变频器对电动机调速

变频器对电动机调速控制学生：

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摘要：变频调速可以使用标准电机如不需维护的笼型电动机，可以连续调速，改变转速方向可通过电子回路改变相序实现。其优点是启动电流小，加减速度可调节，电机可以高速化和小型化，防爆容易，保护功能齐全等，随着控制技术和电力电子技术的发展，变频调速技术的应用越来越广泛。由于PLC的功能强大、使用容易、可靠性高，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在工控机上可开发出友好的人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能化”控制。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高性能、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。利用组态软件实现变频器的参数设置，在现场进行电机的启动、停止及增减速等的操作。

关键字：PLC；变频器；变频调速；组态软件

目录

第一章、概述 (1)

1.1 交流调速的发展概况 (1)

1.2 变频器技术的发展趋势 (2)

1.3 PLC技术的发展概况 (3)

第二章电动机变频调速系统 (3)

2.1 变频器简介 (3)

2.1.1 变频器的工作原理 (3)

2.1.2 变频器的构成与功能 (4)

2.2变频器的控制方式 (5)

2.3 变压变频调速的基本控制方式 (7)

第三章交流异步电动机变频调速原理及方法 (9)

3.1 三相异步电动机的基本原理 (9)

3.2 异步电动机变频调速原理 (9)

第四章硬件与软件的选择 (11)

4.1 硬件设计 (11)

4.1.1 变频器的选择 (11)

4.1.2 变频器参数的设置 (14)

4.1.3 3.1.2FR-S500基本功能参数一览表 (16)

4.1.4 PLC的选择 (17)

4.2 软件设计 (19)

4.2.1 工程设备配置 (19)

4.2.2 创建监控画面 (19)

4.2.3 数据库 (21)

4.2.4 画面命令语言 (22)

总结 (24)

致谢 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献......................................................................................................... 错误！未定义书签。

第一章、概述

1.1 交流调速的发展概况

交流变频调速的优越性早在20世纪20年代就己被人们所认识，但受到器件的限制，未能推广。50年代初，中小型感应电动机多采用晶闸管调压调速；大中型绕线式感应电动机采用晶闸管静止型电气串级调速系统。70年代发展起来的变频调速，比上述两种调速方式效率更高，性能更好。交流变频调速的方法是异步电机最有发展前途的调速方法。随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的变频器会不断出现，这一技术会得到更为广泛、普遍的应用。对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器--整流子。

交流调速系统大致经历过以下几个阶段：

1）异步电动机调压调速系统：调压调速过去常用的方法是在定子回路中串入饱和电抗器，或在定子侧加自耗铜材料，体积小，控制方便。用晶闸管功率变换器来完成馈送任务，这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同组成的调压器，通过控制触发脉冲的相位角，便可控制加在负载上的电压大小，很快成为交流调压器的主要形式，但由于相位控制时，晶闸管导通后负载上获得的电压形不是电网提供的完整的工频电压波形，因此产生了成分复杂的谐波。

2) 串级调速系统：绕线转子异步电动机串级调速是将转差功率加以利用的一种经济、高效的调速方法，改变转差率的传统方法是在转子回路中串入不同的电阻以获得不同斜率的机械特性，从而实现速度的调节。这种方法简单方便，但是调速是有级的、不平滑，并且转差功率消耗在电阻发热上，效率低，自大功率器件问世后，人们采用在转子回路中串联晶闸管功率变换器来完成馈送任务，这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同组成的晶闸管串级调速系统。由于晶闸管的逆变角的可以平滑连续的改变，使得电动机转速也能平滑连续的调节。另外转差功率又可以通过逆变器回馈到交流电网，提高了效率。串级调速的缺点是功率因数较低，采用强迫换流、改进型三相四线逆变器、逆变器的不对称控制以

及转子直流回路加斩波器控制等，可以提高功率因数。其中采用强迫换流方式可使用门极可关断晶闸管(GTO)构成，这样可以省去关断晶闸管用的储能电路，使逆变电路简单、体积小。

1.2 变频器技术的发展趋势

在进入21世纪的今天，电力电子器件的基片已从Si（硅）变换为SiC（碳化硅）,使电力电子新元件具有耐高压、低功耗、耐高温的优点；并制造出体积小、容量大的驱动装置；永久磁铁电动机也正在开发研制之中。随着IT技术的迅速普及，以及人类思维理念的改变，变频器相关技术的发展迅速，未来主要朝以下几个方面发展：

1.网络智能化

智能化的变频器买来就可以用，不必进行那么多的设定，而且可以进行故障自诊断、遥控诊断以及部件自动置换，从而保证变频器的长寿命。利用互联网可以实现多台变频器联动，甚至是以工厂为单位的变频器综合管理控制系统。

2.专门化和一体化

变频器的制造专门化，可以使变频器在某一领域的性能更强，如风机、水泵用变频器、电梯专用变频器、起重机械专用变频器、张力控制专用变频器等。除此以外，变频器有与电动机一体化的趋势，使变频器成为电动机的一部分，可以使体积更小，控制更方便。

3.环保无公害

保护环境，制造“绿色”产品是人类的新理念。21世纪的电力拖动装置应着重考虑：节能，变频器能量转换过程的低公害，使变频器在使用过程中的噪声、电源谐波对电网的污染等问题减少到最小程度。

4.适应新能源

现在以太阳能和风力为能源的燃料电池以其低廉的价格崭露头角，有后来居上之势。这些发电设备的最大特点是容量小而分散，将来的变频器就要适应这样的新能源，既要高效，又要低耗。现在电力电子技术、微电子技术和现代控制技术以惊人的速度向前发展，变频调速传动技术也随之取得了日新月异的进步。这种进步集中体现在交流调速装置的大容量化，变频器的高性能化和多功能化，结

构的小型化一些方面。

1.3 PLC技术的发展概况

可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

第二章电动机变频调速系统

2.1 变频器简介

2.1.1 变频器的工作原理

变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用GTR或IGBT）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。

2.1.2 变频器的构成与功能

结构：变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于交流电机的调速中.变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。

1. 整流电路

整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块.

2. 平波电路

平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，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)，一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。

3. 控制电路

现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现全数字化控制。

变频器是输出电压和频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成:频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。运算电路的控制信号送至“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路

变频器采取的控制方式，即速度控制、转拒控制、PID或其它方式

4 逆变电路

逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电

压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压。

功能：1、变频节能

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

2、功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

3、软启动节能

电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

2.2变频器的控制方式

转差频率控制

转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。与U/f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它有速度调节器，利用速度反馈构成闭环控制，速度的静态误差小。然而要达到自动控制系统稳态控制，还达不到良好的

动态性能。

矢量控制

矢量控制，也称磁场定向控制。它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。由此开创了交流电动机和等效直流电动机的先河。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，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Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流， It1相当于直流电动机的电枢电流)，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。矢量控制方法的出现，使异步电动机变频调速在电动机的调速领域里全方位的处于优势地位。但是，矢量控制技术需要对电动机参数进行正确估算，如何提高参数的准确性是一直研究的话题。

直接转矩控制

转矩控制的优越性在于，转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。

恒转矩负载

多数负载具有恒转矩特性，但在转速精度及动态性能等方面要求一般不高，例如挤压机，搅拌机，传送带，厂内运输电车，吊车的平移机构，吊车的提升机构和提升机等。选型时可选V/f控制方式的变频器，但是最好采用具有恒转矩控制功能的变频器。要求控制系统具有良好的动态，静态性能

由于被控对象的千差万别，性能指标要求的各不相同，变频器的选择及配置远不如上述所列几种。要做到熟练应用还应在工程实践中认真探索。变频器的控制方式代表着变频器的性能和水平，在工程应用中根据不同的负载及不同控制要求，合理选择变频器以达到资源的最佳配置，具有重要的意义。

2.3 变压变频调速的基本控制方式

在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每极磁通量Φm 为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。

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，Φm 保持不变是很容易做到的。对于交流异步电机：磁通Φm 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

式中Eg—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值（V）；

f1—定子频率（Hz）；

Ns—定子每相绕组串联匝数；

kNs—基波绕组系数；

Φm—每极气隙磁通量（Wb）。

由式可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可达到控制磁通Φm 的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。

2.3.1 基频以下调速

由上式可知，要保持Φm 不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 Eg ，使

即采用恒电动势频率比的控制方式。

然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，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，则得

这是恒压频比的控制方式。

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。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。如图1所示。

图1 恒压频比控制特性曲线

2.3.2 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。把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如下图所示。如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。如图2所示。

图2 异步电机变压频调速的控制特性曲线

第三章交流异步电动机变频调速原理及方法

3.1 三相异步电动机的基本原理

三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成感应电动势。转子铜条是短路的，有感应电流产生。转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用。转子就会旋转起来。第一：要有旋转磁场，第二：转子转动方向与旋转磁场方向相同，第三：转子转速必须小于同步转速，否则导体不会切割磁场，无感应电流产生，无转矩，电机就要停下来，停下后，速度减慢，由于有转速差，转子又开始转动，所以只要旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动。

3.2 异步电动机变频调速原理

交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛的电动机类型。根据统计，我国异步电动机的使用容量约占拖动总容量的八成以上，因此了解异步电动机的调速原理十分重要。

交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛的电动机类型。根据统计，我国异步电动机的使用容量约占拖动总容量的八成以上，因此了解异步电动机的调速原理十分重要。

交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速，用表示：

（3-1）

式中：为三相交流电源频率，一般是50Hz；为磁极对数。当 =1是， =3000r ／min； =2时， =1500r／min。

由上式可知磁极对数越多，转速就越慢，转子的实际转速比磁场的同步转速要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率表示：

（3-2）

三相异步电动机的变频开环调速实验面板如图3：

图3 三相异步电动机的变频开环调速实验面板

第四章硬件与软件的选择

4.1 硬件设计

4.1.1 变频器的选择

FR-S500系列如图4

：

图4 FR-S500系列实物图

简单介绍：

功率范围：

0.2-1.5KW（单相200V FR-S520S系列）。

0.4-3.7KW（三相400V FR-S540系列）。

自动转矩提升,实现6Hz时150%转矩输出。

·数字式拨盘,设定简单快捷。

柔性PWM,实现更低噪音运行。

15段速,PID,4-20mA输入和漏源型转换等多功能。

·可提供RS-485通信功能的机型FR-S5K-R,此机型更可通过电缆接FR-PU04面板。FR-S500系列三菱变频器功能参数：

控制特性控制方式可选样V/F控制或自动转矩提升控制(柔性—PWM控制/高载波频率PwM控制)输出频率范围0.5至120Hz(启动频率0至60Hz可变)

频率设定分

辨率

模拟输入最大设定频率的l/500(DC5V输入时)，1/1000(DCl0V，DC4至20mA输入时)

数字输入0.1Hz(未满100Hz)，1Hz(100Hz以上)

频率精度模拟输入最大输出频率的±1%以内(25℃±10℃)

数字输入设定输出频率的±0.5%以内(使用设定拨盘)

启动转矩150%(6Hz时)，在使用自动转矩提升的情况下

加/减速时间设定

0，0.1至999秒(可分别设定加速和减速时间) ，可选择直线型或S-型加/

减速模式

制动转矩

再生(注1)0.2K-150%，0.4K，0.75K-100%，1.5K-50%

直流制动运行频率(0-120Hz)，运行时间(0—10秒)，运行电压(0-15%)

输入信号频率设定信号(0-5(10)VDC)；4-20mA，用拨盘进行数字设定，启动信号，出错复位，多段速选择，第二功能

选择，输出停止，电流输入选择，外部热继电器输入，Pu运行/外部运行切换

运行功能上下限频率设定，频率凋变运行，外部热继电器选择，瞬时掉电后重起，正反转运行保护，滑差补偿，运行

模式选择，PID控制，计算机连接运行(RS-485)(注5)

输出信号运行功

能

可以从以下几种信号中选择一种集电极开路的输出：频率到达，频率检测，过载

报警，零电流检测，输出电

流检测，PID上限，PID下限，PID正反作用，准备完毕，最小误差，以上信号可选择一个触点输出(1C触

点，230VAC 0.3A，30VDC 0.3A)

指示仪

表

可从输出频率和电机电流中选择一种，模拟输出(DC0-5V，lmA)

保护报警功能过电流断路(正在加速，减速，恒速)，再生过电压断路(正在加速，减速，恒速)，电压不足(注2)，

过负荷断路(电子过电流保护)，失速防止，散热片过热，风扇故障(注4)，PU脱落(注5)，启动时接

地出错保护(注7)，外部热继电器输入(注6)，再试次数溢出，通信出错(注5)，

CPU出错。

环境周围温度与湿度-10℃十50℃ (不结冰)， (-10℃+40℃企封闭结构规格)，90%RH以下(不结露)保存温度(注3)-20℃至+65℃

周围环境屋内(应没有腐蚀气体，易燃气体，油雾，尘埃等)

海拔高度，振动最高海拔，1000m以下，5.9m/S2(0.6C)以下(JIS C 0911标准)

1.表中所示的制动转矩是电机本身从60Hz起减速时的平均转矩(随电机的损

耗而变) ，不是连续再生转矩，如果从高于基频的情况下减速,制动转矩会低于这个平均值

2.当电压不足，瞬时停电时，异叙显示和输出不动作，变频器自保护。根据运行状态{负荷的大小等} ，再次通电时，过电流保护,再生过电压保护等有可能动作

3.在运输时等等短时间内可以使用的温度。

4.此功能仅适用有内置制冷风扇的型号。

5.此功能仅适用带RS485功能的型号。

6.此功能仅在Pr.60到Pr.63设定选择了外部热继电器后有效。

7.此功能仅在Pr.40(启动时间接地出错检测选择)设定为1。

4.1.2 变频器参数的设置

表1 变频器参数设定表

显示/按钮功能备注

RUN显示状态运行时点亮/闪灭

点亮：正在运行中

慢闪灭（1.4S/次）：反运行

中

快闪灭（0.2S/次）：非运行

中

PU显示PU操作模式时点亮

计算机连续运行模式时，为慢

闪亮

监视用3位LED 表示频率，参数序号等

EXT显示外部操作模式时点亮

计算机连续运行模式时，为慢

闪亮

设定用按钮变更频率设定、参数的设定值不能取下

PU/EXT键切换PU/外部操作模式

PU:PU操作模式

EXT：外部操作模式

使用外部操作模式（用另外连接的频率设定按钮和启动信号运行）时，请按下此键，使EXT显示为点亮状态

RUN键运行指令正转反作用（pr.17）设定STOP/RESET 进行运行的停止，报警的

SET键确定各设定

MODE键切换各设定

4.1.3 3.1.2FR-S500基本功能参数一览表

参数名称表示设定范围单位出厂设定值

0 转矩提升P00~15%0.1% 6% 5% 4%

1 上限频率P1 0~120HZ 0.1HZ 50HZ

2 下限频率P2 0~120HZ 0.1HZ 0HZ

3 基波频率P3 0~120HZ 0.1HZ 50HZ

P4 0~120HZ 0.1HZ 50HZ

4 3速设定(高

速)

P5 0~120HZ 0.1HZ 30HZ

5 3速设定(中

速)

6 3速设定(低

P6 0~120HZ 0.1HZ 10HZ

速)

7 加速时间P7 0~120HZ 0.1S 5S

8 减速时间P8 0~999S 0.1S 5S

4.1.4 PLC 的选择

在实现异步电动机的变频调速的过程中，常常采用计算机或单片机，这就要求用户有较高的计算机技术水平。可编程控制器(PLC)是一种常用工业数控手段。PLC 采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它有继电器电路清晰直观的特点，容易开发，程序改变也十分容易，对用户的计算机水平几乎没有什么要求。在使用环境要求不太高的情况下，用PLC 实现异步电动机的变频调速，不但技术上可行，而且成本低廉，也易于推广。

FX2n 系列是FX 系列PLC 家族中最先进的系列。如图3.2.1所示。由于FX2n 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

三菱FX2n 系列实物如图5： 9 电子过电流

保护 P9 0~999S 0.1A 额定输出电流

30 扩展功能显

示选择 P30 0~50A 1 0

79 操作模式选

择 P79 0~4,7,8 1 0

交流电动机变频调速技术的优势与经济性浅析

交流电动机变频调速技术的优势与经济性浅析 摘要随着计算机技术的发展，变频调速技术得到越来越广泛的应用，本文围绕该技术的理论原理，结合目前在发电站中的应用现状，简要分析了变频调速技术在现代电力行业应用中的性能优势和经济意义。 关键词变频调速；交流电动机；节能 中图分类号TM356 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)072-0117-01 从20世纪70年代开始，计算机技术的飞跃发展使得现代控制理论得以被广泛应用到实际工业生产中。交流电力拖动系统逐步具备了调速范围宽、稳速范围大、稳速精度高、动态响应快以及在四象限中实现可逆运行等优良性能。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性持续得到提升，而价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，因此深受工业行业的青睐。 1 变频调速技术的原理 变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。 交流异步电动机的输出转速由下式确定： n=60f（1—S）/p （1） 式中：n—电动机的输出转速； f—输入的电源频率； S—电动机的转差率； p—电机的极对数。 由公式（1）可知电动机输出转速与输入的电源频率、转差率、电机极对数之间的关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速（调整p）、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整S）和变频调速（调整f）等。 变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。 2 变频调速方式 将交流电由固定的50Hz工频变换为可变频率主要有两种方式： 1）直接变换方式。它是通过可控整流和可控逆变相结合，将输入的工频电流直接强制转化为所需频率的交流输出，因而又称为“交-交变频”方式。 2）另一种称为间接变换方式，又称为“交-直-交变频”方式。它是先将工频交流电输入通过全控（或半控/不控）整流变换为直流电，再将直流电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。 3 变频调速的节能分析 由于风机（或水泵）等电机拖动设备的负载是平方转矩型，转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系： Q1/Q2＝n1/n2 （2） H1/H2＝2（n1/n2）（3） P1/P2＝3（n1/n2）（4） 假设工况不变或类似：

变频调速的基本原理

变频器多段速度控制 1．变频调速的原理 异步电机的转速n可以表示为 式中，n2为同步转速，Δn1为转差损失的转速，p为磁极对数，s为转差率，f为电源的频率。可见，改变电源频率就可以改变同步转速和电机转速。 频率的下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热。显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压。这就要求频率与电压协调控制。此外，在许多场合，为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，亦需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现，故称为可变频率可变电压调速（VVVF），简称变频调速。 实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU／DSP）等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近似正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。 2．电机调速的分类 按变换的环节分类 （1）交-直-交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。

（2）可分为交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器 按直流电源性质分类 （1）电压型变频器 电压型变频器特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合。 （2）电流型变频器 电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，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，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的特点（优点）是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。 按主电路工作方法 电压型变频器、电流型变频器 按照工作原理分类 可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等 按照开关方式分类 可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器 按照用途分类 可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。此外，变频器还可以按输出电压调节方式分类，按控制方式分类，按主开关元器件分类，按输入电压高低分类。 按变频器调压方法 PAM变频器是一种通过改变电压源Ud 或电流源Id的幅值进行输出控制的。 PWM变频器方式是在变频器输出波形的一个周期产生个脉冲波个脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。

变频器对电机的影响

变频器对电机的影响 一、一般异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。 以下为变频器对电机的影响 1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以日前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍右左的高次谐波重量为：2u+1（u为调制比）。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将一般三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%--20%。 2、电动机绝缘强度问题 日前中小型变频器，不少是采纳PWM的操纵方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。别的，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。 3、谐波电磁噪声与震动

一般异步电动机采纳变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波彼此干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率同意或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采纳变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动制造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲惫和加速老化问题。 5、低转速时的冷却问题 首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，一般异步电动机再转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。 二、变频电动机的特点 1、电磁设计对一般异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的要害问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下： 1）尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增 2）为按捺电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。 3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，

三相异步电动机变频调速

一、三相异步电动机变频调速原理 由于电机转速n 与旋转磁场转速1n 接近，磁场转速1n 改变后，电机转速n 也 就随之变化，由公式1 160f n p =可知，改变电源频率1f ，可以调节磁场旋转，从 而改变电机转速，这种方法称为变频调速。 根据三相异步电动机的转速公式为 ()()1 16011f n s n s p = -=- 式中1f 为异步电动机的定子电压供电频率；p 为异步电动机的极对数；s 为异步电动机的转差率。 所以调节三相异步电动机的转速有三种方案。异步电动机的变压变频调速系统一般简称变频调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性能最好，是交流调速系统的主要研究和发展方向。 改变异步电动机定子绕组供电电源的频率1f ，可以改变同步转速n ，从而改变转速。如果频率1f 连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。 三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为 1111m 4.44m U E f N k φ≈= 式中1E 为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；1f 为定子电源频率；1N 为定子每相绕组匝数；m k 为基波绕组系数，m φ为每极气隙磁通量。 如果改变频率1f ，且保持定子电源电压1U 不变，则气隙每极磁通m φ将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，这是不允许的。因此，降低电源频率1f 时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通m φ的目的。 .1、基频以下变频调速 为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率1f 时，保持 1 1 U f 为常数，使气每极磁通m φ为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。这时，电动机的电磁转 矩为()()222 2111 111 212222*********p r r m pU f m U s s T f r r f r x x r x x s s ππ?? ???? ? ?? ??? ????? ''??== ?''????'+++'+++ ??? [1][8]

三菱变频器对异步电动机调速控制-三相异步电动机调速控制系统毕业设计

摘要 随着变频调速异步电动机在国内外市场上日益扩大应用，自90年代中期以来，我国有众多电动机生产企业设计、研制和生产适用于不同应用的各种系列变频调速三相异步电动机，例如:通用变频调速电动机系列、起重冶金变频调速电动机系列、隔爆变频调速电动机系列、电梯变频调速电动机系列、辊道变频调速电动机系列、牵引变频调速电动机系列等。从目前情况看，这些系列电动机能基本满足国内市场的需求原理是当定子三绕组通三相对称电流后，定转子产生旋转磁场，根据右手定则，转子绕组产生感应电动势，由于绕组是闭合的，所以产生感应电流，根据左手定则，转子绕组相当于空间绕组，进而产生电磁转距，合成磁转距大于阻转距时，电机起动，重点是三相异步电动机变频调速，一方面当f1＜fN时，为恒转矩调速，转矩不变，额定转速降低，增大起动转矩Tst，另一方面当f1＞fN时，为恒功率调速，调速前后功率不变，额定转速升高，减小启动转矩Tst。变频调速可以实现宽范围内的平滑调速，变频调速电机以简单的结构、优良的调速性能、较高的调速比，应用越来越广泛。本论文的主要就是利用三菱变频器，对三相异步电动机进行变频的调速。 关键词：三相异步电动机；三菱变频器；变频调速

Abstract With the increasing application of VVVF asynchronous motors in the domestic and foreign markets, since the middle of 90's, China's motor manufacturers design, development and production is suitable for various series of Variable-Frequency Adjustable-Speed Three-Phase Asynchronous Motor, different applications such as: General VVVF motor series, crane and metallurgical VVVF motor series, flameproof inverter motor series, VVVF elevator motor series, roller VVVF motor series, inverter-fed motor series. Judging from the current situation, these series motors can basically meet the needs of the domestic market is the principle when the stator winding through three symmetrical three-phase current, stator and rotor rotating magnetic field is generated, according to the right-hand rule, the rotor winding induced electromotive force, the winding is closed, so generate induction current, according to the left, the rotor winding is equivalent to space winding, and electromagnetic torque, starting motor magnetic torque is greater than the resistance of synthesis of torque,, the focus is variable frequency speed control of three-phase asynchronous motor, hand when F1 < fN, for constant torque speed, torque is not changed, the rated speed is reduced, increase the starting torque of Tst, on the other hand, when F1 > fN, for constant power speed, speed regulation and constant power, rated speed increased, reduce the starting torque Tst. VVVF can achieve smooth speed wide range, frequency conversion motor with simple structure, good performance of speed regulation, high speed adjustment, more and more extensive application. The main of this paper is to utilize Mitsubishi inverter frequency, speed control of three-phase asynchronous motor. Key words: threephase asynchronous motor ；Mitsubishi inverter ；frequency control

交流异步电动机变频调速原理

在异步电动机调速系统中，调速性能最好、应用最广的系统是变压变频调速系统。在这种系统中，要调节电动机的转速，须同时调节定子供电电源的电压和频率，可以使机械特性平滑地上下移动，并获得很高的运行效率。但是，这种系统需要一台专用的变压变频电源，增加了系统的成本。近来，由于交流调速日益普及，对变压变频器的需求量不断增长，加上市场竞争的因素，其售价逐渐走低，使得变压变频调速系统的应用与日俱增。下面首先叙述异步电动机的变压变频调速原理。 交流异步电动机变频调速原理： 变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。 现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（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的。 交-直部分 整流电路：由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1200V，二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。（二）变频器元件作用 电容C1： 是吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压，必须加以滤波， 变压器是一种常见的电气设备，可用来把某种数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压，也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。 压敏电阻： 有三个作用,一过电压保护,二耐雷击要求,三安规测试需要. 热敏电阻：过热保护 霍尔: 安装在UVW的其中二相,用于检测输出电流值。选用时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。 充电电阻： 作用是防止开机上电瞬间电容对地短路，烧坏储能电容开机前电容二端的电压为0V；所以在上电（开机）的瞬间电容对地为短路状态。如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间，则相当于380V电源直接对地短路，瞬间整流桥通过无穷大的电流导致整流桥炸掉。一般而言变频器的功率越大，充电电阻越小。充电电阻的选择范围一般为：10-300Ω。 储能电容： 又叫电解电容，在充电电路中主要作用为储能和滤波。PN端的电压电压工作范围一般在430VDC～700VDC 之间，而一般的高压电容都在400VDC左右，为了满足耐压需要就必须是二个400VDC的电容串起来作800VDC。容量选择≥60uf/A 均压电阻：防止由于储能电容电压的不均烧坏储能电容；因为二个电解电容不可能做成完全一致，这样每个电容上所承受的电压就可能不同，承受电压高的发热严重（电容里面有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏。

第一节 交流异步电动机变频调速原理

第一节 交流异步电动机变频调速原理 根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为： )1(**60s p f n -= （2-1-1） 式中： n 一 电动机转速/分钟，单位：r/min ； p 一 电动机磁极对数； f 一 电源频率，单位：Hz ； s 一 转差率，10<

I 一 定子绕组的相电流； r 一 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和。 交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果， 其 有效值计算如下： E = K * f * Φ （2-1-3） 式中：Ｋ 一 与电动机结构有关的常数； ｆ 一 电源频率； Φ 一 磁通量 。 由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部 分消耗在电阻 r （ 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和 ）上 。其中定 子绕组的相电流 I 由两部分构成： 21I I I += （2-1-4） 电机的定子电流有一小部分1I 用于建立磁场的主磁通，其余大部分2I 用于产生拖动负 载的电磁力。 由式 （2-1-1）知，调整电源频率f 时，可以调节速度n 。 当电源频率f 下降时，由 式 （2-1-3）知，感应电动势随之比例减小；在相电压U 保持不变的情况下，由式（2-1-2） 知，定子绕组的相电流I 相应增大。在很多情况下，电机的负载是基本恒定的，因此用于产 生电磁力的电流2I 是基本不变的，于是1I 将增大；1I 的增大将直接导致主磁通的增大。由 式 （2-1-3），主磁通的增大，将引起感应电动势Ｅ比例增大；由式（2-1-2），感应电动势 Ｅ的增大将使定子电流I 减小。不难理解，通过这样的负反馈，电机将最终稳定在一个新的 工作点。 这样的控制方法看起来似乎没有问题。但实际情况是主磁通容量上限与电机的铁芯有 关。电机的铁芯受制于重量、体积、成本等因素的考虑，不可能做的很大。对于电机设计来 说，设计目标之一就是：当电机处于额定工作状态下时，主磁通接近容量上限。上述的变频 调速方法工作在额定频率以下时，将会导致铁心磁饱和，引起电流波形畸变，有效力矩下降； 严重时，将导致电机发热过快，振动和噪音加大；工作在额定频率以上时，铁心处于弱磁状 态，电磁力矩不足，电机的机械特性变软（转差率s 变大），带载能力下降。 结论：通过只调节电源频率来调节速度的方法不可取。

变频器控制电机转速

变频器是怎样控制电机转速 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（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的。 1. 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ *1: r/min 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，也可表示为rpm. 例如：2极电机 50Hz 3000 [r/min] 4极电机 50Hz 1500 [r/min] 结论：电机的旋转速度同频率成比例 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业中所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。 另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。 因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 n = 60f/p n: 同步速度 f: 电源频率 p: 电机极对数 结论：改变频率和电压是最优的电机控制方法 如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。 例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V 2. 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？

*1: 工频电源 由电网提供的动力电源（商用电源） *2: 起动电流 当电机开始运转时，变频器的输出电流 变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动 电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。 通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。 通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。 3. 当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低 通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe) 变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。 当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。 举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。 因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速. (P=Ue*Ie) 4. 变频器50Hz以上的应用情况 大家知道, 对一个特定的电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的。 如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A, 电机可以工作在50Hz以上。 当转速为50Hz时, 变频器的输出电压为380V, 电流为30A. 这时如果增大输出频率到60H z, 变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A. 很显然输出功率不变. 所以我们称之为恒功率调速. 这时的转矩情况怎样呢?

变频调速电机的选型

变频调速电机的选型

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变频调速电机的选型 变频调速电机一般均选择4级电机，基频工作点设计在50Hz，频率0-50Hz（转速0-1480r/min）范围内电机作恒转矩运行，频率50-100Hz（转速1480-2800r/min）范围内电机作恒功率运行，整个调速范围为(0-2800r/min），基本满足一般驱动设备的要求，其工作特性与直流调速电机相同，调速平滑稳定。如果在恒转矩调速范围内 要提高输出转矩，也可以选择6级或8级电机，但电机的体积相对要大一点。 由于变频调速电机的电磁设计运用了灵活的CAD 设计软件，电机的基频设计点可以随时进 行调整，我们可以在计算机上精确的模拟电机在各基频点上的工作特性，由此也就扩大了 电机的恒转矩调速范围，根据电机的实际使用工况，我们可以在同一个机座号内把电机的 功率做的更大，也可以在使用同一台变频器的基础上将电机的输出转矩提的更高，以满足 在各种工况条件下将电机的设计制造在最佳状态。变频调速电机可以另外选配附加的转速 编码器，可实现高精度转速、位置控制、快速动态特性响应的优点。也可配以电机专用的 直流（或交流）制动器以实现电机快速、有效、安全、可靠的制动性能。由于变频调速电 机的基频可调性设计，我们也可以制造出各种高速电机，在高速运行时保持恒转矩的特性 ，在一定程度上替代了原来的中频电机，而且价格低廉。变频调速电机为三相交流同步或 异步电动机，根据变频器的输出电源有三相380V或三相220V，所以电机电源也有三相380V 或三相220V的不同区别，一般4KW以下的变频器才有三相220V可，由于变频电机是以电机 的基频点（或拐点）来划分不同的恒功率调速区和恒转矩调速区的，所以变频器基频点和 变频电机基频点的设置都非常重要。 同步变频与异步变频调速电机的区别 异步变频调速电机是由普通异步电机派生而来，由于要适应变频器输出电源的特性，电机在转子槽型，绝缘工艺 ，电磁设计校核等作了很大的改动，特别是电机的通风散热，它在一般情况下附加了一个独立式强迫冷却风机， 以适应电机在低速运行时的高效散热和降低电机在高速运行时的风摩耗。变频器的输出一般显示电源的输出频率 ，转速输出显示为电机的极数和电源输出频率的计算值，与异步电机的实际转速有很大区别，使用一般异步变频 电动机时，由于异步电机的转差率是由电机的制造工艺决定，故其离散性很大，并且负载的变化直接影响电机的 转速，要精确控制电机的转速只能采用光电编码器进行闭环控制，当单机控制时转速的精度由编码器的脉冲数决 定，当多机控制时，多台电机的转速就无法严格同步。这是异步电机先天所决定的。 同步变频调速电机的转子内镶有永磁体，当电机瞬间起动完毕后，电机转入正常运行，定子旋转磁场带动镶有永 磁体的转子进行同步运行，此时电机的转速根据电机的极数和电机输入电源频率形成严格的对应关系，转速不受 负载和其他因数影响。同样同步变频调速电机也附加了一个独立式强迫冷却风机，以适应电机在低速运行时的高 效散热和降低电机在高速运行时的风摩耗。由于电机的转速和电源频率的严格对应关系，使得电机的转速精度主 要就取决于变频器输出电源频率的精度，控制系统简单，对一台变频器控制多台电机实现多台电机的转速一致， 也不需要昂贵的光学编码器进行闭环控制。 TYP 变频调速永磁同步电机具有的三大优点： 1、高效节能与异步变频调速电机相比，高效节能。同规格相比，该系列电机效率比异步变频电机效率高 3~10个百分点。以1.5kW为利，两者效率差近7个百分点； 2、可精确调速与异步变频系统相比，无需编码器即可进行准确的速度控制； 3、高功率因数既可减少无功能量的消耗，又能降低变压器的容量

变频调速技术

变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术，电力拖动系统由电动机、负载和传动装置。 直流电动机的工作原理：直流有2个独立绕组。定子和转子，定子绕组通入直流电，产生稳恒磁场，转子绕组通直流电，产生稳恒电流，定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转，且此机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子的电流成正比。直流电动机的调速特性：因为直流电机的定子路和转路相互独立，可以分别调节定子磁场的强弱和转子电流的大小，两者相互作用产生的机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。直流电动机的调速方法：调压调速，在额定转速以上弱磁调速，电枢电路串电阻r 调速。 三相异步交流电动机原理：定子绕组通入相位差为120的三相对称的交流电，产生不变磁场，此旋转磁场切割笼型导体，在转子中感应出电流，旋转磁场和感电流作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。方法。。调频，改变磁极对数，改变转差率。 电力电子器件有哪些？SCR(可控硅)GTO(门极可关断晶闸管)IGBT(绝缘栅型双极型晶体管)IGCT(集成门极换流晶闸管)MOSFET(金属氧化物场效应管)SIT(静电感应晶体管)SITH （静电感应晶闸管） 晶闸管导通时必须同时具备的两个条件：1晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压2晶闸管的门极G和阴极K之间加正向触发电压，具有足够的门极电流。 为什么说电力电子器件的发展是变频器发展的基础？变频器的逆变部分都基于允许通过电流大、耐受电压很高的器件。电力电子器件在逆变电路中主要用作开关使用，能够承受足够大的电压和电流而且可以频繁的开关，控制方便。晶闸管的特性，单向导电和正向导通，没有自关断能力。 IGBT的特性。1输入阻抗高，开关速度快，用作变频器件会使变频器的载波频率也较高。2开关波形比较平滑，电动机基本无电磁噪声，电动机的转矩增大3驱动电路简单，已经集成化4通态电压低，能承受高电压、大电流等5能耗小6增强了对常见故障的自处理能力，故障率大为减少。在瞬间断电时，驱动电源的电压衰减较慢，整个管子不易因进入放大区而损坏。 交流异步电动机变频调速原理。变频调速的最大特点是由三相异步电动机的转速公式n=（1-s）*60f/p知道，调节了三相交流电的频率，也就调节了同步转速，也就调节了异步电动机转子的转速。特点：电动机从高速到低速，其转速差率失踪保持最小的数值，因此变频调速时，异步电动机的功率因数都很高。 变频调速系统的控制方式。1在基频以下调速：保持气隙磁场最大值φm不变，让频率f1从基频f1N往下调，必须同时降低E1，使E1/f1保持不变，为变量，但定子绕组的感应电势不容易控制。可以通过控制U1/f1=常量的方式来控制E1/f1不变，达到调频调速的目的2在基频以上调速：让频率f1从基频f1N往上调时，不可能继续保持E1/f1的值不变，因电压U1不能超过额定电压U1N。这时，只能保持电压U1不变，结果是：使气隙磁通最大值φm随频率升高而降低，电动机的同时转速升高，最大转矩减少，输出功率基本不变。所以，基频以上调速属于弱磁恒功率调速。 SPWM型脉冲调制原理。在开关原件的控制端加上两种信号:三角载波uc和正弦调制波ur，当正弦调制波ur的值在某点上大于三角载波uc的值时，开关元件导通，输出矩形脉冲；反之，开关元件截止。改变正弦调制波ur的幅值，可以改变输出电压脉冲的宽窄，从而改变输出电压的相应时间间隔内的平均值的大小；改变正弦调制波ur的频率，可以改变输出电压的频率。变频器多采用SPWM控制原因：对于三厢逆变器，必须要有一个能产生相位上互差120°的三相变频变幅的正弦调制波发生器。载波三角波可以共享。逆变器输出三相频率和幅值都可以调节的脉冲波。

普通三相异步电动机与变频电动机的区别

普通三相异步电动机与变频电动机的区别 普通的三相异步电动机可以用变频器驱动吗？ 普通的三相异步电动机与变频调速的三相异电动机有何区别？ 普通异步电机与变频电机的区别——普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。 以下为变频器对电机的影响： 1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。据资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%~20%。 2、电动机绝缘强度问题 目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。 3、谐波电磁噪声与震动 普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。 5、低转速时的冷却问题 首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机在转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。 6、电磁设计

普通电机变频调速电机的区别

普通电机恒频恒压设计的，如果要了解使用变频器控制普通电机，对电机造成的影响，我们首先来了解变频电机的特点： 1、电磁设计 对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下： 1）尽可能的减小定子和转子电阻。 减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。 3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。 2、结构设计 再结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：1）绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。 2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的

刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。 3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。 4）防止轴电流措施，对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。 5）对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。 变频变压控制对普通电机的影响： 1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%--20%。

变频调速技术ACS6000概述

变频调速技术 现代工业生产过程中，各种设备的传动部件大都离不开电动机，且电动机的传动在许多场合要求能够调速。电动机的调速运行方式很多，以电动机类型分大致可分为直流调速与交流调速两种，而交流调速方式又可分为变极调速、改变转差率调速和变频调速等几种方式。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较 这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点： 第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6-10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转

交流变频调速电机原理

交流变频调速基本原理 一．异步电动机概述 1．异步电动机旋转原理 异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。 ⑴磁场以n0转速顺时针旋转，转子绕组切割磁力线，产生转子 电流 ⑵通电的转子绕组相对磁场运动，产生电磁力 ⑶电磁力使转子绕组以转速n旋转，方向与磁场旋转方向相同 2．旋转磁场的产生 旋转磁场实际上是三个交变磁场合成的结果。这三个交变磁场应满足： ⑴在空间位置上互差2π/3 rad电度角。这一点，由定子三相绕 组的布置来保证

⑵在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）。这一点，由通 入的三相交变电流来保证 3．电动机转速 产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此，转子的转速n必须低于定子磁场的转速n0，两者之差称为转差： Δn＝n0－n 转差与定子磁场转速（常称为同步转速）之比，称为转差率：s＝Δn / n0 同步转速n0由下式决定： n0＝60 f / p 式中，f为输入电流的频率，p为旋转磁场的极对数。 由此可得转子的转速 n＝60 f（1－s）/ p 二．异步电动机调速 由转速n＝60 f（1－s）/ p可知异步电动机调速有以下几方法： 1．改变磁极对数p （变极调速） 定子磁场的极对数取决于定子绕组的结构。所以，要改变p，必须将定子绕组制为可以换接成两种磁极对数的特殊形式。 通常一套绕组只能换接成两种磁极对数。 变极调速的主要优点是设备简单、操作方便、机械特性较硬、

效率高、既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；其缺点是有极调速，且极数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合。2．改变转差率s （变转差率调速） 以改变转差率为目的调速方法有：定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合器调速、串极调速等。 ⑴定子调压调速 当负载转矩一定时，随着电机定子电压的降低，主磁通减少，转子感应电动势减少，转子电流减少，转子受到的电磁力减少，转差率s增大，转速减小，从而达到速度调节的目；同理，定子电压升高，转速增加。 调压调速的优点是调速平滑，采用闭环系统时，机械特性较硬，调速范围较宽，缺点是低速时，转差功率损耗较大，功率因素低，电流大，效率低。调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，比较适合于风机泵类特性的负载。 分体机上的室内风机就是利用定子电压调速的方法进行调速的，其调速电路如下图。 根据风机速度的反馈信号，控制晶闸管SCR导通的相角，从而控制风机定子的输入电压，以控制风机的风速。 前面讲在空间位置上互差2π/3 rad电度角的三相绕组通以在时间上互差2π/3 rad相位角（或1/3周期）三相交变电流可产生旋转磁场，同样，在空间位置上互差π/2 rad电度角的两相绕组通以在时间上互差π/2 rad相位角（或1/2周期）两相交变电