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1、大学工程学院WENZHOU UNIVERSITY COLLEGE OFPHYSICS&ELECTRONIC INFORMATION ENGINE：电力电子期末作业（论文）题目: _变频调速电动机的实验及原理专业：班级：姓名：学号：指导教师：完成日期：2010年6月24日变频调速电动机的实验及原理摘要：通过实验的实践理解分析HB-s9系列变频器的变频原理，并参考相关论文结合自己的实验经历掌握变频调速有关方面的知识。关键字：变频调速电动机变频器引言：本论文主要介绍电动机的基本原理，变频器基本原理，变频调速基本原 理及设计方案，相关的软件程序。正文：实际的生产过程离不开电力传动。生产机械通过电动机的
2、拖动来进行预 定的生产方式。直流电动机可方便地进行调速，但直流电动机体积大、造价高， 并且无节能效果。而交流体积小、价格低廉、运行性能优良、重量轻，因此 对交流电动机的调速具有重大的实用性。使用调速技术后，生产机械的控制精度 可大为提高,并能够较大幅度地提高劳动生产率和产品质量，而且可对诸多生产 过程实施自动控制。变频器的英文译名是VFD （Variable-frequency Drive），它是应用变频技 术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机 的电力传动元件。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另 一频率的电能控制装置。它主要由两部分电路构成
3、，一是主电路（整流模块、电 解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板）。CPU就安装在 控制电路板上，变频器的操作软件烧录在CPU上，同一型号的变频器软件是固 定的，唯一例外的就是三晶变频器，软件可根据使用需求更改。变频器的基本原理： 按照传统电机学的调速理论，异步机的转速表达为式中：P为极对数，fl为异步机供电频率，s为转差率。根据式（1），异步机调速 原理可划分为变频、变极、变转差率。由于变极只能是有级的调速，无级调速就 只有变频和变转差率了。衡量调速性能的最主要技术指标是效率，由于转差功率 是损耗功率，则改变转差率的调速是低效率的。至于变频调速统理论认为异 步机的转速是由
4、旋转磁场的同步转速决定的，同步转速随频率而变，于是变频就 实现了调速1 。对于调速的效率，则认为变频的转差率不变，自然就是高效 率的。目前变频器控制方式主要有4种：1.变频器面板操作，即通过操作面板改变频率 输出、加减速时间、频率变化率等参数，此即就地控制，主要通过变频器内部控 制单元如单片机或DSP等来完成。2通过变频器端子控制，即通过改变端子的通 断状态组合，从而改变变频器状态和输出频率，常见的有继电器组成的控制电路 或采用PLC控制。3在变频器模拟量输入端输入0-10V或4-20MA信号，通过改变 输入模拟量的大小控制变频器输出频率，通常由外部模拟电路实现，也可以由数 字控制装置经D/A
5、转换电路完成。4.通过变频器通信口（RS 2 3 2, RS422或RS485 )或通过现场总线进行通信控制，主要由PLC和微机实现。异步电动机工作原理：异步电动机的同步转速遵从电机学基本关系nl=60f/p ( 1)式中f电源交变频率,P电机定子磁极对数，电机学中还常用转差率s 参量，其定义为s=(nl- n)/n1 100% ( 2)电机的实际转速n=(60f/p)(1- s) ( 3)1.2变频调速控制方式式(3)可知，异步电动机变频调速的控制方式基本上有以下三种。1.2.1电源频率低于工频范围调节，电源的工频频率在我国为50Hz。电机定子绕 组内的感应电动势为E1=4.44f1K1N1
6、! ( 4)式中f1定子绕组中感应电动势的频率，与电源频率f相等，HzK1电机定子绕组的绕组系数，其值取决于绕组结构，K11N1电机定子绕组每相串联的线圈匝数!电机每极磁通定子电压U1与定子绕组感应电动势E1 的关系为 U1=E1+I1Z1 ( 5)式中Z1定子绕组每组阻抗11定子绕组相电流若忽略定子压降I1Z1,则U1 E1 =4.44f1K1N1! ( 6)把该式整理成 U1=4.44f1K1N1! ( 7)K=4.44K1N1 ( 8)则匸U1/Kf1 ( 9)电动机的电磁转矩皿与(U1/f1) 2成正比，若下调频率f1,同时也下调U1,使 (U1/f1)比值保持恒量，则磁通！不变，因此
7、转矩也保持常值，此时电动机拖 动负载的能力不发生改变，这种控制方式称为恒磁通调压调频调速，也叫恒转 矩调速。1.2.2电源频率高于工频范围调节由于使频率f1增加，U1/f1变小，而U1不 能高于额定电压，在该控制方式中，保持U1不变，由于频率变高，由式(9) 知道，定子磁通！变小，电磁转矩M也变小，但电源频率增加，设电动机转动角 速度w=2 n n，电机的功率是电磁转矩M与角速度3的乘积P=M 3 (10)调节过程中，使频率f与转矩的变化成一定协调关系，从而保持电机功率P为 恒量，即功率不发生变化，这种升频定压调速为恒功率调速。1.2.3转差频率控制三相异步电动机中，定子与转子之间的圆周空隙有
8、一旋转磁场，转速为n1,电机转子实际转速为 n，( n1- n)是转子与旋转磁场之间的相对切割速度。对频率、电压进行谐调控 制，使U1/f1不变，此时，磁通！也不变，在！不变的条件下，电磁转矩M与 (n1- n) 2成正比。对频率f进行调节，即调节(n1- n),因此，在实现转速 调节时也实现了转矩的调节。三相电动机地址对照表输岀设备停机按锁SB1正转接触器KM1正转詞按粗SB2反转接触器KM2反转詞按粗SB3短按电阻接触器KM3遠度豔电器正齣含常开必KV1速度軸器反帥合常开铁点KV2电路图设计如下所示正转反转软件程序如下：本次变频器实验型号为YBLX-ME18104； Y001控制正转，Y0
9、02控制反转, 梯形图如下所示W1XOi ： Yt(l-IIk-T；-IT； MlTR4-I If fJ临H04 DETI1-,;)：T指令图如下所示0LDX0031ORY0012AN1X0053OUTY0014LDY0015OR6AN IY0027OUT8LD9ANDX00510ORY00211AN1X00412AN1Y00113OUTY00214LDY00215ORM216AN1Y00117OUTM218LDM219ANDX00420ORY00121ANDX00622OUTY00123NOP24NOPORl inn通过PLC实现了控制电动机的正反转，并利用变频器进行了速度的调节转换，形 象生动地展示了变频器的功能。结论：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。随着电力电子技术的飞速发展，变频调速三相交流异步电动机的应用越来越 广泛，它已在诼步替代其它各种调速电动机，而变频调速三相异步电动机因其 结构简单、制造方便、易于维护、性能良好、运行可靠等优点而在工业领域得到 广泛应用O参考文献：【1】张永利，李利华三相异步电动机变频调速的原理及发展黑龙江科技信息【2】屈维谦，王久和变频调速原理及变频方案可靠性的分析北京机械工业学 院学报2006年6月【3】陈建龙，孙启政PLC在三相异步电动机控制中的应用 航空精密制造技术 2005年8月
