交流變頻調(diào)速的原理及其應用

1引言

　　交流異步電動機的調(diào)速方式有多種，諸如調(diào)壓調(diào)速、變級調(diào)速、串級調(diào)速、滑差調(diào)速等，而變頻調(diào)速優(yōu)于上述任何一種調(diào)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(yè)交流異步電機的無級調(diào)速功能。目前在國內(nèi)外已廣泛應用，是自動化電力傳動的發(fā)展方向。

　　交流變頻調(diào)速技術已經(jīng)成熟。高壓大功率變頻器（幾千V，數(shù)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(diào)、洗衣機等方面被廣泛采用。在紡織工業(yè)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(yè)上的應用。

2基本原理及特點

　　變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)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(nèi)產(chǎn)生一個旋轉磁場，它與轉子繞組產(chǎn)生相對運動，使轉子繞組產(chǎn)生感應電勢，出現(xiàn)感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產(chǎn)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(shù)。當p=1時，n1=3000r/min；p=2時，n1=1500r/min?？梢姶艠O對數(shù)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(huán)；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(shù)p已經(jīng)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(diào)速的目的。

　　但是，為了保持在調(diào)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(diào)節(jié)。變頻器就是在調(diào)整頻率（VariableFrequency）的同時還要調(diào)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(shù)值一定時，轉矩與電源電壓的平方成正比。