交流电动机调速及变频原理

一、交流异步电动机调速的基本类型

交流调速系统的主要类型

交流电机主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的角度进行分类。

1、交流异步电动机调速的基本类型

由异步电动机的转速公式：

可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：

（1）改变定子极对数p调速。

（2）改变电源频率

调速。

（3）改变转差率s调速。

异步电动机的调速方式：

1.1 变频调速

交流变频调速技术的原理是把工频50Hz的交流电转换成频率和电压可调的交流电，通过改变交流异步电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到调节电动机转速的目的。

它与直流调速系统相比具有以下显著优点：

（1）变频调速装置的大容量化。

（2）变频调速系统调速范围宽，能平滑调速，其调速静态精度及动态品质好。

（3）变频调速系统可以直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小了对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置。

（4）变频器内置功能多，可满足不同工艺要求；保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；具有通用的外部接口端子，可同计算机、PLC联机，便于实现自动控制。

（5）变频调速系统在节约能源方面有着很大的优势，是目前世界公认的交流电动机的最理想、最有前途的调速技术。其中以风机、泵类负载的节能效果最为显著，节电率可达到20%～60％。

1.2变极调速

磁极对数 p 的改变，取决于电动机定子绕组的结构和接线。通过改变定子绕组的接线，就可以改变电动机的磁极对数。

1.3 变转差率调速

1.3.1、改变定子电压调速 −−交流调压调速

异步电动机的机械特性方程式:

其中：p为电机极对数；

U1为相电压有效值

R1为定子每相绕组的内阻

Ll1为每相漏感

R2′为折算到定子侧的每相电阻

Ll2′为折算到定子侧的漏感

交流调压调速是通过改变电动机定子外加电压从而改变转差率S进行调速的。它是一种简单、可靠、价格便宜的调速方法，但其调速特性软，低速时转差功率损耗大，效率较低。交流调压调速常采用晶闸管组成的交流调压调速系统。

1.3.2、绕线式异步电动机转子串电阻调速

绕线式异步电动机转子串电阻的机械特性如图所示。转子串电阻时同步转速和最大转矩Tm不变，临界转差率增大。

转子串电阻调速的优点：

设备简单，主要用于中、小容量的绕线式异步电动机如桥式起重机等。

转子串电阻调速的缺点：

转子绕组需经过电刷引出，属于有级调速，平滑性差；由于转子中电流很大，在串接电阻上产生很大损耗，所以电动机的效率很低，机械特性较软，调速精度差。

1.3.3、绕线式异步电动机在转子回路中串级调速

在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。其优点是：

可以通过某种控制方式，使转子回路的能量回馈到电网，从而提高效率；在适当的控制方式下，可以实现低同步或高同步的连续调速。

缺点是：

只能适应于绕线式异步电动机，且控制系统相对复杂。

总结：