楊勇

摘 要：三相異步電動機由于結構簡單、價格低廉、維護方便等優(yōu)點被廣泛應用于現代企業(yè)中，為滿足現代企業(yè)對交流拖動設備的需求，如何合理地選擇調速方法并發(fā)展更先進的調速方法是擺在相關技術人員面前的一項現實任務。文章對三相異步電動機的變頻調速原理做了闡述，并對變頻器的硬件結構做了介紹，說明了變頻調速方法的先進性和實用性。

關鍵詞：三相異步電動機；變頻調速；變頻器

引言

三相異步電動機由于結構簡單、價格低廉、維護方便等優(yōu)點被廣泛應用于現代企業(yè)中。在由三相異步電動機作為原動機的電力拖動系統(tǒng)中，被拖動的生產機械為適應工藝過程的要求，往往需要改變運行速度。實現生產機械轉速變化的要求有兩種辦法，一是機械調速即通過改變機械傳動機構速比來使速度變化；二是電氣調速即通過改變電動機電氣參數，在負載不變的情況下，得到不同運行速度的方法。實踐生產中常用的電氣調速方法比較多，有變極調速、變轉差率調速。變極調速是通過改變定子繞組的接線方式改變電動機的極數從而實現電動機轉速的變化；變轉差率調速包括繞線式電動機轉子回路串電阻調速、串級調速和調壓調速。這些方法存在調速不平滑、不節(jié)能或機械特性不理想等問題。隨著電力電子技術的快速發(fā)展，變頻調速以顯著的節(jié)電效果、優(yōu)良的調速特性及廣泛的實用性正逐漸取代傳統(tǒng)的調速方法，成為是現代交流調速技術的主要方向。

1 三相異步電動機的工作原理

三相異步電動機也被稱為感應電動機，與直流電動機不同，其轉子繞組是在旋轉磁場的切割作用下產生感應電流，并在磁場中受到電磁力作用，產生電磁轉矩，從而使轉子旋轉。旋轉磁場如何產生的是理解三相異步電動機工作原理的關鍵：空間對稱分布的三相定子繞組通以三相對稱交流電，由于交流電電流方向會隨時間發(fā)生周期性變化，使定子繞組磁場的方向隨時間旋轉，旋轉方向由相序決定（電流超前相指向電流滯后相），旋轉速度與交流電頻率成正比列關系，與磁極對數成反比例關系。

2 變頻調速

2.1 變頻調速原理

式中n為電動機轉速；n0為電動機定子旋轉磁場轉速；s為轉差率（轉子轉速落后旋轉磁場轉速的比率）；f為定子電源頻率；p為定子磁極對數。由（1）可知：三相異步電動機轉子轉速由定子電源頻率、磁極對數及轉差率決定。要想改變電動機的轉速只要改變定子電源頻率、磁極對數及轉差率即可達到調速的目的。

2.2 變頻調速基本控制方式

三相異步電動機的電源額定頻率稱為基頻。變頻調速時可以從基頻向上調，也可以從基頻向下調，這兩種情況下的控制方式是不同的。

2.2.1 基頻向下的變頻調速：電源頻率降低，如果保持電壓不變，主磁通將增加，使勵磁電流增加使勵磁繞組過熱；同時磁路處于過飽和狀態(tài)，鐵芯損耗急劇增加導致電動機過熱。這都將造成電動機繞組老化甚至燒毀。所以在向下調節(jié)電源頻率的同時應配合向下調節(jié)電源電壓并保持U/f=常數，才能使電動機保持一個良好的運行特性。

2.2.2 基頻向上的變頻調速：電源頻率升高，如果保持電壓不變，主磁通將減少，由于電動機電磁轉矩與磁通成正比關系，所以電動機輸出的轉矩將隨電源頻率升高反比下降。對于鼠籠式三相異步電動機都采用從基頻向下的變頻調速，而不采用基頻向上的變頻調速。

3 變頻器

實現三相異步電動機的變頻調速關鍵是要有一套能同時改變電源電壓及頻率的供電裝置，可以將電壓和頻率固定不變的工頻交流電轉變成電壓和頻率可變的交流電，該裝置稱為變頻器。

3.1 變頻器

是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另外頻率和電壓值的電能控制裝置。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。

3.2 變頻器硬件結構

3.2.1 主電路：是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分。變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。（1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉；（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路；（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。

3.2.2 控制電路：是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的”電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的”驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。（1）運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率；（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等；（3）驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷；（4）速度檢測電路：以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉；（5）保護電路：檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。

4 結束語

變頻器不但可以用于調速，還可以用于三相異步電動機的軟啟動。由于三相異步電動機旋轉磁場速度與交流電頻率成正比例關系，低頻啟動降低了旋轉磁場速度，即降低了磁場切割轉子的速度，所以降低了電動機的啟動電流。變頻調速以顯著的節(jié)電效果、優(yōu)良的調速特性及廣泛的實用性正逐漸取代傳統(tǒng)的調速方法，成為是現代交流調速技術的主要方向。

參考文獻

[1]楊宗豹.電機及拖動基礎[M].冶金工業(yè)出版社，2003.

[2]許曉峰.電機及拖動基礎[M].高等教育出版社，2000.