电动机变频调速技术及其应用

因为异步电动机的转速n=60f（1-s）/p，故在转差率s变化不大时，n基本上与频率f1成正比。显然，只要改变频率f1，即可改变电动机的转速。变频调速的主要优点是调速范围大，调速的平滑性好，并有足够硬的机械特性。变频时，Ux若按不同规律变化，则可以实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求。因此，变频调速是异步电动机最有发展前途的一种调速方法。变频调速的缺点是必须备有专用的变频电源，而且在恒转矩调速时，低速段电动机的过载系数大为降低，甚至不能带动负载。目前，变频电源均采用可控硅变频装置，造价较高。但随着半导体变流技术的不断发展，可以预料，一些简单可靠、性能优良、价格便宜的变频调速装置将不断出现。异步电动机的变频调速方法的应用将日益广泛，从而可以根本改变鼠笼型异步电动机的调速问题。

（一）恒转矩变频调速

变频调速时，为了使励磁电流和功率因数基本不变，往往希望磁通Φ也保持不变。因为Φ＞Φe，其中Φe为正常运行时额定磁通，将引起磁路过分饱和而使励磁电流增加，功率因数下降。若Φ＜Φe，则电动机将由于容许输出转矩M下降，电动机的功率得不到充分利用而造成浪费。但是，怎样才能使中在变频调速时保持不变呢？根据定子电路的电势方程式在忽略定子漏阻抗的情况下，得：

式中：Ux为电动机定子相电压；Ex为电动机每相定子绕组的感应电势；W1为电动机定子绕组的实际匝数；kw1为电动机定子绕组的绕组系数。

由图（6-11）可见，只要在变频调速的过程中，使Ux/f1保持不变，即使Ux和f1成比例地变化，则可使电动机在f1变化时Φ保持不变。

另外，电动机的最大转矩Mm为：

式中：C为常数。

又因为最大转矩Mm、额定转矩Me以及过载系数λM有如下关系：

则(www.xing528.com)

若频率由f1变为f1'后，电动机定子电压Ux、额定转矩Me以及过载系数λM分别为U'x、M'e及λ'M，则频率变化前后额定转矩之比为：

为了使变频前后的电动机具有同样的过载能力，即λM=λ'M，则定子电压应根据下列规律来调节：

对恒转矩，M'e=Me，则由上式可得：

由此可知，在变频过程中，保持Ux/f1为定值，不仅可以满足磁通Φ基本不变，即保持励磁电流和功率因数基本不变的要求，同时还可以保证调速过程中电动机的过载能力保持不变，额定转矩不变。这也就是恒转矩调速。

（二）恒功率调速

异步电动机的额定电磁功率PMe，可以根据额定转矩Me和转子同步机械角速度Ω0求得，即

可见，在极对数p不变的情况下，只要保持变频前后的Mef1和M'ef'1为定值，即Mef1=M'e f'1，或M'e/Me=f1/f'1，就可以保证电动机变频调速前后的电磁功率PMe保持不变。由式（6-16）可得：

可见，只要在调速过程中满足了=定值的条件，就可以保持电动机的电磁功率不变，电动机的过载能力也保持不变，但此时磁通将发生变化，电动机效率和功率因数可能下降。