I
' r
k
s Rr'
Us
n
s n0 n n0
I
' r
额定恒转矩条件下，降压则过载！例如冰箱、空调等。
U I 电动机为非线性负载，不能简单套用欧姆定律。
因此，降压调速的方法仅适用于负载较轻或 调速范围较小的情况。
11
交流力矩电机的机械特性
为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能
在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高
第一章 第一章 异步电动机变频调速理论基础
主讲教师： 崔纳新
1
本章提要 • 1.1 异步电动机运行原理 • 1.2 异步电动机的机械特性 • 1.3 变频调速的基本控制方式 • 1.4 负载转矩特性及其与调速方
式的配合
2
1.2 异步电动机的机械特性
异步电动机不同的调速方式 异步电动机的机械特性
人为地改变
M
Te m a x Ten
ns
M称为过载倍数。 n0 0
a
sm
b
01
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特性
6
1.2 异步电动机的机械特性
• （2）异步电动机的工作区域，一般只能在 s 0 ~ sm 范围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正
比，故称为机械特性的线性段，大于sm部分则为机械 特性的非线性段。
电磁转矩与定子电压的平方成正比。 3
1.2 异步电动机的机械特性
• 当电压Us和频率1一定时，机械特性方程式Te= f（s） 是一个二次表达式。在定子电压Us和频率1均为额定
值的情况下，可画出异步电动机的固有机械特性曲线
如图1-7所示。 n s
n0 0
a
sm
b
01
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特性
当s>1/3时，转子和定子电流将 于风机泵类负载。
随速度的降低而降低。
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异步电动机变压调速
变压调速是一种典型的转差功率消耗型 调速系统。
异步电动机降压调速 转差功率消耗型 转子回路串电阻调速
电磁转差离合器调速
15
所谓的调压调速，就是通过改变定子外加 电压来改变其机械特性的函数关系，从而达到 改变电动机在一定输出转矩下转速的目的。
3npU
2 s
Rr'
/
s
Rs Rr' / s 2 12 Lls L'lr
2
8
调压时的机械特性
特点：
(1) n0不变 (2) Te(包括Tst)正 比于u1的平方 (3)Sm不变
n n0
恒转矩负载特性
A
D
sm
CB 0.5UsN
E
风机类负载特性
0.7UsN
F
UsN
O TL Tst
Temax Te
F
UsN
对风机泵类机械，由于其负
载特性为TL=kna(a>1)，采用
调压调速则可得到较大的调
速范围，如图2-1中的D，E， O TL Tst
Temax T
F点。
图1-8 异步电动机在不同电压下的机械特性
10
交流调压调速的基本结论
• 1）恒转矩负载
降压调速在恒转矩条件下，转子电流随转速的降低而增大
由公式(1-17) 可得：当Te=TL 时，有
4
1.2 异步电动机的机械特性
• 从机械特性曲线上看，转矩有一个最大值Temax。对应于最大转 矩的转差率sm称为临界转差率，它可由式（1-18）对s求导，并 令dTe/ds = 0求得
•
sm
Rr'
（1-21）(Lls L'lr ) 2
sm
• 将sm代入式（1-18）即可求得最大转矩Temax为
异步电动机调压调速方式广泛应用于启动时限制 启动电流和一些调速精度要求不高的场合，目前调压 调速方式在家用风扇、电动工具等小容量系统中仍然 普遍应用。
当电源频率1、转速或转差率s一定时，电磁转矩
与定子电压的平方成正比，这说明不同的定子电压，
可以得到不同的人为机械特性，如图1-8。
Te 1
一、异步电动机的固有机械特性
Te 1
3npU
2 s
Rr'
/
s
Rs Rr' / s 2 12 Lls L'lr
2
（1-18）
式中：
Rs , Rr'
为定子每相电阻和折算到定子侧的转子每相电阻；
L1s L1' r为定子每相漏感和折算到定子侧的转子每相漏感
可见，当电源频率1、转速或转差率s一定时，
交流调压调速的基本结论
• 2）调压调速更适合于风机泵类负载－转子电流随转速的
下降不明显上升，有时还会下降（调速范围比较宽）
由公式(1-17)可得：
稳态运行时：
• U1
n
s
I
' r
T TL
2 pf
3n p
Te
s Rr'
kn 2 kn02 (1 s )2
I
' r
(1 s )
(1 s )
s
•
• •
Temax
3 2
npU
2 s
1 Rs
1
•
1
Rs2 12 (Lls L'lr ) 2
（1-22）
b
01
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特
性
5
1.2 异步电动机的机械特性
• 注意：
（1）设计电动机时通常把额定转矩Ten确定为
1 2
Temax左右,
定义最大转矩Temax与额定转矩Ten之比为
图1-8 异步电动机在不同电压下的机械特性
9
1.2 异步电动机的机械特性
带恒转矩负载TL时，可 得不同的稳定转速，如图2-1 中的A，B，C点。由于普通 异步电动机工作段转差率S 很小，因此对恒转矩负载来 说，调速范围很小。但是，
n n0
sm
恒转矩负载特性
A
D
CB
E
0.5UsN
风机类负载特性
0.7UsN
ns
（3）在机械特性曲线上，转速 n0 0
a
为零时所对应的起始转矩为Tq， sm 且s=1，此点对应着电机刚开始
启动的状态，此时启动电流很
大，可达电机额定电流的4~7倍，0 1
b
但启动转矩却不大。
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特性
7
1.2 异步电动机的机械特性
二、调压时的人为机械特性
R
' r
s Rr'
必有最大值
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交流调压调速的基本结论
dI
' r
ds
K2 Rr'
(1
s)
1 2
1 s
s 0
Ir‘
I‘r=f(s
)
解上式，得s＝1/3。
当s<1/3时，转子和定子电流仍 随速度的降低而增大，其电 流增大程度比恒转矩负载条
0
1s
图1-11 风机泵类负载时转子电流变化曲线
件下小得多； 调（降）压调速更适用
的电阻值，这样的电机在变电压时的机械特性绘于图1-
10。
s,n 0
n0
恒转矩负载特性 A
B
0.5UsN C
UsN
显然，带恒转矩 负载时的变压调 速范围增大了， 堵转工作也不致
0.7UsN
烧坏电机，这种 电机又称作交流
1
力矩电机。
0 TL
Te
图1-10 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
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在不同电压下的机械特性