变频调速异步电机

变频调速异步电动机与普通的有何不同

由于变频器供电的特殊性以及系统对高速或低速运转、快速动态响应等的需求。对作为动力主体的电动机。提出了严格的要求给电动机带来了在电磁、结构、绝缘等各方面的新课题。

作为一种变频调速专用的三相异步电动机，在设计中。首先要考虑的是电动机能与变频器很好地匹配，并且在较宽的频率范围内有良好的运行性能。因此。决定了变频调速异步电动机要比普通三相异步电动机用更多的电磁线、硅钢片等有效材料。另外。由于变频器供电对电动机绝缘的损害，使得变频调速异步电动机在绝缘上要求得更高。为了提高电动机的可靠性，其绝缘等级选用F级。而且，为了保证变频调速电动机在整个调速范围内的冷却效果。变频调速异步电动机采用独立供电的轴向外风扇，对其进行强迫冷却。与普通只相异步电动机相比。冷却风机价格比自扇冷结构的价格要高一些。这些都导致了变频调速异步电动机比普通异步电动机的制造成本要高。因此，其价格也较高。

但是，由于变频调速具有节省能耗、降低噪音没有冲击电流。延长设备使用寿命机械设备损耗小，减少维护设定速度灵活，提高生产效率。增加产量线路损耗小等优点故其有广阔的应用前景。并将逐步取代直流调速和交流调速中的其他调速方式。

交流变频调速的原理及其应用 (1)

交流异步电动机的调速方式有多种，诸如调压调速、变级调速、串级调速、滑差调速等，而变频调速优于上述任何一种调速方式，是当今国际上广泛采用的效益高、性能好、应用广的新技术。它采用微机控制、电力电子技术及电机传动技术取得工业交流异步电机的无级调速功能。目前在国内外已广泛应用，是自动化电力传动的发展方向。

交流变频调速技术已经成熟。高压大功率变频器（几千V，数千kW）已在大容量风机、高压水泵等电机上应用。低压小功率（几百V，几个kW）变频器在鼓风机、压缩机、离心机、搅拌机、水泵、机床，甚至在空调、洗衣机等方面被广泛采用。在纺织工业方面，用于织布机、毛纺机等，本文以地毯背涂机为例叙述在地毯制造业上的应用。

2基本原理及特点

变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型（见图2），俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用n1表示

n1=60f/p(r/min)(1)

式中：f——三相交流电源频率，一般为50Hz。

p——磁极对数。当p=1时，n1=3000r/min；p=2时，n1=1500r/min。可见磁极对数p越多，转速n1越慢。

转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示：

s=[n1－n）/n1]×100％（2）

当加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；起动后的极端情况n=n1，则s=0，即s在0～1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=（1～6）％。综合式（1）和式（2）可以得出

n=60f（1－s）/p（3）

图1三相异步电动机结构示意图图2笼型电动机的转子绕组1—铜环；2—铜条

1—机座；2—定子铁心；

3—定子绕组；4—转子铁心；

5—转子绕组

由式（3）可以看出，对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s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。

但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整频率（VariableFrequency）的同时还要调整电压（VariableV oltage），故简称VVVF（装置）。通过电工理论分析可知，转矩与磁通量（最大值）成正比，在转子参数值一定时，转矩与电源电压的平方成正比。

变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（GTO、GTR或IGBT）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。上述的两次变换可简化为AC－DC－AC（交－直－交）变频方式。

图3

图4

图3给出国产（深圳华为）变频器的原理图。图中各组成部分名称已经标出，DSP是微机编程器。

利用变频器可以根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速或减速，基本保持异步电机固有特性转差率小的特点，具有效率高、范围宽、精度高且能无级变速的优点，这对于水泵，风机等设备是很适用的。

我国应用的变频器，国外产品以日本富士、三菱牌号较多，台湾普传产品也不少，国内有西普（西安）、艾伦（上海）、华为（深圳）、艾普斯（天津）等厂家的产品均在推广应用。