摘要：在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速因其调速性能好、效率高被公认为是异步电动机的一种比较理想调速方法，也是交流调速系统的主要发展方向。下面就变频调速的基本原理与基本控制方式，分类与特点谈谈自己的理解.
关键词：功率因数；恒转矩负载；恒功率负载；脉冲幅度调制方式；脉冲宽度调制方式
一 变频调速的基本原理与基本控制方式
1.变频调速的基本原理 根据异步电动机的转速表达式n=（1-s）60f/p可知，改变异步电动机的供电频率f，可以改变异步电动机的转速n，这就是变频调速的基本原理.由电机理论可知，三相异步电动机定子每相电动势E为：E=4.44fNQ.从该式可知，磁通Q是由E和f共同决定的.在电动机定子供电电压保持不变情况下，只改变频率f，将引起磁通Q的变化，可能出现励磁不足或励磁过强的现象.当频率f降低时，磁通将增加，这会引起磁路饱和，定子励磁电流上升，铁耗急剧增加，造成电动机功率因数和效率下降，这种情况是电机实际运行所不允许的；反之，当频率升高时，则磁通将减小，同样的转子电流下将使电机输出转矩下降，电动机的负载能力下降.因此，在变频调速时，应尽可能使电动机的磁通保持额定值不变，从而得到恒转矩的调速特性.而对于恒功率负载，因为P=Mn=定值，也就是说，对恒功率负载采用变频调速时，若满足电压与频率平方根的比值等定值，则电机的过载能力不变，但气隙磁通将发生变化；若满足电压与频率的比值等定值，则气隙磁通维持不变，但过载能力将发生变化.这说明变频调速特别适用恒转矩负载.
2.变频调速的基本控制方式 异步电动机的变频调速分为以下两种情况.即额定频率以下的恒磁通变频调速和额定频率以上的弱磁通变频调速.首先额定频率以下的恒磁通变频调速，这是从电机额定频率向下调速的情况.由于磁通与E/f成正比，故调节定子的供电频率f时，按比例调节定子的感应电动势E，即保持E/f=常数，可以实现恒磁通变频调速，这相当于直流电动机调压调速的情况，属于恒转矩调速方式.但是，由于定子感应电动势是无法直接测量和直接控制的，因此，只能直接调节的是外加的定子供电电压U.若忽略定子绕组阻抗压降，则U=E，因此可以采用U/f=常数的恒压比控制方式进行变频调速.在进行恒压比的变频调速时，当f较小时，由于U也较小，因而定子绕组阻抗压降相对较大，故不能保持磁通不变.因此，这种恒压比的变频调速只能保持磁通近似不变，实现近似的恒磁通变频调速，在这种情况下，可以采用专门电路，在低速时人为地适当提高定子电压，以补偿定子阻抗压降的影响，使磁通基本保持不变，实现恒磁通、恒转矩的变频调速。其次，额定频率以上的弱磁通变频调速，这是由额定频率f向上调速的情况。为了向上调速，定子供电电源的频率由额定值向上增大，但电压受额定电压限制不能再升高，只能保持额定电压不变。这时，随着频率的上升，转速上升，磁通减小，允许的输出转矩下降，而电动机的允许输出功率保持近似不变，这相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似恒功率调速方式。由上面的讨论可知，在f小于额定频率时，对恒转矩负载一般都采用电压频率比例调节，低频段加以电压补偿的恒转矩调速方式；在f大于额定频率时，则采取只调频率不调电压的近似恒功率调速方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
二、变频器的分类与特点
从变频调速的控制方式可知，实现异步电动机的变频调速需要一个具有电压、频率均可调的变频装置，其功能是将电网的恒压恒频交流电变换为变压变频（VVVF）交流电，对交流电动机实现无级调速，这种装置成为VVVF调速装置。现在广泛应用的是静止的电力电子变频装置。静止变频装置有交－交变频器和交－直－交变频器两大类。
交－交变频器直接将电网交流电变为可调频调压的交流电输出，没有明显的中间滤波环节，故又称为直接变频器。而交－直－交变频器则先将电网交流电经整流器转换为直流电，经中间滤波环节后，再经逆变器变换为调频调压的交流电，故称为间接变频器。交－交变频器的特点是：换能方式是一次换能，效率较高；电网电压换相；装置器件数量较多，器件利用率降低；调频范围，输出最高频率为电网频率的1／3－1／2，电网功率因数较低，多适用低速大功率拖动。而交－直－交变频器的特点是：换能方式是二次换能，效率略低，强迫换相或负载换相，装置器件数量较少，器件利用率较高，频率调节范围宽，如果可控整流桥调压，则低频低压时功率因数较低，如果斩波器或PWM方式调压，则功率因数较高，交－直－交变频器可用于各种拖动装置，稳频稳压电源和不间断电源。
交－直－交变频器根据其中间滤波环节是电容性或电感性，可分为电压型变频器和电流型变频器两种。电压型变频器的主要特点是：直流回路滤波环节是电容器，输出电压波形是矩形，输出电流波形决定于逆变器电压与负载电动机的电动势，近似正弦形，有较大的谐波分量，输出动态阻抗小，再生制动困难，原因是整流器电流为单向且电容上电压极性不易改变，且需要在电源侧设置反并联有源逆变器，过电流及短路保护困难，动态特性较慢，对晶闸管耐压要求可较低，关断时间要求短，线路结构较复杂。而电流型变频器的主要特点是：直流回路滤波环节是电抗器，输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似正弦形，输出电流波形是矩形，输出动态阻抗大，再生制动容易，原因是尽管整流器电流为单向，但电感器上电压换向容易，且主电路不需附加设备，过电流及短路保护容易，动态特性快，对晶闸管耐压要求耐压高，对关断时间无严格要求，线路结构较简单。
交－直－交电压型变频器在变频调速时，需要同时调节变频器的输出电压和频率，以保证电机主磁通的恒定。对变频器输出电压的调节主要有两种方式，即脉冲幅度调制（PAM）方式和脉冲宽度调制（PWM）方式。PAM方式是通过改变直流电压的幅值进行调压的方式，逆变器只负责调节输出频率，由相控晶闸管整流器或直流斩波器通过调节直流电压来实现变频器输出电压的调节，PAM方式变频器中的整流器采用不可控二极管整流电路，变频器的输出电压和输出频率的调节均由逆变器按PWM方式来完成。常规晶闸管交－直－交变频器的主电路由晶闸管整流器、中间滤波环节及晶闸管逆变器组成。电压型变频器的逆变器的典型结构是串联电感式电压逆变器，电流型变频器的逆变器的典型结构是串联二极管式电流型逆变器。
参考文献：
[1]李春文，张爱芳，曹玲芝.交流异步电机变频调速系统研究综述[J].科技资讯，2009（33）：47-47.
[2]张永利，李利华.三相异步电动机变频调速的原理及发展[J].黑龙江科技信息，2008（5）：32-32.
论文作者:张久雷
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/26
标签：电压论文; 变频器论文; 变频调速论文; 频率论文; 定子论文; 方式论文; 转矩论文; 《电力设备》2018年第29期论文;