第3章三相异步电动机(13)

1、 本章需掌握的问题本章需掌握的问题 交流电动机为什么能旋转交流电动机为什么能旋转旋转磁场的产生旋转磁场的产生 异步的含义是什么异步的含义是什么转差率转差率 电动机如何反向？电动机如何反向？ 电动机的机械特性曲线电动机的机械特性曲线 电磁功率、起动电流、起动转矩电磁功率、起动电流、起动转矩 电动机的制动电动机的制动 电动机的相关计算电动机的相关计算 在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机 械，矿山机械等。械，矿山机械等。 在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。 在家用电器方

2、面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。 交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能, , 交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。 1. 按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、 单相异步电动机。单相异步电动机。 2.按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机按电机的转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机. 规格代号：中心高规格代号：中心高132mm，短机座，短机座2号铁心，号铁心，2极极

3、 产品型号：异步电动机产品型号：异步电动机 Y 132S2 电动机的额定技术数据：电动机的额定技术数据： （1）额定电压）额定电压UN 电动机额定状态下运行时定子绕组上电动机额定状态下运行时定子绕组上 应应 加的线电压，单位为加的线电压，单位为V或或KV。 （2） 额定电流额定电流IN 电动机在额定状态下运行时，定子绕电动机在额定状态下运行时，定子绕 组的线电流，单位为组的线电流，单位为A或或KA。 （3）额定功率）额定功率PN 电动机在额定状态下运行时，其轴上输电动机在额定状态下运行时，其轴上输 出的机械功率，单位为出的机械功率，单位为W或或KW。 （4）频率）频率f1 电动机交流电源的频率

4、，我国规定为电动机交流电源的频率，我国规定为50HZ。 （5）额定转速）额定转速nN 电动机在额定状态下（电动机在额定状态下（UN、IN、PN） 运行时电动机转子的转速，单位为运行时电动机转子的转速，单位为rmin。 （6）额定功率因数）额定功率因数cos N 在额定负载下，在额定负载下， N是定子相是定子相 电流与相电压的相位差，三相异步电动机的电流与相电压的相位差，三相异步电动机的cos 随负载随负载 的变化的变化 而变化，其范围为而变化，其范围为0.20.9，轻载时，轻载时cos 较低。较低。 （7）额定效率）额定效率 N 额定输出功率额定输出功率PN与额定输入功率之与额定输入功率之 比

5、比PN1，即，即 % P P 100 N1 N N 额定输入功率额定输入功率 NNNN1 3 cosIUP 电动机的额定技术数据：电动机的额定技术数据： 电动机铭牌上还标明绕组的接法电动机铭牌上还标明绕组的接法 如有的电动机铭牌上标识出电压为如有的电动机铭牌上标识出电压为220380V，接法，接法 标识为标识为 Y时，则表明，当电源电压为时，则表明，当电源电压为220V时，电动机时，电动机 定子绕组采用定子绕组采用 形方式联接，而当电源电压为形方式联接，而当电源电压为380V时，电时，电 动机定子绕组采用动机定子绕组采用Y形方式联接。形方式联接。 例例3.1.1：已知一台三相异步电动机的额定功

6、率：已知一台三相异步电动机的额定功率PN3.8KW， 额定电压额定电压UN380V，额定功率因数，额定功率因数cos N0.7，额定效率，额定效率 N0.85，额定转速，额定转速nN950rmin，求额定输入功率，求额定输入功率P1N 和额定电流和额定电流IN。 解解 根据根据 额定输入功率额定输入功率 N1 N N P P KW474 850 83 N N1 . . .P P A79 703803 10474 3 3 NN N1 N . . . cosU P I 额定电流额定电流 这是电动机的外形这是电动机的外形 三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。三相异步电动机主要部件是由定

7、子和转子两大部分组成。 此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 端盖端盖 机座机座 这这 是是 三三 相相 异异 步步 电电 动动 机机 的的 基基 本本 结结 构构 示示 意意 图图 这这 是是 三三 相相 异异 步步 电电 动动 机机 的的 基基 本本 结结 构构 示示 意意 图图 三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。 此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 定子定子 这这 是是 三三 相相 异异 步步 电电 动动 机机 的的 基基 本本 结结

8、 构构 示示 意意 图图 三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。 此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 定子定子 转子转子 轴承轴承 端盖端盖 机座机座 三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕 组组成。组组成。 这是机座定子铁心和定子绕组示意图这是机座定子铁心和定子绕组示意图 定子绕组定子绕组 机座机座 铁心铁心 定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成 这是定子硅钢片这是定子硅钢片 在定子槽孔中放置三相

9、彼此独立的绕组。在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。 U1U2 V1V2 W1 W2 U1V1 W1 W2U2V2 U1 U2 V1 V2 W1 W2 U1 U2 V1 V2 W1 W2 U1V1 W1 W2U2V2 定子绕组定子绕组 星接星接 定子绕组定子绕组 角接角接 端子端子 这这 是是 饶饶 线线 型型 转转 子子 铁铁 心心 与与 绕绕 组组 根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子 笼型转子的电机称笼型电动机笼型转子的电机称笼型电动机 饶线型转子的电机称饶线型电动机饶线型转子的电机称饶线型电动机 外接电阻外接电阻 电刷电刷 滑

10、环滑环转子铁心转子铁心 转子绕组转子绕组 转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。 这这 是是 转转 子子 硅硅 钢钢 片片 笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成， 在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条 连接起来。连接起来。 这这 是是 笼笼 型型 转转 子子 U1 W2 V1 U2 W1 V2 电流的流入端用电流的流入端用 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示 在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组 定子绕组定

11、子绕组 U1 U2V1V2W1 W2 iAiB iC uA uB uC iA iB iC U1 V1 W1 U2 V2 W2 转子绕组转子绕组 S N n0 n e( i ) F F 转子转子 导体导体 旋转磁极形成旋转磁旋转磁极形成旋转磁 场，旋转磁场的转速也称场，旋转磁场的转速也称 为同步转速。笼型转子在为同步转速。笼型转子在 旋转磁场的作用下也转动旋转磁场的作用下也转动 起来，其转向与旋转磁场起来，其转向与旋转磁场 的转向相同。的转向相同。 iA=Imsin t iB=Imsin( t-120 ) iC=Imsin( t+120 ) iAiBiC 相序相序A-B-C-A t i 0 电流

12、的流入端用电流的流入端用 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示 iA iB iC U1 V1 W1 U2 V2 W2 U1 W2 V1 U2 W1 V2 iA t = 0 t i U1 W2 V1 U2 W1 V2 iA= 0 iB为为负负值值 iC为为正正值值 N S 0 电流的流入端用电流的流入端用 表示表示 iBiC 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示 iA iB iC U1 V1 W1 U2 V2 W2 t t = 60 i N S 60 iC = 0 iB为为负负值值 iA为为正正值值 iAiBiC 0 U1 W2 V1 U2 W1 V2 iA iB iC U1 V1

13、 W1 U2 V2 W2 t = 90 N S 90 iA为为正正值值 iB为为负负值值 iC为为负负值值 t i iAiBiC 0 U1 W2 V1 U2 W1 V2 iA iB iC U1 V1 W1 U2 V2 W2 t = 180 iA= 0 iB为为正正值值 iC为为负负值值 180 N S t i iAiBiC 0U1 W2 V1 U2 W1 V2 iA iB iC U1 V1 W1 U2 V2 W2 t=60 N S 60 t=90 N S t=0 N S 90 t=180 N S 180 0 U1 W2 V1 U2 W1 V2 U1 W2 V1 U2 W1 V2 U1 W2 V

14、1 U2 W1 V2 U1 W2 V1 U2 W1 V2 空间相差空间相差120120 角的三相绕组，通入角的三相绕组，通入 对称三相电流时，产生的是一对磁极的对称三相电流时，产生的是一对磁极的 旋转磁场旋转磁场, ,当电流经过一个周期变化时，当电流经过一个周期变化时， 磁场也沿着顺时针方向旋转了一周磁场也沿着顺时针方向旋转了一周 ( (在在 空间旋转的角度为空间旋转的角度为360360 ) )。 t i iAiBiC 0 U1 V1 W1 U2 V2 W2 iA iC 90 60 0 U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S 0 U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S 60 相序相序A

15、-C-B-A U1 W2 V1 U2 W1 V2 N S 90 iB 改变流入三相绕组的电流相改变流入三相绕组的电流相 序序, ,就能改变旋转磁场的转向就能改变旋转磁场的转向; ;改改 变了旋转磁场的转向变了旋转磁场的转向, , 也就改变也就改变 了三相异步电动机的旋转方向。了三相异步电动机的旋转方向。 iA iB iC U1 V1 W1 U2 V2 W2 U1 V1 W1 U2 V2 W2 600 t = 0 U1 W2 V1 U2 W1 N S U2 W1 V2 U1 W2 V1 V2 0 S N t = 60 N S U1 W2 V1 U2 W1 U2 W1 V2 U1 W2 V1 V2

16、 30 S N 0 t i iAiBiC 0 t i iAiBiC 0 90 180 t = 90 N S 45 SN t =180 N S 90 S N 90 U1 W2 V1 U2 W1 U2 W1 V2 U1 W2 V1 V2 U1 W2 V1 U2 W1 U2 W1 V2 U1 W2 V1 V2 iA iB iC U1 V1 W1 U2 V2 W2 U1 V1 W1 U2 V2 W2 当定子每相中有两个绕组串联当定子每相中有两个绕组串联, 且每相绕组在空间相差且每相绕组在空间相差 60时时, 通入对称三相交流电后通入对称三相交流电后, 也产生一个旋转磁场也产生一个旋转磁场, 但它是一但

17、它是一 个四极旋转磁场。当电流变化一周个四极旋转磁场。当电流变化一周, 旋转磁场在空间只转了半旋转磁场在空间只转了半 周周(180 空间角空间角), 旋转速度较两极磁场慢了一半。旋转速度较两极磁场慢了一半。 p n0 = 60 f1电源的频率电源的频率 磁极对数磁极对数 n0 s = = n0n n0 n P=1 n0 =3000 r/min P=2 n0 =1500 r/min P=3 n0=1000 r/min n = (1s) n0 0 s U1 Tm U1 Tm U1 sm R2 R2 T n 0 R2Tst ,不能起动不能起动, 可可空载空载或或轻载轻载起动起动 负载转矩负载转矩 T

18、2T2 时时, 电机起动电机起动 在在cb段段 nsTba段段 在在ab段段 nsTT=T2 T2 =TN (在在d点点) ab段为稳定运行区域，段为稳定运行区域， bc段为不段为不 稳定运行区域稳定运行区域 s 直到直到 T = T2 电机稳定运行在新的电机稳定运行在新的 转速下转速下,工作于工作于d点点 n n =(1 s)n0 T n 0 n0 T a b c Tst Tm T2 d n nN TN=T2N d 转矩平衡方程式转矩平衡方程式 =负载转矩 负载转矩+空载转矩空载转矩 电动机工作在稳定运行区时电动机工作在稳定运行区时, 具有自适应能力。具有自适应能力。 例如例如, 原来在额定

19、负载下稳定运行原来在额定负载下稳定运行(工作于工作于d点点), 若负载转矩突然增大为若负载转矩突然增大为 T2, T2 TN ， 例例3.4.1 已知某台三相异步电动机的额定数据为：已知某台三相异步电动机的额定数据为： PN4.5kW， nN950rmin，效率，效率 N84.5， UN380V，cos N0.84，接成星形（，接成星形（Y），），f150HZ， 过载系数过载系数 m2，起动转矩倍数，起动转矩倍数 st1.7。求：。求： （1）磁极对数）磁极对数P； （2）额定转差率）额定转差率sN； （3）额定转矩）额定转矩TN；（；（4）额定输入功率）额定输入功率P1N； （5）定子的额定

20、电流）定子的额定电流IN；（；（6）最大转矩）最大转矩Tmax； （7）起动转矩）起动转矩Tst。 解解（1）根据根据nN950rmin，可以得出，可以得出n01000rmin 3 1000 506060 0 1 n f P 磁极对数磁极对数 （2）额定转差率为）额定转差率为 050 1000 9501000 0 N0 N . n nn s （3）额定转矩为）额定转矩为 950 1054 559559 3 N N N . . n P .T =45.24N m （4） 额定输入功率额定输入功率 kW335 8450 54 N N N1 . . .P P （5）根据）根据 额定电流额定电流 A64

21、9 8403803 10335 3 3 NN N1 N . . . cosU P I （7）最大起动转矩）最大起动转矩 Tst stTN1.7 45.24=76.91N m NNNN1 3 cosIUP （6）最大转矩）最大转矩 Tmax mTN2 45.24=90.48N m 例：已知例：已知PN=4.5 KW，nN=950r/min， N=84 .5%， U1=380 V，Y接，接，f1=50Hz， m=2， st=1.7。求：。求： （1）磁极对数）磁极对数 P；（；（2） SN； （3）TN； （4）输入功率）输入功率P1；（；（5）最大转矩）最大转矩Tm；（；（6）起动转矩）起动转矩

22、Tst 解：解： （1）P=3 SN= n1 nN n1 1000 950 1000 = =0.05（2） （3）TN=9.55 PN nN =9.55 450103 950 =45.24Nm （4）P1= PN N 4.5 0.845 = =5.33kW （5） Tm= m TN=245 .24=90 .48Nm （6） Tst= st TN=1 . 745 .24=76 .91Nm 起动初始瞬间，起动初始瞬间，n=0，s=1 （1） 起动电流起动电流IST大，大，57 IN。频繁起动会使电动机过频繁起动会使电动机过 热。热。过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的过大的起动电流在短时间

23、内会在线路上造成较大的 电压降落，影响邻近负载的正常工作。电压降落，影响邻近负载的正常工作。 （2） 起动转矩起动转矩TST不大，虽然刚起动时转子电流较大，不大，虽然刚起动时转子电流较大， 但转子感抗大，使转子的但转子感抗大，使转子的 功率功率 因数很低因数很低, 不能带动较不能带动较 大负载起动。大负载起动。 3.5.1三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 直接起动是在起动时把电动机的定子直接起动是在起动时把电动机的定子 绕组直接接入电网。绕组直接接入电网。 特点：特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大起动转矩小；起动电流大，比额定值大47倍；倍； 影响同一电网上其它负载的正常工作。影

24、响同一电网上其它负载的正常工作。 优点：优点：简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型 笼型异步电动机笼型异步电动机 起动时降低电动机的电源电压，以限制起动电流，起动时降低电动机的电源电压，以限制起动电流， 待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。 起动转矩与外加电压平方成正比，降压的同时也大大的起动转矩与外加电压平方成正比，降压的同时也大大的 降低了起动转矩，因此这种方法使用于轻载或空载起动。降低了起动转矩，因此这种方法使用于轻载或空载起动。 FU W2 U1 U2 V1 V2 W1 Q1 转子转

25、子 定子定子 绕组绕组 只适用于正常运行时只适用于正常运行时 为为 接法接法的电动机的电动机 Q2 Y U1 U2 V1W1 V2W2 W1 V1 U1 U2 V2 W2 FU W2 U1 U2 V1 V2 W1 Q1 转子转子 定子定子 绕组绕组 Q2 Y 起动电流和起动转矩都降起动电流和起动转矩都降 低到直接起动时的三分之一低到直接起动时的三分之一 IlY/ Il =1/3 TstY/Tst =UPY2/UP (Ul / 3 )2 (Ul)2 =1/3 IlY=IPY=UPY / | Z|=Ul/( 3 |Z |) Il = 3 IP = 3 UP / | Z| = 3 Ul /|Z |

26、U1 U2 V1 V2 W1 W2 Q1 Q2 M 3 U1 U2 V1 V2 W1 W2 Q1 Q2 M 3 U1 U2 V1 V2 W1 W2 Q1 Q2 M 3 Ist =(0.55)2 Ist 自耦变压器抽头有自耦变压器抽头有 0.55, 0.64, 0.73 等等 Ist= (0.55) Ist Ist Ist Ist 变压器变比变压器变比 则变压器副方电流则变压器副方电流 为为 = 0.55 1 n 而变压器原方电流而变压器原方电流 电动机起动转矩电动机起动转矩 Tst =(0.55)2 Tst 电动机起动电动机起动 电流电流Ist和起动转矩和起动转矩Tst 均为直接起动的均为直接

27、起动的1/n2。 绕线式电动机起动时，在转子绕组中串电阻，减小绕线式电动机起动时，在转子绕组中串电阻，减小 起动电流。起动电流。 2 R2 +XS2 E2 I2 = 2 起动时先将起动变阻器的阻值置于最大位置，随着起动时先将起动变阻器的阻值置于最大位置，随着 转速的上升，逐渐减小起动电阻，直到电动机转速接近转速的上升，逐渐减小起动电阻，直到电动机转速接近 额定值时，再全部切除起动电阻，使电动机进入正常运额定值时，再全部切除起动电阻，使电动机进入正常运 行状态。行状态。 转子串电阻起动，不但减小了起动电流转子串电阻起动，不但减小了起动电流 而且增大了而且增大了cos 2，提高了起动转矩。，提高了

28、起动转矩。 起动电阻起动电阻 Q 定子绕组定子绕组 转子绕组转子绕组滑环滑环 电刷电刷 例例3.5.1 一台笼型三相异步电动机定子绕组为三角形联一台笼型三相异步电动机定子绕组为三角形联 接，接，PN28KW，UN380V，IN58A，cos N0.88， nN=1455r/min， st=1.2, Ist/IN=6, m=2.3，起动负载转矩为起动负载转矩为 71.5N m，要求起动电流不大于，要求起动电流不大于150A。 （1）该电动机能否采用星形三角形转换方法进行起）该电动机能否采用星形三角形转换方法进行起 动？动？ （2）若采用自耦变压器降压起动，当自耦变压器的抽）若采用自耦变压器降压起

29、动，当自耦变压器的抽 头为头为64 （ ）时，能否满足起动要求？）时，能否满足起动要求？ 640 1 . K 解解 （1）电动机额定转矩为）电动机额定转矩为 mN78183 1455 1028 559559 3 N N N . n P .T 直接起动时的起动转矩为直接起动时的起动转矩为 mN54220781832121 Nst .T.T 星形三角形起动时的起动转矩星形三角形起动时的起动转矩 mN571mN57354220 3 1 3 1 ststY .TT A3485866 Nst II 星形三角形起动时的起动电流星形三角形起动时的起动电流 A150A116348 3 1 3 1 ststy

30、II 直接起动时的起动电流为直接起动时的起动电流为 可以采用星形三角形转换起动方法。可以采用星形三角形转换起动方法。 （2） 用自耦变压器降压起动时用自耦变压器降压起动时 A150A54142348640640 2 st 2 st .I.I mN571mN339054220640640 2 st 2 st .T.T 能满足要求。能满足要求。 p = (1s) 60 f1 n = (1s) n0调速方法调速方法 3.5.1三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 在某一确定负载下，人为的改变电动机转速称为调速。在某一确定负载下，人为的改变电动机转速称为调速。 改变电动机转速有三种方法：改变电动机

31、转速有三种方法：改变磁极对数改变磁极对数P、改改 变转差率变转差率s、。 改变定子绕组所形成的磁极对数与改变电源频率改变定子绕组所形成的磁极对数与改变电源频率 的调速方法适用于笼型异步电动机，它们是改变旋转的调速方法适用于笼型异步电动机，它们是改变旋转 磁场转速磁场转速n0的调速方法。的调速方法。 改变电动机转差率的方法只适用于绕线式异步电动改变电动机转差率的方法只适用于绕线式异步电动 机，它不改变旋转磁场的转速机，它不改变旋转磁场的转速n0，而是在转子绕组电路，而是在转子绕组电路 中串联电阻，改变转差率，实现对电动机的调速。中串联电阻，改变转差率，实现对电动机的调速。 变频调速是通过改变电动

32、机电源频率得到的平滑调速。变频调速是通过改变电动机电源频率得到的平滑调速。 1. 变频调速变频调速 若电源电压若电源电压U1不变，则磁通随频率而变。通常电不变，则磁通随频率而变。通常电 机在设计中，将磁通机在设计中，将磁通 的数值选择在接近饱和值上。的数值选择在接近饱和值上。 11111 444KNf.EU 在改变在改变f1的同时要同步调节电源电压的同时要同步调节电源电压U1，以保持，以保持U1/ f1比值为恒定，从而维持磁通恒定不变。比值为恒定，从而维持磁通恒定不变。 异步电动机变频调速的控制方式主要有：异步电动机变频调速的控制方式主要有： 这种方式是将频率这种方式是将频率f1从额定值往下调

33、，从额定值往下调，U1同时减小。同时减小。 这种调速方法的机械特性较硬，调速范围较宽，但低这种调速方法的机械特性较硬，调速范围较宽，但低 速性能较差。如果电源频率速性能较差。如果电源频率f1 能实现连续调节，就能实现能实现连续调节，就能实现 无级变频调速。无级变频调速。 T n 0 f1 f 1 f1 f 1 f f 1 n nN n TN 调速过程中，由于调速过程中，由于U1=4.44f1N1 ，T=CT I2cos 2， 如果负载转矩不变磁通又是恒定的，则转子电流不变，如果负载转矩不变磁通又是恒定的，则转子电流不变， 电动机输出转矩也不变，故为电动机输出转矩也不变，故为恒转矩调速恒转矩调速

34、。 在电源电压在电源电压U1不变的情况下，提高电源频率会使磁通不变的情况下，提高电源频率会使磁通 减小，输出转矩随之减小。对于恒功率负载，使电动减小，输出转矩随之减小。对于恒功率负载，使电动 机转速升高，从而异步电动机的电磁功率基本保持不机转速升高，从而异步电动机的电磁功率基本保持不 变，变，属恒功率变频调速方式属恒功率变频调速方式。 这种方式是将频率从额定值向上调这种方式是将频率从额定值向上调 T n 0 f1 f 1 f1 f 1 f 1 f 1 n nN n TN 这种恒功率变频调速方式（也称为恒压弱磁变频调这种恒功率变频调速方式（也称为恒压弱磁变频调 速方式）的机械特性较软。速方式）的

35、机械特性较软。 变频器简介变频器简介 实现变频调速就要有变频电源，变频电源是由变频实现变频调速就要有变频电源，变频电源是由变频 器提供的。器提供的。 变频器的基本结构：主电路包括变频器的基本结构：主电路包括整流、滤波和逆变整流、滤波和逆变 三个部分。三个部分。 交流交流 电源电源 整整 流流滤滤 波波 逆逆 变变 M 电动机电动机 主电路主电路 驱动电路驱动电路 运算电路运算电路 保护电路保护电路 检测电路检测电路 控制电路控制电路 频率和电频率和电 压可调的压可调的 交流电源交流电源 控制电路的功能是向主电路提供控制信号，它包括进控制电路的功能是向主电路提供控制信号，它包括进 行电压和频率运

36、算的运算电路、对主电路进行电流电压行电压和频率运算的运算电路、对主电路进行电流电压 检测的检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱检测的检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱 动电路以及主电路和控制电路的保护电路。动电路以及主电路和控制电路的保护电路。 交流交流 电源电源 整整 流流滤滤 波波 逆逆 变变 M 电动机电动机 主电路主电路 驱动电路驱动电路 运算电路运算电路 保护电路保护电路 检测电路检测电路 控制电路控制电路 频率和电频率和电 压可调的压可调的 交流电源交流电源 在现代变频器中，普遍采用在现代变频器中，普遍采用正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制 （SPWM）方式将直流电转换为频

37、率和电压可调的交）方式将直流电转换为频率和电压可调的交 流电。它是流电。它是通过改变输出的脉冲宽度，使输出电压的通过改变输出的脉冲宽度，使输出电压的 平均值接近于正弦波平均值接近于正弦波。即，使脉冲系列的占空比按正。即，使脉冲系列的占空比按正 弦规律来安排，当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也弦规律来安排，当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也 最大，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小。如果脉冲最大，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小。如果脉冲 间的间隔小，相应的输出电压大；反之，脉冲间的间间的间隔小，相应的输出电压大；反之，脉冲间的间 隔较大，相应的输出电压也较小。隔较大，相应的输出电压也较小。 0 t T

38、u 0 t T u 变频调速器应用实例：变频供水控制系统变频调速器应用实例：变频供水控制系统 压力设定压力设定 可编程序可编程序 控制器控制器 变频调速器变频调速器 接触器接触器 压力传感器压力传感器 水泵水泵 机组机组 用 户用 户 管网管网 各种控制各种控制 信号信号 系统以可编程序控制器为控制核心，实现系统要求系统以可编程序控制器为控制核心，实现系统要求 的控制。通过压力传感器检测到用户水压的大小，将的控制。通过压力传感器检测到用户水压的大小，将 这一信号送入这一信号送入PLC，PLC与压力的设定值比较后，将与压力的设定值比较后，将 按编制好的程序进行处理，然后向变频调速器发出速按编制好

39、的程序进行处理，然后向变频调速器发出速 度调节信号，调节水泵的旋转速度，从而实现恒压供度调节信号，调节水泵的旋转速度，从而实现恒压供 水。水。 其他变频调速方式 电压空间矢量（电压空间矢量（SVPWM）控制方式）控制方式 以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的 理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波 形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践 使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控 制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子 电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的 精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转 矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

40、其他变频调速方式 矢量控制（矢量控制（VCVC）方式）方式 将异步电动机在三相坐标系下的定子电流通过三 相二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流， 再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐 标系下的直流电流（相当于直流电动机的励磁电流和 与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的 控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐 标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交 流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个 分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定 子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实 现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代 的意义。然而在实

41、际应用中，由于转子磁链难以准确 观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效 直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使 得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 其他变频调速方式 直接转矩控制（直接转矩控制（DTC）方式）方式 1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了 直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了 上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明 了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。 目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率 交流传动上。 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的 数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交 流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变 换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的