图11-9 单进三出变频器框图这样一来，家用电器中的电动机就都可以改用转矩大、效率高、故障率低的三相交流异步电动机了。为了能驱动三相220V的电动机，在单相全波整流以后，还必须增加一个升压电路，如图11-11所示。适当选择C01和C02的电容量，可使直流回路的平均电压升至297V，使逆变后的三相线电压升为220V。图11-11 单相全波整流的升压电路......
2023-06-24
变频调速的基本原理解析
【摘要】：可见，若能连续地改变异步电动机的供电频率f1，就可以平滑地改变电动机的同步转速和电动机轴上的转速，从而实现异步电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。因此，在变频调速时，最好保持磁通恒定为额定值ΦmN。图6-1恒压频比控制特性2.基频以上调速在基频以上调速时，频率从额定频率f1N往上提高，但受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压却不能在额定电压上增加了，最多只能保持等于额定电压UsN不变。
式中：np为电动机极对数；f1为定子供电电源频率（Hz）；n1为旋转磁场同步转速；s为转差率。
由此可知，改变交流异步电动机转速的方法有改变极对数np调速、改变定子供电电源频率f1调速和改变转差率s调速三种。可见，若能连续地改变异步电动机的供电频率f1，就可以平滑地改变电动机的同步转速和电动机轴上的转速，从而实现异步电动机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。
在电动机进行变频调速时，有一个重要的条件是，保持电动机中的每极磁通Φm为额定值不变，因为电动机在设计时，通常将磁通的额定值设置在磁化曲线的临界饱和处，如果磁通太弱，则不能充分利用电机的铁芯，是一种浪费；而磁通过分增加将引起铁芯饱和，导致励磁电流急剧增加，使电动机绕组发热而烧坏电机。因此，在变频调速时，最好保持磁通恒定为额定值ΦmN。
式中：Eg为气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值；Us为定子相电压；Ns为定子每相绕组匝数；kNs为定子基波绕组系数；Φm为每极气隙磁通量。
由此可见，Ns、kNs对于现场电动机来说是常数，只要控制好Eg和f1，便可达到控制Φm的目的。对此需考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。
1.基频以下调速
异步电动机在基频以下运行时，根据式（6-2）可知，要保持磁通Φm不变，当频率f1从额定值向下调节时，必须同时降低电动势Eg，即
在基频以下，可以采用电动势频率比为恒值的控制方式。但是电动机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，通常忽略定子绕组漏感抗上的压降，认为定子相电压Us≈Eg，从而使
这就是恒压频比的控制方式。
由于在低频时，Eg和Us都较小，定子电阻和漏感抗压降所占的分量比较显著，不能再忽略。这时可以人为地把Us抬高一些，以便近似地补偿定子阻抗压降，称之为低频补偿，也可称为低频转矩提升。具体补偿多少，要根据负载的情况而定。带定子电压补偿的恒压频比控制特性如图6-1中的b曲线所示，无补偿的特性如图6-1中的a曲线所示。
图6-1 恒压频比控制特性
2.基频以上调速
在基频以上调速时，频率从额定频率f1N往上提高，但受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压却不能在额定电压上增加了，最多只能保持等于额定电压UsN不变。由式（6-2）可知，这将迫使磁通与频率成反比地减少，使得异步电动机工作在弱磁状态。
把基频以上和基频以下两种情况结合起来，可以得到如图6-2所示的异步电动机变频调速的控制特性。如果认为异步电动机在不同转速下允许长期运行的电流为额定电流，则电动机能在温升允许的条件下长期运行，额定电流不变时，电动机运行输出的转矩将随磁通变化。在基频以下时，由于磁通恒定，允许输出的转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出的转矩也随之降低，输出的功率保持基本不变，属于近似的“恒功率调速”方式。
对异步电动机进行变频调速，就要为电动机提供一个频率和电压均可调的交流电源，即变频器。变频调速系统一般由变频器、电动机、控制器组成，其结构框图如图6-3所示。通常由变频器主电路给异步电动机提供调压调频电源，而此电源输出的电压或电流及频率由控制电路的控制指令进行控制，控制指令则根据外部的运转指令进行运算获得。保护电路的构成除应防止因变频器主电路的过电压、过电流引起的损坏外，还应保护异步电动机及调速系统。
图6-2 异步电动机变压变频调速的控制特性
图6-3 变频调速系统的构成
变频器按装置的结构形式可以分为交-交变频器和交-直-交变频器。交-交变频器可以把某一恒压恒频的交流电直接变成电压和频率都可调的交流电，所以又称直接变频器。这种变频器效率较高，但控制复杂，主要用于低速、大容量系统中。交-直-交变频器把某一恒压恒频的交流电先经过变流器整流为直流电，再经逆变器变换成电压和频率都可调的交流电，所以又称间接变频器。这种变频器调频范围宽，功率因数高，可用于各种电力传动系统。
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