ch3-电机及电气控制

1、2021-12-28Kunming University of Science & Technology3.1 3.1 电机的结构、基本工作原理及用途电机的结构、基本工作原理及用途 3.2 3.2 通用变频器通用变频器3.3 3.3 三相异步电机的起动控制线路三相异步电机的起动控制线路 3.4 3.4 其它典型控制线路其它典型控制线路 交流旋转电机包括异步电机和同步电机两大类，它们都是交流旋转电机包括异步电机和同步电机两大类，它们都是进行能量转换的装置。同步电机主要用作发电机，有时也用作进行能量转换的装置。同步电机主要用作发电机，有时也用作电动机或调相机；异步电机主要用作电动机，很少用

2、作发电机。电动机或调相机；异步电机主要用作电动机，很少用作发电机。3.1.1 3.1.1 三相异步电机三相异步电机 在工农业生产中，在工农业生产中，8585以上的电动机都采用异步电动机。以上的电动机都采用异步电动机。 主要优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚主要优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用，而且有较高的效率和相当好的工作特性。固耐用，而且有较高的效率和相当好的工作特性。 主要缺点：主要缺点： 目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速以及目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速以及它必须从电网吸收滞后的无功功率；在电网负载中，异步电动它必须从电网吸收滞后的无功功率；

3、在电网负载中，异步电动机所占的比重较大，这个滞后的无功功率对电网是一个相当重机所占的比重较大，这个滞后的无功功率对电网是一个相当重的负担，它增加了线路损耗、妨碍了有功功率的输出。的负担，它增加了线路损耗、妨碍了有功功率的输出。 当负载要求电动机单机容量较大而电网功率因数又较低的当负载要求电动机单机容量较大而电网功率因数又较低的情况下，最好采用同步电动机来拖动。情况下，最好采用同步电动机来拖动。1 1异步电机的结构异步电机的结构 主要由两部分组成：定子（包括定子铁芯、定子绕组主要由两部分组成：定子（包括定子铁芯、定子绕组等）、转子（等）、转子（包括包括转子铁芯、鼠龙绕组等）。另外还有端盖、转子铁

4、芯、鼠龙绕组等）。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。如图风扇、罩壳、机座、接线盒等。如图3.13.1所示。所示。 图图3.1 3.1 三相异步电动机结构示意图三相异步电动机结构示意图 1-1-散热筋散热筋 2-2-吊环，吊环， 3-3-转轴，转轴， 4-4-定子铁心，定子铁心， 5-5-定子绕组，定子绕组， 6-6-转子，转子， 7-7-风扇，风扇， 8-8-罩壳，罩壳， 9-9-转子铁心，转子铁心， 10-10-鼠鼠笼绕组，笼绕组， 11-11-轴承，轴承， 12-12-机座，机座， 13-13-接线盒，接线盒， 14-14-端盖，端盖， 15-15-轴承盖轴承盖 (1) (1) 定

5、子定子 由机座由机座、圆筒形铁芯圆筒形铁芯、三相对称定子绕组组成。三相对称定子绕组组成。 定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。定子定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。定子绕组镶嵌在定子铁心中，通过电流时产生感应电动势，实现电绕组镶嵌在定子铁心中，通过电流时产生感应电动势，实现电能量转换。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。能量转换。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。(2) (2) 转子转子 电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是作为电动机磁路的一部分。转子绕组的作用是感应电动心也是作为电动机磁路的一部分。

6、转子绕组的作用是感应电动势，通过电流而产生电磁转矩。转轴是输出机械功率的主要部势，通过电流而产生电磁转矩。转轴是输出机械功率的主要部件。件。 根据构造上的不同，异步电机分为：笼型和绕线型。根据构造上的不同，异步电机分为：笼型和绕线型。 笼型的转子绕组做成鼠笼状。就是在转子铁芯的槽中嵌笼型的转子绕组做成鼠笼状。就是在转子铁芯的槽中嵌入铜条。其两端用端环连接。或者在槽中浇铸铝液。其外形像入铜条。其两端用端环连接。或者在槽中浇铸铝液。其外形像个鼠笼，笼型电机转子如图个鼠笼，笼型电机转子如图3.23.2所示。所示。图图3.2 鼠笼式电动机转子鼠笼式电动机转子图图3.3 绕线式电动机示意图绕线式电动机示

7、意图 绕线转子异步电动机。绕线式绕组是一个对称三相绕组，但三相绕绕线转子异步电动机。绕线式绕组是一个对称三相绕组，但三相绕组总是接成组总是接成Y Y形，三个始端分别与三个滑环相联接，滑环外缘又与三个静止形，三个始端分别与三个滑环相联接，滑环外缘又与三个静止的电刷相接触再和外电路联接。借此，转子绕组既能自身短路又能把外加的电刷相接触再和外电路联接。借此，转子绕组既能自身短路又能把外加电阻器或电抗器引入转子电路，以改善电动机的运行性能。绕线型异步电电阻器或电抗器引入转子电路，以改善电动机的运行性能。绕线型异步电动机结构比较复杂，造价稍高，通常只用于要求起动电流较小、起动转矩动机结构比较复杂，造价稍

8、高，通常只用于要求起动电流较小、起动转矩较大、调速范围较广的场合。较大、调速范围较广的场合。 2 2异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理 当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速个以同步转速1 1沿定子和转子内圆空间作旋转的旋转磁场。由于旋沿定子和转子内圆空间作旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以转磁场以1 1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势。由于转子导体两端被短路环短割定子旋转磁场而产生感应电动势。由于转子导体两端被短

9、路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向作用。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。这个旋转速度即为同步转速旋转。这个旋转速度即为同步转速n1n1，它和定子电流的频率，它和定子电流的频率f1f1以及以及电机的极对数电机的极对数p p有关。有关。pfn1601式式(3.1) (3.1) 在图在图3.43.4中，用磁极中，用磁

10、极N N和和S S来表示定子绕组来表示定子绕组产生的旋转磁场。假定转子上有某一根导体产生的旋转磁场。假定转子上有某一根导体a a。利用右手定则，得导体利用右手定则，得导体a a中的电势方向，它是中的电势方向，它是穿出纸面指内读者的。利用左手定则可以定穿出纸面指内读者的。利用左手定则可以定出导体出导体a a的受力方向。导体的受力方向。导体a a产生的转矩是迫产生的转矩是迫使转子跟着定子旋转磁场旋转。转子导体和使转子跟着定子旋转磁场旋转。转子导体和转矩随着转子转速的升高，定子旋转磁场切转矩随着转子转速的升高，定子旋转磁场切割转子导体的转速越来越小，只要转子转速割转子导体的转速越来越小，只要转子转速

11、低于气隙旋转磁场的转速，转子导体和气隙低于气隙旋转磁场的转速，转子导体和气隙旋转磁场之间会有相对运动，转子导体中就旋转磁场之间会有相对运动，转子导体中就会产生电流，并形成电磁转矩。会产生电流，并形成电磁转矩。 异步电动机的转子导体中本来没有电流，异步电动机的转子导体中本来没有电流，转子导体电流是靠切割旋转磁场后产生出来转子导体电流是靠切割旋转磁场后产生出来的，所以转子中的电流是感应出来的。因此的，所以转子中的电流是感应出来的。因此异步电动机也称为感应电动机。异步电动机也称为感应电动机。 图图3.4 转子导体和转矩转子导体和转矩3 3异步电动机的转速异步电动机的转速 异步电动机在运行时，其转速不

12、可能达到同步转速异步电动机在运行时，其转速不可能达到同步转速1 1，因为如果，因为如果1 1，则转子导体与旋转磁场之间没有相对，则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动，因而转子导体中不可能感应出电势和电流，也就不能运动，因而转子导体中不可能感应出电势和电流，也就不能产生使转子旋转的电磁转矩产生使转子旋转的电磁转矩M M。转速。转速n n总是略低于同步转速总是略低于同步转速1 1的。的。1 1与之差称为与之差称为“转差转差，转差，转差( (1-1-) )的存在是异的存在是异步电动机运行的必要条件。转速差步电动机运行的必要条件。转速差( (1-1-) )与同步转速与同步转速1 1之比，称为转差率。之

13、比，称为转差率。 式（式（3.23.2） 异步电动机正常运行时，其转差率变化不大，空载时的异步电动机正常运行时，其转差率变化不大，空载时的转差率在转差率在0.0050.005以下，额定负载时的转差率在以下，额定负载时的转差率在0.020.020.050.05。 11)(nnns3.1.2 3.1.2 三相同步电机三相同步电机 同步电机由于在稳态时它们能够以恒定转速、恒定频率运行，同步电机由于在稳态时它们能够以恒定转速、恒定频率运行，所以称为同步电机。与异步电机相比较，同步电机的特点是转子的所以称为同步电机。与异步电机相比较，同步电机的特点是转子的转速转速n n与定子产生旋转磁场的转速与定子产生

14、旋转磁场的转速n1n1相等，且与频率相等，且与频率f1f1之间具有固定之间具有固定不变的关系，不变的关系，n n60 f160 f1p p 同步电机主要用作为发电机，亦可用作为电动机或补偿机。同步电机主要用作为发电机，亦可用作为电动机或补偿机。1 1同步电机的基本结构同步电机的基本结构 同步发电机、电动机或补偿机它们的结构类似，由定子和转子同步发电机、电动机或补偿机它们的结构类似，由定子和转子两大部分组成的。同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。两大部分组成的。同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。旋转电枢式的电枢装设在转子上，主磁极装设在定子上，这种结构旋转电枢式的电枢装设在转子

15、上，主磁极装设在定子上，这种结构在小容量同步电机中得到一定的应用。在旋转磁极式电机里，电枢在小容量同步电机中得到一定的应用。在旋转磁极式电机里，电枢装设在定子上，主磁极装设在转子上。目前旋转磁极式结构已成为装设在定子上，主磁极装设在转子上。目前旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构型式。中、大型同步电机的基本结构型式。图图3.5 3.5 同步电机的转子结构同步电机的转子结构2 2同步电机的基本工作原理同步电机的基本工作原理 当转子直流励磁绕组送入直流励磁电流后，转子磁极显出固定极当转子直流励磁绕组送入直流励磁电流后，转子磁极显出固定极性，转子转起来后，磁场切割定子绕组，或者说定子绕组做

16、切割磁力性，转子转起来后，磁场切割定子绕组，或者说定子绕组做切割磁力线运动，三相对称绕组中将感生出三相对称电动势，成为三相交流电线运动，三相对称绕组中将感生出三相对称电动势，成为三相交流电源。发电机向共同的大电网供电，这就对同步发电机的频率要求很严，源。发电机向共同的大电网供电，这就对同步发电机的频率要求很严，我国电网频率为我国电网频率为50Hz50Hz，所以发电机发出的电动势频率也必须为，所以发电机发出的电动势频率也必须为50Hz50Hz。图图3.6 3.6 同步电机模型图同步电机模型图3 3同步电机的主要用途同步电机的主要用途(1(1）作发电机）作发电机 在现代电力系统中，几乎全部的电网电

17、能都是由同步发电在现代电力系统中，几乎全部的电网电能都是由同步发电机供给。机供给。(2) (2) 作电动机作电动机 同步电动机虽然因结构较复杂，价格较贵，起动麻烦，其同步电动机虽然因结构较复杂，价格较贵，起动麻烦，其应用不如异步电动机广泛，但它具有转速恒定及功率因数可调应用不如异步电动机广泛，但它具有转速恒定及功率因数可调的特点，因此在电力拖动系统中常用来拖动恒速运转的大、中的特点，因此在电力拖动系统中常用来拖动恒速运转的大、中型低速机械。例如鼓风机、水泵、压缩机、球磨机等。型低速机械。例如鼓风机、水泵、压缩机、球磨机等。(3) (3) 作调相机作调相机 调相机又叫补偿机，用来向电网输送电感性

18、或电容性的无调相机又叫补偿机，用来向电网输送电感性或电容性的无功功率，以补偿电网中负载所需的无功功率，从而改善电网的功功率，以补偿电网中负载所需的无功功率，从而改善电网的功率因数。功率因数。3.1.3 3.1.3 单相异步电动机单相异步电动机 1 1单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构 单相异步电动机是用单相单相异步电动机是用单相交流电源供电。通常单相异步交流电源供电。通常单相异步电机定子上有两相绕组，一为电机定子上有两相绕组，一为主绕组主绕组( (或称工作绕组或称工作绕组) )，一一为辅助绕为辅助绕组组( (或称起动绕组或称起动绕组) )，两绕组在空间有相位差，一般为，两绕组在空间有相位

19、差，一般为9090电角度。转子为结构简电角度。转子为结构简单的笼型绕组。与三相异步电动机主要区别：三相异步电动机单的笼型绕组。与三相异步电动机主要区别：三相异步电动机的定子、转子绕组和绕组的电压、电流的定子、转子绕组和绕组的电压、电流般都是对称的、工作般都是对称的、工作时气隙磁场是圆形旋转磁场，而单相异步电动机的绕组是不对时气隙磁场是圆形旋转磁场，而单相异步电动机的绕组是不对称的，绕组的电压、电流一般也是不对称的，工作时气隙磁场称的，绕组的电压、电流一般也是不对称的，工作时气隙磁场是椭圆形旋转磁场。是椭圆形旋转磁场。 2 2单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动方法 单相异步电动机起动方

20、法有多种，最为广泛的是电容式电动机。单相异步电动机起动方法有多种，最为广泛的是电容式电动机。 电容电动机是将主绕组固定接单相电流，辅助绕组串联电容器后电容电动机是将主绕组固定接单相电流，辅助绕组串联电容器后接单相电源。电容的作用使主、辅助绕组电流不相同，合理选择电容接单相电源。电容的作用使主、辅助绕组电流不相同，合理选择电容器和主辅绕组匝数，使起动或额定运行时气隙磁场接近圆形旋转磁场，器和主辅绕组匝数，使起动或额定运行时气隙磁场接近圆形旋转磁场，因而有较高的起动转矩或较好的运行性能。根据电容器的不同串接方因而有较高的起动转矩或较好的运行性能。根据电容器的不同串接方式电容电动机又可分为单相电容运

21、转异步电动机、单相电容起动异步式电容电动机又可分为单相电容运转异步电动机、单相电容起动异步电动机、单相双电容异步电动机三种。如图电动机、单相双电容异步电动机三种。如图3.83.8所示。所示。 图图3.8 单相电单相电容电动容电动机机3.1.4 3.1.4 直流电机直流电机 直流电机既可作发电机用，也可作电动机用。直流电直流电机既可作发电机用，也可作电动机用。直流电机与交流电机相比，直流电机结构复杂，价格较高，维护机与交流电机相比，直流电机结构复杂，价格较高，维护麻烦，应用远不如交流电机广泛。直流发电机在很多应用麻烦，应用远不如交流电机广泛。直流发电机在很多应用领域里，正在被性能优良、价格低廉、

22、节能的电力电子器领域里，正在被性能优良、价格低廉、节能的电力电子器件组装的整流器所取代。但是直流电动机仍具有许多交流件组装的整流器所取代。但是直流电动机仍具有许多交流电动机所不及的优点，如起动转矩大、平滑调速的范围宽电动机所不及的优点，如起动转矩大、平滑调速的范围宽广，而且易于控制。对调速要求较高的轧钢机、大型机床广，而且易于控制。对调速要求较高的轧钢机、大型机床以及需要较大起动转矩的起重设备、电气铁道牵引等方面，以及需要较大起动转矩的起重设备、电气铁道牵引等方面，直流电动机有广泛的应用。由于直流发电机供电波形好，直流电动机有广泛的应用。由于直流发电机供电波形好，在电镀、电解和电冶炼中仍用作电

23、源设备。在电镀、电解和电冶炼中仍用作电源设备。 1 1直流电机的基本原理直流电机的基本原理 图图3.93.9所示为直流电机工作原理所示为直流电机工作原理的简单模型图。为了使电枢与外电路的简单模型图。为了使电枢与外电路连通连通, ,特别装置了两把电刷特别装置了两把电刷A A和和B B。当。当在在A A和和B B电刷间通上电源时，电枢线圈电刷间通上电源时，电枢线圈里就有电流通过，在图示位置时，电里就有电流通过，在图示位置时，电流在导体流在导体abab段的流向是段的流向是abab，则导体，则导体abab受力的方向是向左，电流在导体受力的方向是向左，电流在导体cdcd段的流向是段的流向是cdcd，则导

24、体，则导体cdcd受力的方受力的方向且问右，这两个力构成了一个力矩，向且问右，这两个力构成了一个力矩，称为电磁转矩，在这个转矩作用下克称为电磁转矩，在这个转矩作用下克服电机轴上的阻转矩，电机转子逆时服电机轴上的阻转矩，电机转子逆时针方向旋转起来。针方向旋转起来。图图3.9 3.9 直流电机模型直流电机模型 2 2直流电机的结构直流电机的结构 直流电机的结构形式很多，但总体上不外乎由定子直流电机的结构形式很多，但总体上不外乎由定子( (静止部静止部分分) )和转子和转子( (运动部分运动部分) )两大部分组成。两大部分组成。图图3.10 3.10 直流电机的结构图直流电机的结构图图图3.11 3

25、.11 直流电机的横剖面示意图直流电机的横剖面示意图 通用变频器是指可以应用于通用交流电动机调速控制的通用变频器是指可以应用于通用交流电动机调速控制的变频器。由于通用变频器强调通用性，不但从控制思想上有变频器。由于通用变频器强调通用性，不但从控制思想上有其内在的通用性能，同时也将现场经验和应用技巧不断地融其内在的通用性能，同时也将现场经验和应用技巧不断地融入控制策略中，使其功能不断地得到充实和加强，智能化的入控制策略中，使其功能不断地得到充实和加强，智能化的特征也越来越明显。特征也越来越明显。 交流电动机变频调速是利用交流电动机的同步转速随频交流电动机变频调速是利用交流电动机的同步转速随频率变

26、化的特性，通过改变交流电动机的供电频率进行调速的率变化的特性，通过改变交流电动机的供电频率进行调速的方法。实践证明，在异步电动机的诸多调速方法中，变频调方法。实践证明，在异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，它调速范围大、稳定性好、可靠性高、运行速的性能最好，它调速范围大、稳定性好、可靠性高、运行效率高和高的功率因数及节电效果。所以，通用变频器已成效率高和高的功率因数及节电效果。所以，通用变频器已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量、改善环境、推动技术进步的主自动化水平、提高产品质量、改善环

27、境、推动技术进步的主要手段之一。要手段之一。3.2.1 3.2.1 通用变频器的发展趋势通用变频器的发展趋势(1)(1)模块化：将整流电路、逆变电路、逻辑控制、驱动和保护、电源回路全模块化：将整流电路、逆变电路、逻辑控制、驱动和保护、电源回路全部集成在一个模块内，使整机的元器件数量比原来减少了部集成在一个模块内，使整机的元器件数量比原来减少了4040以上，可靠以上，可靠性得到很大提高。性得到很大提高。(2)(2)专用化：满足现场控制的需要，派生了许多专用机型，如风机、水泵、专用化：满足现场控制的需要，派生了许多专用机型，如风机、水泵、空调专用型，注塑机专用型，电梯专用型、电源再生专用型、中频驱

28、动专空调专用型，注塑机专用型，电梯专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型等。用型等。(3)(3)软件化：具有多种内置或可选的专用应用软件。软件化：具有多种内置或可选的专用应用软件。(4)(4)网络化：内装多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议。网络化：内装多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议。(5)(5)低电磁噪声、静音化：采用高频载波低电磁噪声、静音化：采用高频载波SPWMSPWM方式实现静音化。方式实现静音化。(6)(6)图形化用户界面：提供下拉式菜单、图形工具、中文菜单等监控操作功图形化用户界面：提供下拉式菜单、图形工具、中文菜单等监控操作功能。能。(7)(7)引导式调试步骤：

29、变频器内固化引导式调试步骤：变频器内固化“调试指南调试指南”，可引导操作者的调试步，可引导操作者的调试步骤。骤。(8)(8)参数趋势图形：记录运行参数，显示实时运行状态。参数趋势图形：记录运行参数，显示实时运行状态。(9)(9)自定义编程：将选项权交给用户，并且不需要使用专门的编程工具或编自定义编程：将选项权交给用户，并且不需要使用专门的编程工具或编程语言即可实现，程序由功能块组成。程语言即可实现，程序由功能块组成。(10)IGBT(10)IGBT制造新技术：具有开关损耗小，正温度系数，易于实现制造新技术：具有开关损耗小，正温度系数，易于实现高压的特点，简化逆变器驱动和保护电路设计。高压的特点

30、，简化逆变器驱动和保护电路设计。(11)(11)有源电力滤波器：从补偿对象中校测出谐波电流，然后产生有源电力滤波器：从补偿对象中校测出谐波电流，然后产生一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，从而使电流一个与该谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，从而使电流只含基波分量。只含基波分量。(12)(12)交、直流制动方式：直流制动是当电动机的速度低于预设的交、直流制动方式：直流制动是当电动机的速度低于预设的制动速度时、变频器开始给电动机注入直流电压，使电动机停止制动速度时、变频器开始给电动机注入直流电压，使电动机停止运转。交流制动是一种磁通制动方式，就是当变频器得到停机命运转。交流制动是一种

31、磁通制动方式，就是当变频器得到停机命令后立即启动制动功能，制动速度比直流制动快，制动能量以电令后立即启动制动功能，制动速度比直流制动快，制动能量以电动机发热的形式消耗掉。动机发热的形式消耗掉。 虽然发展变频驱动技术最初的目的主要是为了节能，但是随虽然发展变频驱动技术最初的目的主要是为了节能，但是随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断提高，变频驱动技术也得到了显著发展。件和微处理器的性能不断提高，变频驱动技术也得到了显著发展。随着各种复杂控制技术在变频器技术中的应用，变频器的性能不随着各种复杂控制技

32、术在变频器技术中的应用，变频器的性能不断得到提高，而且应用范围也越来越广。断得到提高，而且应用范围也越来越广。3.2.2 3.2.2 变频器的基本原理变频器的基本原理1 1变频调速的基本控制方式变频调速的基本控制方式前面已经介绍异步电动机和同步电动机。异步电动机的同步转速，即前面已经介绍异步电动机和同步电动机。异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为式（旋转磁场的转速为式（3.13.1） 可见，改变异步电动机的供电电源频率可见，改变异步电动机的供电电源频率1 1，可以改变其同步转，可以改变其同步转速速1 1，进而改变电机的转速，进而改变电机的转速n n，实现调速运行。，实现调速运行。 对异步电

33、动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，不变。磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降；磁通太强，则处于过励磁状态，使励磁电流电动机的负载能力下降；磁通太强，则处于过励磁状态，使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电机不过热，负载能力过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电机不过热，负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通也要下降。异步电动机的气隙磁通( (主磁通主磁通) )是定、转子合成磁动势产是定、转子合成磁动势产生的

34、。生的。）（）（pf116013.2.3 3.2.3 变频器的基本结构变频器的基本结构图图3.17 3.17 变频器的基本结构变频器的基本结构 一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。直流中间电路的作部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电路能够得到质量较高的直流用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电路能够得到质量较高的直流电源。当

35、整流电路是电压源时，直流中间电路的主要元器件是大容量的电解电容，而当电源。当整流电路是电压源时，直流中间电路的主要元器件是大容量的电解电容，而当整流电路是电流源时，直流中间电路则主要由大容量电感组成。此外，由于电动机制动整流电路是电流源时，直流中间电路则主要由大容量电感组成。此外，由于电动机制动的需要，在直流中间电路中有时还包括制动电阻以及其它辅助电路。逆变电路是变频器的需要，在直流中间电路中有时还包括制动电阻以及其它辅助电路。逆变电路是变频器最主要的部分之一，它的主要作用是在控制电路的控制下将平滑电路输出的直流电源转最主要的部分之一，它的主要作用是在控制电路的控制下将平滑电路输出的直流电源转

36、换为频率和电压都任意可调的交流电源。变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测换为频率和电压都任意可调的交流电源。变频器的控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极电路、门极( (基极基极) )驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，也是变频器的核驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，也是变频器的核心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。3.2.4 3.2.4 逆变电路的基本工作原理逆变电路的基本工作原理 逆变电路的基本作用是将直流电源转换为交流电源。图逆变电路的基本作用是将直流电源转换为交流电源。图3.183.18给出了一个给出

37、了一个三相逆变电路。在这个逆变电路中，由六个开关组成了一个三相桥式电路。三相逆变电路。在这个逆变电路中，由六个开关组成了一个三相桥式电路。交替打开和关断这六个开关，就可以在输出端得到相位上各相相位差为交替打开和关断这六个开关，就可以在输出端得到相位上各相相位差为120120的三相交流电源。该交流电源的频率由开关频率决定，而幅值则等于直流电的三相交流电源。该交流电源的频率由开关频率决定，而幅值则等于直流电源的幅值。源的幅值。图图3.18 3.18 逆变器基本工作原理图逆变器基本工作原理图3.2.5 3.2.5 变频器的选型变频器的选型 变频器一般用于电动机的调速。在应用前应充分了解应用对象的工况

38、条件和环境条变频器一般用于电动机的调速。在应用前应充分了解应用对象的工况条件和环境条件，并根据实际应用情况进行选型。不同的生产厂家或不同型号的变频器，其使用条件，并根据实际应用情况进行选型。不同的生产厂家或不同型号的变频器，其使用条件有所差别。在进行变频器选型时需要考虑的因素很多。件有所差别。在进行变频器选型时需要考虑的因素很多。 (1) 应以电动机额定电流值作为选择依据，电动机的额定功率只能作为参考。应以电动机额定电流值作为选择依据，电动机的额定功率只能作为参考。 (2) 应充分考虑通用变频器输出中含有丰富的谐波，会使电动机的功率因数和效率应充分考虑通用变频器输出中含有丰富的谐波，会使电动机

39、的功率因数和效率变坏。与用工频供电相比较，电动机的电流增加变坏。与用工频供电相比较，电动机的电流增加10左右，而温升增加左右，而温升增加20左右。左右。 (3) 选择时必须充分了解通用变频器所驱动的负载特性。拖动恒转矩负载时，低速选择时必须充分了解通用变频器所驱动的负载特性。拖动恒转矩负载时，低速下的转矩要足够大，并且要有足够的过载能力。下的转矩要足够大，并且要有足够的过载能力。 (4) 在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内在各种风机、水泵、油泵中，随叶轮的转动，空气或液体在一定的速度范围内所产生的阻力大致与速度的二次方成正比，所需的功率与速度的二次方成正比。选

40、用所产生的阻力大致与速度的二次方成正比，所需的功率与速度的二次方成正比。选用相应的变频器可以大幅度地节约电能。相应的变频器可以大幅度地节约电能。 (5) 一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。一定要注意其防护等级是否与现场的情况相匹配。 (6) 应正确识别通用变频器的类型。矢量控制方式通用变额器均有应正确识别通用变频器的类型。矢量控制方式通用变额器均有Uf控制模式，控制模式，如果某种变频器没有控制模式设定项，则可断定它不是矢量控制方式通用变频器。矢如果某种变频器没有控制模式设定项，则可断定它不是矢量控制方式通用变频器。矢量控制方式起动很平稳，没有抖动和异常声音。量控制方式起动很平稳，没有

41、抖动和异常声音。 (7) (7) 对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高载波频率、高海拔高度等对于一些特殊的应用场合，如高环境温度、高载波频率、高海拔高度等场合，需要对变频器降容使用，需要放大一档或二档选择。场合，需要对变频器降容使用，需要放大一档或二档选择。(8) (8) 采用一台通用变频器并联驱动多台电动机时，应按所有电动机的额定电采用一台通用变频器并联驱动多台电动机时，应按所有电动机的额定电流的总和确定通用变频器的额定容量。流的总和确定通用变频器的额定容量。(9) (9) 绕线转子电动机比异步电动机绕组的阻抗小，容易发生由于谐波电流而绕线转子电动机比异步电动机绕组的阻抗小，容易发生由于

42、谐波电流而引起的过电流跳闸现象，所以应选择比普通异步电动机容量稍大的通用变频引起的过电流跳闸现象，所以应选择比普通异步电动机容量稍大的通用变频器。器。(10) (10) 通用变频器与电动机之间的电缆存在分布电容，电缆越长或电动机容量通用变频器与电动机之间的电缆存在分布电容，电缆越长或电动机容量越大，漏电流越大，漏电断路器容易误动作。可采用增加漏电断路器的漏电越大，漏电流越大，漏电断路器容易误动作。可采用增加漏电断路器的漏电电流设定值、使用带高频性能的漏电断路器、降低载波频率及采用输出电抗电流设定值、使用带高频性能的漏电断路器、降低载波频率及采用输出电抗器等方法解决。器等方法解决。(11) (1

43、1) 通用变频器一般采用二极管整流器，这样在电路中会产生通用变频器一般采用二极管整流器，这样在电路中会产生5 5、7 7、1111、1313次的谐波，这些谐波会引起电动机运行电流增大、功率因数下降等，必要时次的谐波，这些谐波会引起电动机运行电流增大、功率因数下降等，必要时可以通过安装输入电抗器或直流电抗器抑制谐波。可以通过安装输入电抗器或直流电抗器抑制谐波。(12) (12) 由于电压不平衡引起通用变频器多种故障的现象，通常与电源变压器和由于电压不平衡引起通用变频器多种故障的现象，通常与电源变压器和负载情况有关，有时输入电压不平衡就会引起很严重的电流不平衡，甚至产负载情况有关，有时输入电压不平

44、衡就会引起很严重的电流不平衡，甚至产生缺相、整流桥损坏、电解电容器损坏等。必须装上输入电抗器。生缺相、整流桥损坏、电解电容器损坏等。必须装上输入电抗器。3.2.6 3.2.6 变频器外形及应用接线变频器外形及应用接线图图3.19 3.19 变频器实物图及接线图变频器实物图及接线图 R/L1 R/L1、S/L2S/L2、T/L3T/L3为变频为变频器的三相电源输入接线端。器的三相电源输入接线端。 U/T1 U/T1、V/T2V/T2、W/T3W/T3为变频为变频器的三相电源输出接线端，与器的三相电源输出接线端，与三相交流电机连接。三相交流电机连接。 多功能数字输入端提供由多功能数字输入端提供由外

45、部开关触点控制变频器的多外部开关触点控制变频器的多种工作方式。可通过连接种工作方式。可通过连接+V+V、A1A1和和ACAC端子的电位器调节变频端子的电位器调节变频器的输出量，或由器的输出量，或由A2A2、ACAC端输端输入入4 420mA20mA的电流控制变频器的的电流控制变频器的输出量。也可通过输出量。也可通过RS-485/422RS-485/422的通信，由的通信，由PLCPLC或计算机控制变或计算机控制变频器的运行状态和输出量进行频器的运行状态和输出量进行监控。监控。1 1电子式软起动器的工作原理电子式软起动器的工作原理 其主要结构是一组串接于电源与其主要结构是一组串接于电源与被控电机

46、之间的三相反并联晶闸管及被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。利用晶闸管移相控其电子控制电路。利用晶闸管移相控制原理，控制三相反并联晶闸管的导制原理，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，从而实现不同的起动的要求而变化，从而实现不同的起动功能。起动时，使晶闸管的导通角从功能。起动时，使晶闸管的导通角从0 0开始，逐渐前移，电机的端电压从开始，逐渐前移，电机的端电压从零开始，按预设函数关系逐渐上升，零开始，按预设函数关系逐渐上升，直至达到满足起动转矩而使电动机顺直至达到满足起动转矩而使电动机顺利起动，再使电机全电压运行，这

47、就利起动，再使电机全电压运行，这就是软起动控制器的工作原理。是软起动控制器的工作原理。图图 3.29 电子软启动器的电子软启动器的主电路接线图主电路接线图2 2电子式软起动器的工作特性电子式软起动器的工作特性 一般软起动器可以通过设定，得到不同的起动特性，以满足不同负载特性的要求。一般软起动器可以通过设定，得到不同的起动特性，以满足不同负载特性的要求。 (1) 斜坡恒流升压起动斜坡恒流升压起动 这种起动方式是在晶闸管的移相电路中，引入电机电流反馈，使电机在起动过程中保这种起动方式是在晶闸管的移相电路中，引入电机电流反馈，使电机在起动过程中保持恒流、起动平稳。持恒流、起动平稳。 (2) 脉冲阶跃

48、起动脉冲阶跃起动 在起动开始阶段，晶闸管在极短时间内以较大电流导通，经过一段时间后回落，再在起动开始阶段，晶闸管在极短时间内以较大电流导通，经过一段时间后回落，再按原设定值线性上升，进入恒流起动状态。该起动方法适用于重载并需克服较大静摩擦按原设定值线性上升，进入恒流起动状态。该起动方法适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。的起动场合。 (3) 减速软停控制减速软停控制 减速软停控制是当电动机需要停机时，不是立即切断电动机的电源，而是通过调节减速软停控制是当电动机需要停机时，不是立即切断电动机的电源，而是通过调节晶闸管的导通角，从全导通状态逐渐减小，从而使电动机的端电压逐渐降低而切断电源。晶闸管的导通角，从全导通状态逐渐减小，从而使电动机的端电压逐渐降低而切断电源