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变频调速原理及方法

只要平滑地调节异步电动机的定子供电频率fi．就可以平滑调节异步电动机

的同步转速以o，从而实现异步电动机的无级调速。这便是变频调速的最初设想。

表面上看，只要改变定子电压的频率fi就可以调节转速大小，但事实上只改变fi并

不实现正常的调速。

根据电机理论可知，在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持电机每极磁通量

垂m为额定值不变。磁通太弱则没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；若要增大磁通，

又会使铁芯饱和从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。对于直流电

动机，励磁系统是独立的，只要给电枢反应的补偿合适，保持瓯不变是很容易做到的。

而在交流异步电动机中，磁通是定子和转子磁动势合成产生的，怎样才能保持磁通恒定是

研究变频调速的关键问题。显然只要控制好E.和fi比例为常值，

便可达到控制磁通垂n不变的目的。当然，如何控制好E和f的比倒，则还要考虑基频

（额定频率）以下调速和基频以上调速两种情况。

1)基频以下调速。由E,表达式可知，要保持瓯不变，当频率f，以额定值厂IN向下

调节时，必须同时降低E,，使即采用恒定的电动势频率比的控制方式。或在U．≈E前提下，

通过调节U．来近似调节E，使这便是常用的变频调速用恒压频比的控制方式。

低频时，Ul和E.都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不能再忽略。这

时，可以人为地把电压Ul抬高一些，以便近似地补偿定子压降。带定子压降补偿的恒压

频比控制特性于图11. 53中b线，无补偿的控制特性则为a线。

2)基频以上调速。在基频以上调速时，频率可以以flN往上增高，且电压Ul却不能

增加得比额定电压UlN还要大，最多只能保持Ul -U/N。由El表达式可知，此时增大f，

只能迫使磁通西m与频率f，成反比地降低。当然，此时电动机的转速是提高了，有点相

当于直流电动机弱磁升速的情况。如前所述，此时<Z>m降低，除了造成电动机铁芯浪费

外，因为电动机电磁转短Toc瓯（IZ不变条件下），故电动机会出现拖动转矩的下降，且

调频倍数越大，转速越高，拖动转矩将越低。这便有把基频以下调速和基频以上调速两种

情况合起来,异步电动机变频调速控制特性。如果电动机在不同转速下都具有额定电流，

则电机都能在温升允许条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。按照电力拖动原理，

在基频以下，即在fi≤flN区域，属“恒转矩调速”性质；而在基频以上，即fi≥IN区域，

则基本上属于“恒功率调速”o按拖动负荷分类，恒转矩负荷适合用“恒转矩调速”方式,

而恒功率负荷则适合用“恒功率调速”方式。自动门拖动系统中，完全用的是“恒转矩调速”

方式进行变频调速控制的。当然，根据E-与Ul之间的近似关系，还会有不同恒压频比调速方式，

也就有不同的调速后机械特性。这其中最好的方式当属“恒Er／硼1比例控制一，即按转子

磁链定向的矢量控制。相关理论及知识请参考有关交流异步电动机调速系统专著，本书在

此不多叙述。