交变频器交-交变频器是指变频器工作时，将工频交流电直接转换成频率和电压可调的交流电，提供给负载（电动机）进行变速控制。3.按照电源性质分

12、类在上述交-直-交变频器中，根据中间电路部分的电源性质不同，又可以将变频器分为两大类，即电压型变频器和电源型变频器。电压型变频器的特点是中间电路采用电容器作为直流储能元件，可缓冲负载的无功功率，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故电压型变频器常用在负载电压变化较大的场合。电压型变频器的结构电流型变频器的特点是中间电路采用电感器作为直流储能元件，用以缓冲负载的无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波。由于该直流内阻较大，可扼制负载电流频繁而急剧的变化，故电流型变频器常用在负载电流变化比较大的场合，适用于需要回馈制动和经常正、反转的生产机械。电流型变频器的结构2.3变频器的工作

13、原理变频器中的控制电路是只用于给主电路提供控制信号的电路部分，主要完成对逆流变电路总电力半导体器件的开关控制、对整流电路的电压控制及各种保护能等上两图为 变频器的工作原理图和变频器主电路的结构变频器的控制电路部分结构框图从图中可以看到，变频器控制电路部分主要主控电路、变频驱动电路、操作显示电路、检测电路、保护电路及控制信号输入/输出接线端子等部分构成的。各种输入信号或检测信号均由主控电路识别和处理后，输出各种控制信号实现对变频器整机的控制。1.主控电路主电路是变频器控制电路的核心部分，一般由主控器（单片微机）或数字信号处理器（dsp）构成。主控电路主要用于实现:a. 接收并处理从操作显示电路、

14、控制接线端子输入设备输入的各种信号，如频率参数设定指令、反正转指令等；b.接收并处理由检测电路送来的的各种采样信号，如电压、电流、速度、温度等检测信号，将这些信号识别、处理后输出相应的控制信号，控制变频器进行相关的动作；c.向操作显示电路的显示屏部分输出显示信号，如各种运行状态指示信号；d.向控制接线端子连接的控制设备发出控制信号；e.将接收的各种信号识别和运算，完成调制处理，产生相应的调制指令送入驱动电路。2.操作显示电路操作显示电路用于向主电路发出各种人工操作指令，如运行控制指令或修改运行数据指令等。同时，主控电路对接收指令做出反应后，指令的执行结果由变频器的显示屏、状态指示灯等显示或指示

15、。3.检测电路变频器的检测电路通常是电流、电压、速度、温度等检测电路，用于对各个检测部位进行采样，并将采样信号送至主控电路中。4.保护电路保护电路是变频器控制电路中的重要组成部分，主要用于检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过压等异常情况时，可控制逆变电路器停止输出交流电压，有效防止变频器和异步电动机损坏。2.4变频器的安装1.变频器的安装环境a.环境温度1050变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40以下。如环境温温度太高且温度变化大时，变频器的绝缘性会大大降低。b.环境湿度相对湿度不超过90%（无结露）。必要时，

16、在变频柜箱中增加干燥剂和加热器。2.振动和冲击装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。电气环境：防止电磁波干扰。 防止输入端过电压。其它条件无阳光直射，无腐蚀性气体及易燃气体，尘埃少，海拔低于1000m等都要考虑。3.安装方式a.墙挂式安装变频器与周围物体之间的距离应满足下列条件如下图：两侧大于10cm 上下大5cmb.柜式安装1)是目前最好的安装方式，因为可以起到很好的屏蔽作用，同时也能防尘、防潮、防光照等2)单台变

17、频器安装应尽量采用柜外冷却方式（环境比较洁净，尘埃少时）；3)单台变频器采用柜内冷却方式时，变频柜顶端应安装抽风式冷却风扇，并尽量装在变频器的正上方（便于空气流通）；4)多台变频器安装应尽量并列安装，如必须采用纵向方式安装，应在两台变频器间加装隔板。5)不论用哪种方式，变频器应垂直安装（也是最合理的安装方式）。2.5变频器的接线a.主电路接线，如下图（1）变频器输入（r、s、t），输出（u、v、w）绝对不能接错（2）将变频器接地端子良好的接地（如果工厂电路是零地共用，那就要考虑单独取地线） 多台变频器接地，各变频器应分别和大地相连，不允许一台变频器的接地和另一台变 频器的接地端连接后再接地。（

18、3）将变频器的电源输入端子经过漏电保护开关接到电源上（漏电开关，空气开关应选择好的生产厂家）b.控制电路的接线（1）模拟量控制线应使用屏蔽线，屏蔽一端接变频器控制电路的公共端（com），或接变频器地端（e），另一端悬空。（2）开关量控制线允许不使用屏蔽线，但同一信号的两根线必须互相绞在一起，绞合线的绞合间距应尽可能小。2.6改善变频器的功率因数如下图所示：为了改善功率因数或安装场所距大容量电源很近时，必须加直流电抗器和交流电抗器。除改善功率因数外，还有以下作用：（1）抑制输入中的浪涌电流（2）削弱电源电压不平衡所带来的影响电抗的选用：（1）电抗器电压降不大于额定电压的3%。（2）当变压器容量大

19、于500kva或变压器容量超过变频器容量10倍以上时，应配电 抗器。2.7变频器的调试、注意事项 变频器在调试时，应采取的基本步骤有带电源空载测试、带电机空载运行、带负载试运行、与上位机联机统调等；完成这些步骤应注意的问题：1)在将变频器接通电源前需要检查它的输入、输出端是否符合说明书要求；2)特别要看是否有新的内容增加，认真阅读注意事项；3)检查接线是否正确和紧固。 一般的变频器均有运行（run）、停止（stop）、编程（prog）、数据/确认（data/enter）、增加（up、）、减少（down、）、等6个键，不同变频器操作键的定义基本相同。此外有的变频器还有监视（monttor/dis

20、play）、复位（reset）、寸动（jog）、移位（shift）等功能键。1.变频器接通电源试运行（不接电机）接上电源后，按运行（run）键运行变频器到50hz，用万用表测量变频器的输出（uvw）相电压应平衡（370v-400v）。按停止键后，再接上电机线。2.变频器带电机空载运行1)设置电机的功率、极数，要综合考虑变频器的工作电流。2)设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。3)将变频器设置为自带的键盘操作模式，按寸动键、运行键、停止键，观察电机是否反转， 是否能正常地启动、停止。4)熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的 设定值，需要时可以修改

21、。3.带载试运行 1)手动操作变频器面板的运行停止键，观察电机运行停止过程及变频器的显示窗，看是否有异常现象。如果有现象，相应的改变预定参数后再运行。 2)如果启动.停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是

22、否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间；若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是频繁启、制动时。 3)如果变频器在限定的时间内仍然保护，应改变启动/停止的运行曲线，从直线改为s形、u形线或反s形、反u形线。电机负载惯性较大时，应该采用更长的启动停止时间，并且根据其负载特性设置运行曲线类型。 4)如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%-20%的保护余量。5)如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。 6)如果

23、变频器带动电机在启动过程中达不到预设速度，可能有两种情况：a.系统发生机电共振，可以从电机运转的声音进行判断。采用设置频率跳跃值的方法，可以避开共振点。一般变频器能设定三级跳跃点。v/f控制的变频器驱动异步电机时，在某些频率段，电机的电流、转速会发生振荡，严重时系统无法运行，甚至在加速过程中出现过电流保护使得电机不能正常启动，在电机轻载或转动惯量较小时更为严重。普通变频器均备有频率跨跳功能，用户可以根据系统出现振荡的频率点，在v/f曲线上设置跨跳点及跨跳宽度。当电机加速时可以自动跳过这些频率段，保证系统能够正常运行。b.电机的转矩输出能力不够，不同品牌的变频器出厂参数设置不同，在相同的条件下，

24、带载能力不同，也可能因变频器控制方法不同，造成电机的带载能力不同；或因系统的输出效率不同，造成带载能力会有所差异。对于这种情况，可以增加转矩提升量的值。如果达不到，可用手动转矩提升功能，不要设定过大，电机这时的温升会增加。如果仍然不行，应改用新的控制方法，比如日立变频器采用v/f比值恒定的方法，启动达不到要求时，改用无速度传感器空间矢量控制方法，它具有更大的转矩输出能力。对于风机和泵类负载，应减少降转矩的曲线值。4.变频器与上位机相连进行系统调试 在手动的基本设定完成后，如果系统中有上位机，将变频器的控制线直接与上位机控制线相连，要考虑并将变频器的操作模式改为端子控制。根据上位机系统的需要，调

25、定变频器接收频率信号端子的量程0-5v或0-10v，以及变频器对模拟频率信号采样的响应速度。如果需要另外的监视表头，应选择模拟输出的监视量，并调整变频器输出监视量端子的量程。 在调试时可能会遇到这种情况，如上位机给出信号后，变频器不执行。因为有的上位机只接受交流信号，不接受直流信号，而变频器的控制信号大多是直流信号，这时可以考虑外加继电器。2.8保养和维护 由于变频器使用环境的变化，如温度、湿度、烟雾等的影响，以及变频器内部元器件的老化等因素，可能会导致变频器发生各种故障。因此，在存贮、使用过程中必须对变频器进行日常检查，并进行定期保养维护。1.日常维护 在变频器正常开启时，请确认如下事项：1

26、)电机是否有异常声音及振动。2)变频器及电机是否发热异常，环境温度是否过高。3)负载电流表是否与往常值一样。4)变频器的冷却风扇是否正常运转。2.定期维护 变频器定期保养检查时，一定要切断电源，待监视器无显示及主电路电源指示灯熄灭后，才能进行检查。检查内容如表所示。 检查项目检查内容异常对策主回路端子、控制回路端子螺丝钉螺丝钉是否松动用螺丝刀拧紧散热片是否有灰尘用46kg/cm2压力的干燥压缩空气吹掉pcb印刷电路板是否有灰尘用46kg/cm2压力的干燥压缩空气吹掉冷却风扇是否有异常声音、异常振动更换冷却风扇功率元件是否有灰尘用46kg/cm2压力的干燥压缩空气吹掉铝电解电容是否变色、异味、鼓

27、泡更换铝电解电容3.三相异步电动机3.1.三相异步电动机的结构三相异步电机由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间存在很小的气隙。a.定子三相异步电机的定子是由定子铁芯、定子绕组、机组和端盖组成。定子的主要作用是产生磁场。 1).定子铁芯定子铁芯用来嵌放定子绕组，是三相异步电机磁路的一部分。为了减少电机的铁芯损耗，定子铁芯采用0.5mm厚的硅钢片叠成，硅钢片内圆周表面冲有槽，用以嵌放定子绕组。槽的形状有半闭口槽、半开口槽和开口槽。小容量的电动机由于硅钢片间的涡流电压较小，相叠时利用硅钢片表面的氧化层即可减小涡流损耗。对于容量较大的电动机，在硅钢片两面涂绝缘漆作为片间绝缘。2).定子绕组定子绕组

28、是三相异步电动机的电路部分，其主要作用是通入交流电产生磁场。它由嵌在定子铁芯槽内的线圈按一定规律组成，根据定子绕组线圈在槽内的布置可分为单层和双层绕组。绕组的槽内部分与铁芯之间必须可靠地绝缘，这部分绝缘称为槽绝缘，如果是双层绕组，两层绕组之间还应有层间绝缘，槽内的导线用槽楔固定在槽内。三相异步电动机的定子绕组必须是对称绕组，即每相绕组匝数和结构完全相同，在空间相差120电度角。每相绕组的首端用 、 、表示，末端用 、 、表示。3).机座和端盖机座的作用是支撑定子铁芯和固定端盖，在中小型电动机中端盖还具有轴承座的作用，机座还要支撑电动机的转子部分。因此机座必须具有足够的机械强度和刚度。b.转子三

29、相异步电动机的转子由转子铁芯、转子绕组、转轴和轴承等构成。转子的主要作用是产生电磁转矩。1).转子铁芯转子铁芯也是电动机磁路的一部分，由0.5mm厚的硅钢片叠压而成。硅钢片外圆周上冲有槽，以便浇铸或嵌放转子绕组。中小型异步电机的转子铁芯大都直接安装在转轴上，而大型异步电机转子则固定在转子支架上，转子支架再套装固定在转轴上。2).转子绕组转子绕组的作用是产生感应电动势和电流，并产生电磁转矩。其结构形式有笼式和绕线式两种。(1)笼式转子绕组。笼式转子绕组按制造绕组的材料可分为铜条绕组和铸铝绕组。铜条绕组是在转子铁芯的每一槽内插入一根铜条，每一根铜条两端各用一端环焊接起来。铜条绕组主要用在容量较大的

30、异步电动机中。小容量异步电动机为了节约用铜和简化工艺，绕组采用铸铝工艺，将转子槽内的导条及端环和风扇叶片一次浇铸而成，称为铸铝转子。如果把铁芯去掉，绕组就像一个笼子，故称为笼式绕组。由于两个端环分别把每一根导条的两端连接在一起，因此，笼式绕组是一个自行封闭的绕组。(2)绕线式转子绕组。绕线式转子绕组和定子绕组一样，是由嵌放到转子铁芯槽内的线圈按一定规律组成的三相对称绕组。转子三项绕组一般接成星形，三个末端连在一起，三个首端分别与装在转轴上但与转轴绝缘的三个滑环相连接，再经电刷装置引出。当异步电动机启动或调速时，可以串接附加电阻。c.气隙三相异步电动机定子铁芯与转子铁芯之间的气隙比同容量直流电机

31、的气隙小得多。气隙的大小对异步电动机的运行性能影响极大，气隙大则磁阻大，由电网提供的励磁电流也大，使电机的功率因数降低。但是气隙过小时，将使电机装配困难，运行时定、转子可能会发生摩擦，而且气隙过小时高次谐波磁场的影响的增大，对电机产生不良影响。一般情况下三相异步电动机的气隙在0.21.6mm之间。3.2三相异步电动机的工作原理 图5所示为一台三相笼型异步电动机的示意图。在定子铁芯里崭放着对称的三相绕组u1-u2、v1-v2、w1-w2。转子槽内放有导条，导体两端用短路接起来，形成一个笼型的闭合绕组。定子三相绕组可接成星形，也可以接成三角形。旋转磁场理论分析可知，如果定子对称三星绕组被施以对称的

32、三相变压，就有对称的三相电流流过，并且会在电机的气隙中形成一个旋转磁场，这个磁场的转速n1称为同步转速，它与电网的频率f1及电机的极对数p的关系为n1=60f1/p转向与三相绕组的排列有关，图中u、v、w相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转向。由于转子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子导体因切割定子磁场而产生感应电动势，因转子绕组自身闭合，转子绕组内便有电流流过。转子有功电流与转子感应电动势同相位，其方向可由“右手定则”确定。载有有功分量电流的转子绕组在定子旋转磁场作用下，将产生电磁力f，其方向由“左手定则”确定。电磁力对转轴形成一个电磁力矩，其作用方向与磁场方向一致，拖着转子顺

33、着旋转磁场的旋转方向旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。如果电动机轴上带有机械负载，则机械负载随着电动机的旋转而旋转，电动机对机械负载做功。综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原理是：三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流。转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动。异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只需改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根导线，便可使电动机反转。异步电动机的转速恒小于

34、旋转磁场的转速n1，因为只有这样，转子绕组才能产生电磁转矩，使电动机旋转。如果n=n1，转子绕组与定子磁场之间便无相对运动，则转子绕组中无感应电动势和感应电流产生，可见nn1,是异步电动机工作的必要条件。由于电动机转速n与旋转磁场转速n1不同步，故称为异步电动机。又因为异步电动 机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。3.3变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，其特点是： 1)具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2)无转差损耗，效率高； 3)接线简单、控制方便、价格低； 4) 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 5)

35、 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 3.4变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。其特点是： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高； 技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合4.变频器的工作原理4.1变频器变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变

36、频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。4.2变频器工作原理主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型和电流型。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成

37、，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。1.整流器整流器是将工频电源变换为直流功率。最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，所以可以进行再生运转。2.平波回路平波回路主要是吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动。在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平

38、波回路。3.逆变器逆变器是将直流功率变换为交流功率。同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到三相交流输出。4.3变频器的安装方法1.环境温度 安装变频器时应充分考虑变频器的环境温度，不得超过变频器允许的温度范围，通常变频器周围温度范围为-10+40,每升高1度，变频器应降额5%使用。变频器在温度高于40度的环境中使用时，其内部元件会由于负荷过大而损坏。2.环境湿度变频器对环境湿度也有一定的要求，通常变频的环境湿度范围在45%90%之间。若环境湿度过高，则不仅会降低绝缘性，而且金属部位容易出现腐蚀现象，此时可通过在变频器的控制柜

39、内放入干燥剂、加热器等来降低环境湿度。3.安装场所变频器应尽量 安装在避免阳光直射、无尘埃、无污油、无滴水、无腐蚀性气体、无易燃易爆气体、无振动等环境中。若无法避免上述环境条件时，则可根据变频器不同的工作环境，选择不同功能结构的变频器控制柜，如密封结构的控制柜、防爆结构的控制柜、防振结构的控制柜等，以适于不同环境的控制柜。4.海拔高度变频器应尽量安装在海拔1000m以下的环境中，若安装在海拔较高的环境，则会影响变频器的输出电流。5.振动加速度变频器不能安装在振动比较频繁的环境中，若振动过大，则可能会使变频器的固定螺丝松动或元器件脱落、焊点虚焊等。通常变频器安装场所的振动加速度应在0.6g以内。

40、在安装变频器时，应对其安装的振动场所进行测量，首先测量出振动场所的振幅（a）和频率（f），然后根据公式计算振动加速度，即振动加速度（c）=2*3.14fa/98005.变频技术在电动机控制电路中的应用5.1变频器恒压供水系统的相关设备的选择表5.1 本系统主要硬件设备清单主要设备型号及其生产厂家变频器cvf-p2-4t0110水泵机组125h-13型号水泵一台压力变送器及显示仪表普通压力表y-100、xmt-1270数显仪液位变送器分体式液位变送器ds26（1）工艺参数: 水泵流量：295 m3/h 水泵出口压力： 0.08mpa （2）水泵参数：型号：125h-13 额定流量：793 m3/

41、h 扬程：32.3 m 功率：80.3 kw 额定转速：1450 r/min 配用电机功率：100kw （3）电动机参数：型号：y160m1-2 功率：11kw 额定频率：50hz 额定电压：380vac； 额定转速：2930 r/min 电动机常选用y160m1-2型号的电动机，功率为11kw，电压为380v，所以其电流为：i211kw=22a变频器的电流为： i22（1+5%）=23.1a 所以选用cvf-p2-4t0110型号的变频器。5.2水泵电动机m1在变频器控制下的工作过程 在上图控制电路中，首先闭合主电路断路器qf，分别按下变频器供电启动按钮sb1、变频运行启动按钮sb3后，控制

42、系统计入变频器控制工作状态，同时将压力传感器的反馈信号与设定信号相比较作为控制变频器的输出依据，使变频器根据实际水压情况自动控制电动机的运转速度，实现恒压供水的目的。具体控制过程如下： 合上总断路器qf； 按下变频供电启动按钮sb1； 交流接触器km1、km2线圈同时得电吸合，变频电路供电指示灯hl1点亮； 交流接触器km1线圈得电，常开辅助触点km1-2闭合自锁； 常开触点km1-1闭合，变频器的主电路输入端r、s、t得电； 交流接触器km2线圈得电，常闭辅助触点km2-2断开，防止交流接触器km3线圈得电，起连锁保护作用； 常开主触点km2-1闭合，变频器输出侧于电动机相连，为变频器控制电

43、动机运行做好准备； 按下变频运行启动按钮sb3； 中间继电器ka1线圈得电，同时变频运行指示灯hl2点亮； 中间继电器ka1的常开触点ka1-2闭合自锁； 中间继电器ka1的常开辅助触点ka1-1闭合，变频器fwd端子与cm端子短接； 变频器接收到启动指令（正转），内部主电路开始工作，u、v、w、端输出变频电源，经km2-1后加到水泵电动机m1的三相绕组上； 水泵电动机m1开始启动运转，将蓄电池中的水通过管道送入水房，进行供水； 水泵电动机m1工作时，供水系统中的压力传感器sp实施检测供水压力状态，并将检测到的水压力转换为电信反馈到变频器端子ii（xf）上； 变频器端子ii（xf）将反馈信号于初始信号与初始目标设定端子vii(xt)的给定信号相比较，将比较信号经变频器内部pid调节处理后得到频率给定信号，控制变频器的输出电源频率升高或降低，从而控制电动机转速的增大