交流變頻調速的原理及其應用

1引言

　　交流異步電動機的調速方式有多種，諸如調壓調速、變級調速、串級調速、滑差調速等，而變頻調速優于上述任何一種調速方式，是當今國際上廣泛采用的效益高、性能好、應用廣的新技術。它采用微機控制、電力電子技術及電機傳動技術取得工業交流異步電機的無級調速功能。目前在國內外已廣泛應用，是自動化電力傳動的發展方向。

　　交流變頻調速技術已經成熟。高壓大功率變頻器（幾千V，數千kW）已在大容量風機、高壓水泵等電機上應用。低壓小功率（幾百V，幾個kW）變頻器在鼓風機、壓縮機、離心機、攪拌機、水泵、機床，甚至在空調、洗衣機等方面被廣泛采用。在紡織工業方面，用于織布機、毛紡機等，本文以地毯背涂機為例敘述在地毯制造業上的應用。

2基本原理及特點

　　變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。常用三相交流異步電動機的結構為圖1所示。定子由鐵心及繞組構成，轉子繞組做成籠型（見圖2），俗稱鼠籠型電動機。當在定子繞組上接入三相交流電時，在定子與轉子之間的空氣隙內產生一個旋轉磁場，它與轉子繞組產生相對運動，使轉子繞組產生感應電勢，出現感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產生電磁轉矩，使電動機轉動起來。電機磁場的轉速稱為同步轉速，用n1表示

　　n1=60f/p(r/min)(1)

式中：f——三相交流電源頻率，一般為50Hz。

　　p——磁極對數。當p=1時，n1=3000r/min；p=2時，n1=1500r/min。可見磁極對數p越多，轉速n1越慢。

　　轉子的實際轉速n比磁場的同步轉速n1要慢一點，所以稱為異步電機，這個差別用轉差率s表示：

　　s=[n1－n）/n1]×100％（2）

　　當加上電源轉子尚未轉動瞬間，n=0，這時s=1；起動后的極端情況n=n1，則s=0，即s在0～1之間變化。一般異步電機在額定負載下的s=（1～6）％。

綜合式（1）和式（2）可以得出

n=60f（1－s）/p（3）

圖1三相異步電動機結構示意圖 圖2籠型電動機的轉 子繞組1—銅環；2—銅條

1—機座；2—定子鐵心；
3—定子繞組；4—轉子鐵心；
5—轉子繞組

　　由式（3）可以看出，對于成品電機，其磁極對數p已經確定，轉差率s變化不大，則電機的轉速n與電源頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉速，進而達到異步電機調速的目的。

　　但是，為了保持在調速時電機的最大轉矩不變，必須維持電機的磁通量恒定，因此定子的供電電壓也要作相應調節。變頻器就是在調整頻率（VariableFrequency）的同時還要調整電壓（VariableVoltage），故簡稱VVVF（裝置）。通過電工理論分析可知，轉矩與磁通量（最大值）成正比，在轉子參數值一定時，轉矩與電源電壓的平方成正比。