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1、第一章 异步电动机变频调速理论基础山东大学山东大学 崔纳新崔纳新第一章第一章 异步电动机变压变频调速理论基础异步电动机变压变频调速理论基础 异异步步电电动动机机变变压压变变频频（VVVF）调调速速系系统统简简称称变变频频调调速速系系统统，变变频频调调速速技技术术的的关关键键是是如如何何获获得得频频率率可可变的大功率供电电源变的大功率供电电源-变频器。变频器。不不同同的的控控制制方方式式所所得得到到的的调调速速性性能能、特特性性及及用用途途是不同的。变频调速的控制方式可分为两大类：是不同的。变频调速的控制方式可分为两大类：开环控制开环控制-U/f控制方式；控制方式；闭环控制闭环控制-转差频率控制
2、转差频率控制 矢量控制矢量控制 直接转矩控制直接转矩控制第一章第一章 异步电动机变压变频调速理论基础异步电动机变压变频调速理论基础1.1 异步电动机运行原理异步电动机运行原理1.2 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性1.3 变频调速的基本控制方式变频调速的基本控制方式1.4 负载转矩特性及其与调速方式的负载转矩特性及其与调速方式的配合配合1.1 异步电动机运行原理异步电动机运行原理q一、一、异步电动机的结构及工作原理异步电动机的结构及工作原理1 1）三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 定子定子 转子转子 机座机座 1 1）三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 按照构造的不同，异
3、步电动机的按照构造的不同，异步电动机的转子绕组分为笼型和绕线型两种结转子绕组分为笼型和绕线型两种结构。构。笼型转子异步电动机笼型转子异步电动机 笼型转子的各相由单根导条组成，笼型转子的各相由单根导条组成，由于转子导体内的电流是由电磁感由于转子导体内的电流是由电磁感应作用而产生的，不需要由外电源应作用而产生的，不需要由外电源供电，因此转子导体两端由短路环供电，因此转子导体两端由短路环短路。如果去掉铁心，整个绕组的短路。如果去掉铁心，整个绕组的外形就像一个笼子。对于中小容量外形就像一个笼子。对于中小容量异步电机，一般用铝将转子导条与异步电机，一般用铝将转子导条与短路环铸在一起，即其转子回路是短路环
4、铸在一起，即其转子回路是封闭的。封闭的。1 1）三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机绕线型转子绕组和定绕线型转子绕组和定子绕组一样，也是对子绕组一样，也是对称的三相绕组，连接称的三相绕组，连接成星形，再通过集电成星形，再通过集电环和电刷接到外部电环和电刷接到外部电路，即其转子回路是路，即其转子回路是开放的。开放的。1 1）三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构在在外外部部电电路路可可串串入入附附加加电电阻阻来来改改善善电电机机的的启启动动特特性性或或实实现现调调速速，即即可可以以通通过过增增大大转转子子回回路路的的电电阻阻来来提提高高电电机的启动转矩或
5、降低电机的转速。机的启动转矩或降低电机的转速。绕线转子异步电绕线转子异步电机结构比较复杂，机结构比较复杂，成本比笼型转子成本比笼型转子异步电动机高，异步电动机高，一般只在有特殊一般只在有特殊需要的场合使用。需要的场合使用。2）三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 当异步电动机的三相定子绕组中通入三相对称正弦当异步电动机的三相定子绕组中通入三相对称正弦电流后，即在定转子之间的气隙中建立起以同步转速电流后，即在定转子之间的气隙中建立起以同步转速n0旋转的圆形旋转磁场，转子上的导条被该旋转磁场的磁旋转的圆形旋转磁场，转子上的导条被该旋转磁场的磁力线切割，产生感应电动势。力线切割，产生感应
6、电动势。根据电磁力定律，通有电流根据电磁力定律，通有电流的导体在旋转磁场中，必然会的导体在旋转磁场中，必然会受到电磁力的作用。再由左手受到电磁力的作用。再由左手定则可知，转子上所有导条受定则可知，转子上所有导条受到的电磁力形成一个逆时针方到的电磁力形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向旋转。着旋转磁场逆时针方向旋转。3）转速与转差率转速与转差率 同步转速：异步电动机旋转磁场的转速同步转速：异步电动机旋转磁场的转速转差率转差率 三相异步电动机在额定转速下运转时转差率很三相异步电动机在额定转速下运转时转差率很低，在低，在15%之间。当之间。当n=0
7、时，转差率为时，转差率为100（通（通常称转差率为常称转差率为1），这时的转差率最大。当转速大于），这时的转差率最大。当转速大于同步转速时（同步转速时（nn0），），转差率为负值。转差率为负值。二、异步电动机的功率损耗与效率二、异步电动机的功率损耗与效率 1.定子铜耗定子铜耗P PCusCus 2.铁心损耗铁心损耗 PFe 3.转子铜耗转子铜耗PCur 4.机械损耗机械损耗P5 5.杂散损耗杂散损耗 效率效率 异步电动机的效率异步电动机的效率 定义为输出功率定义为输出功率P2与定子侧输入功与定子侧输入功率率P1的比值：的比值：式中，式中，异步电动机的效率通常在异步电动机的效率通常在75%额定负
8、载附近达到最大，在额定负载附近达到最大，在75%至额定负载时接近最大，轻载时效率明显下降。至额定负载时接近最大，轻载时效率明显下降。三、三、异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路 根根据据电电机机学学原原理理，经经频频率率和和绕绕组组的的归归算算，把把异异步步电电动动机机转转子子绕绕组组的的频频率率、相相数数及及每每相相串串联联匝匝数数都都归归算算成成和和定定子子绕绕组组一一样样，可可得得到到交交流流异异步步电电动动机机在稳态时每相的等效电路如图在稳态时每相的等效电路如图1-6所示。所示。三、三、异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路该等效电路基于以下假定条件：该等效电路基于以下假定条件：
9、（1）忽忽略略空空间间和和时时间间谐谐波波。假假设设定定子子三三相相绕绕组组和和转转子子三三相相绕绕组组在在空空间间对对称称分分布布，各各相相电电流流所所产产生生的的磁磁势在空间呈正弦分布；势在空间呈正弦分布；（2）忽略磁路饱和；）忽略磁路饱和；（3）不不考考虑虑温温度度和和频频率率变变化化对对电电机参数的影响。机参数的影响。四、异步电动机的电流与转矩四、异步电动机的电流与转矩 在图在图1-6的等效电路中忽略铁心损耗，可以导的等效电路中忽略铁心损耗，可以导出出 把转子的总机械功率把转子的总机械功率PM除以机械角速度除以机械角速度，可得转子，可得转子的电磁转矩的电磁转矩Te为为 由于总机械功率由于总机械功率PM=(1-s)Pe，转子机械角速转子机械角速度度 =(1-s)0，所以电磁转矩所以电磁转矩Te也可以写成也可以写成 在工程计算中，机械功率在工程计算中，机械功率PM由下式决定由下式决定 式中，式中，Te的单位是的单位是N m，n的单位是的单位是r/min，PM的单位是的单位是kW。四、异步电动机的电流与转矩四、异步电动机的电流与转矩返回目录返回目录