交流异步电动机变频调速原理

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1、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

2、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

3、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：10-300。 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430VDC700VDC 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

4、有等效串联电阻）或超过耐压值而损坏 。 C2 电容; 吸收电容,主要作用为吸收 IGBT 的过流与过压能量。 （2）直- 交部分 VT1-VT6 逆变管（ IGBT 绝缘栅双极型功率管）：构成逆变电路的主要器件，也是变频器的核心元件。把直流电逆变频率，幅值都可调的交流电。 VT1-VT6 是续流二极：作用是把在电动机在制动过程中将再生电流返回直流电提供通道并为逆变管 VT1-VT6 在交替导通和截止的换相过程中，提供通道。 （3）控制部分: 电源板、驱动板、控制板（CPU 板） 电源板：开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源，开关电源提供的低压电源有：5V 、1

5、5V 、24V 向 CPU 其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。 驱动板：主要是将 CPU 生成的 PWM 脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励 IGBT输出电压。 控制板（CPU 板）：也叫 CPU 板相当人的大脑，处理各种信号以及控制程序等部分 注:再次整流（直流变交流）-更贴切的叫法是 逆变! 在这里感谢蔡工给我们编辑们提的意见!也欢迎大家多给我们编辑组提出更多宝贵的意见和建议!mym(2005.08.23) 三）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

6、机 50Hz 1500 r/min $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 $

7、 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） （四） 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

8、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。 （五）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

9、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器中需要通过提高电压，来补偿电机速度降低而引起的电压降。变频器的这个功能叫做转矩提升（*1） 。 转矩提升功能是提高变频器的输出电压。然而即使提高很多输出电压，电机转矩并不能和其电流相对应的提高。 因为电机电流包含电机产生的转矩分量和其它分量（如励磁分量） 。 矢量控制 把电机的电流值进行分配，从而确定产生转矩的电机电流分量和其它电流分量（如励磁分量）的数值。 矢量控制

10、可以通过对电机端的电压降的响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产出大的转矩。此功能对改善电机低速时温升也有效。 变频器基础原理知识 1.变频器基础 1: VVVF 是 Variable Voltage and Variable Frequency 的缩写，意为改变电压和改变频率，也就是人们所说的变压变频。 2: CVCF 是 Constant Voltage and Constant Frequency 的缩写，意为恒电压、恒频率，也就是人们所说的恒压恒频。 我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。交流电源在人们使用电

11、源中占总使用电源的 95左右。无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电为 220V，三相交流电线电压为 380V，频率为 50Hz，其它国家的电源电压和频率可能于我国的电压和频率不同，如有单相 100V/60Hz，三相 200V/60Hz 等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。 通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器” 。 为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC） ，这个过程叫整流。 把直流电（DC）变换为交流电（A

12、C）的装置，其科学术语为“inverter”( 逆变器)。 一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。 变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。 对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的 1520 倍。由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter” ，故该产品本身就被命名为“inverter ”，即：变频器 变频器也可用于家电产品。使用变频器的家电产品中，不仅有

13、电机（例如空调等） ，还有荧光灯等产品。 用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。 变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 （九）电机的旋转速度为什么能够自由地改变？ n = 60f/p(1-s) n: 电机的转速 f: 电源频率 p: 电机磁极对数 s：电机的转差率 电机的转速 = 60(秒)频率（Hz)/电机的磁极对数 - 电机的转差率 电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，rpm/min 也可表示为 rpm 电机的旋转速度同频率成比例 同步电机

14、的转差矩为 0,同步电机的转速 = 60(秒)* 频率(Hz)电机的磁极对数 异步的转速比同步电机的转速低。 例如：4 极三相步电机 60Hz 时 低于 1,800 r/min 4 极三相异步电机 50Hz 时低于1,500 r/min 本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域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对数和频率。 由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数 1 个磁极对数等于 2 极，电机的极数不是一个连续的数值（为 2 的倍数，例如极数为 2，4，6） ，所以不适和改变该值来调整电机的速度。

15、 另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值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。 （十） 改变频率和电压是最优的电机控制方法 如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。 例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从 60Hz 改变到 30Hz，这时变频器的输出电压就必须从 400V 改变到约 200V。 如果要正确的使用变频器, 必须认真地考虑散热的问题。 变频器的故障率随温度升高而成指数的上升。使用寿命随温度升高而成指数的下降。环境温度升高 10 度，变频器使用寿命减半。 因此，我们要重视散热问题啊！ 在变频器工作时，流过变频器的电流是很大的, 变频器产生的热量也是非常大的，不能忽视其发热所产生的影响 通常，变频器安装在控制柜中。我们要了解一台变频器的发热量大概是多少. 可以用以下公式估算: 发热量的近似值 变频器容量（KW）55 W 在这里, 如果变频器容量是