安徽理工大学毕业设计(论文)
电动机正常运行时，需要有一定的过载能力，一般用?m表示，即
?m＝
TKTN （2－6）
普通电动机的?m＝2.0～2.2之间，而对某些特殊用电动机，其过负载能力可以更高一些。
上述分析说明：?K的大小影响着电动机的过载能力，?K越小，为了保证过载能力不变，电动机所带的负载就越小。由nK?n0(1?sK)知：sK越小，nK越大，
机械特性就越硬。因此在调速过程中，?K、sK的变化规律常常是关注的重点。特别是研究变频后的电动机机械特性，?K、sK就显得尤其重要。变频后的机械特性将会在下一小节中介绍。 2.1.4 异步电机变频调速原理
交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛的电动机类型。根据统计，我国异步电动机的使用容量约占拖动总容量的八成以上，因此了解异步电动机的调速原理十分重要。
交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛的电动机类型。根据统计，我国异步电动机的使用容量约占拖动总容量的八成以上，因此了解异步电动机的调速原理十分重要。
交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速，用n0表示：
n0?60fp （2-7）
式中：
f为三相交流电源频率，一般是50Hz；p为磁极对数。当p=1是，
=2时，n0=1500r／min。
pn0=3000r／min；p由上式可知磁极对数
越多，转速n0就越慢，转子的实际转速n比磁场的同
步转速n0要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率s表示：
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s?n0?nn0?100%
（2-8）
在加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；启动后的极端情况n=n0，则s=0，即s在0～1之间变化，一般异步电动机在额定负载下的 s=1%～6%。综合（2-7）和（2-8）式可以得出：
n?n0(1?s)?60f(1?s)p （2-9）
由式（2-9）可以看出，对于成品电机，其极对数p已经确定，转差率s的变化不大，则电机的转速n与电源频率
f成正比，因此改变输入电源的频率就
可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。 2.2 变频调速的控制方式及选定 2.2.1 VVff比恒定控制
比恒定控制是异步电动机变频调速中最基本的控制方式。它是在改变变
频器输出电压频率的同时改变输出电压的幅值，以维护电机磁通基本恒定，从而在较宽的调速范围内，使电动机的效率、功率因数不下降。V通用变频器中广泛采用的控制方式。
三相交流异步电动机在工作过程中铁心磁通接近饱和状态，从而使铁心材料得到充分的利用。在变频调速的过程中，当电动机电源的频率发生变化时，电动机的阻抗将随之变化，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强。在励磁不足时电动机的输出转矩将降低，而励磁过强时又会使铁心中的磁通处于饱和状态，是电动机中流过很大的励磁电流，增加电动机的功率损耗，降低电动机的效率和功率因数。因此在改变频率进行调速时，必须采取措施保持磁通恒定为额定值。
由电机理论知道，电机定子的感应电势有效值是：
E1?4.44f1N1KN1?mf控制是目前
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则 ?m
?E14.44f1KN1N1 即?m?E1f1 （2-10）
另外，电机的电磁转矩为:
?e?CT?m?2cos?2 （2-11）
其中 CT—与电动机有关的常数；
Cos?2—转子每相电路功率因数；
?2—转子电压与电流的相位差；
?e—电机的电磁转矩。
由式(2-10)推断，若E1不变，当定子电源频率f1增加，将引起气隙磁通?m减小；而由式(2-11)可知，?m减小又引起电动机电磁转矩?e减小，这就出现了频率增加，而负载能力下降的情况。在E1不变时，而定子电源频率
f1减小，又
将引起?m增加,?m增加将导致磁路饱和，励磁电流升高，从而导致电动机发热，严重时会因绕组过热而损坏电动机。由以上情况可知:变频调速时，必须使气隙磁通不变。因此，在调节频率的同时，必须对定子电压进行协调控制，但控制方式随运行频率在基频以下和基频以上而不同。
1.基频以下调速
由式(2-10)可知，要保持?m不变，当频率同时降低E1,使
E1f1f1从额定值fN向下调节时，必须
=常值
只要保持
E1称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。 根据电机端电压和感应电势的关系式：
式中:
U1U1?E1?(r1?jx1)I1f1为常数，就可以达到维持磁通恒定的目的。因此这种控制又
(2-12)
-定子相电压；
1-定子电阻；
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x1I-定子阻抗；
1-定子电流。
当电机在额定运行情况下，电机定子电阻和漏阻抗的压降较小，以看成近似相等，所以保持V由于VffU1和
E1可都
=常数即可。
U1比恒定调速是从基频向下调速，所以当频率较低时，与
E1变小，定子漏阻抗压降(主要是定子电阻压降)不能再忽略。这种情况下，可以人为地适当提高定子电压以补偿电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。
变频后的机械特性如图2.4所示。
图2.4 电动机低于额定转速方向调速时的机械特性
从图2.4中可以看出，当电动机向低于额定转速n0方向调速时,曲线近似平行地下降，减速后的电动机仍然保持原来较硬的机械特性；但是临界转矩却随着电动机转速的下降而逐渐减小，这就是造成了电动机负载能力的下降。
临界转矩下降的原因可以如下解释：为了使电动机定子的磁通量?m保持恒定，调速时就要求感应电动势E1与电源频率
f1的比值不变，为了使控制容易实
现，采用电源电压U≈E1来近似代替，这是以忽略定子阻抗压降作为代价，当然存在一定的误差。显然，被忽略的定子阻抗压降在电压U中所占的比例大小决定了它的影响。当
f1的数值相对较高时，定子阻抗压降在电压U中所占的比
例相对较小，U≈E1所产生的误差较少；当f1的数值较低时，定子阻抗压降在
电压U中所占的比例下降，而定子阻抗的压降并不按同比例下井，使得定子阻抗压降在电压U中的比例增大，已经不能再满足U≈E1。此时如果仍以U代替
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E1，将带来很大的误差。因为定子阻抗压降所占的比例增大，使得实际上产生
E的感应电动势E1减小，1的比值减小，造成磁通量?m减小，因而导致电动
f1机的临界转矩的下降。
变频后机械特性的降低将是电动机带负载能力减弱，影响交流电动机变频调速的使用。一种简单的解决方法就是所示的Vf引起的UVf转矩补偿法。
转矩补偿法的原理是：针对频率
f降低时，电源电压U成比例地降低
的下降过低，采用适当的提高电压U的方法来保持磁通量?m恒定，
使电动机转矩回升，因此，有些变频器说明书又称它为转矩提升（Torque Boost）。
带定子压降补偿的压频比控制特性示于图2.5中的b线，无补偿的控制特性则为a线。
定子降压补偿只能补偿于额定转速方向调速时的机械特性，而对向高于额定转速方向调速时的机械特性不能补偿。
图2.5 压频比控制特性曲线
补偿后的机械特性曲线如图2.6所示。
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