T e3n 1 p• R sr' 2E g 2 1 2L 'lr2•R sr' 3np E 1 g 2R r'2 s（s1 2 R 6r'1 -21L 2'l2 r）
但是，对比式（6-4）和式（6-12）可以看出，
恒 Eg /1 特性分母中含 s 项的参数要小于恒 Us /1 特性中的同类项，也就是说， s 值要更大一
1. 基频以下调速 E g4.44f1N skN SΦ m
由式（6-1）可知，要保持 m 不变，当 频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时 降低 Eg ，使
E g 常值 f1
（6-2）
即采用恒值电动势频率比的控制方式。
6.1 变压变频调速的基本控制方式
• 恒压频比的控制方式
然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的， 当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻 抗压降，而认为定子相电压 Us ≈ Eg，则得
笼型异步电动机变压变频调速系统
笼型异步电动机结构
本章提要
• 变压变频调速的基本控制方式 • 异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 • *电力电子变压变频器的主要类型 • 变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术 • 基于异步电动机稳态模型的变压变频调速 • 异步电动机的动态数学模型和坐标变换 • 基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统 • 基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系
在第6-1节中已经指出，为了近似地保持气隙 磁通不变，以便充分利用电机铁心，发挥电机产 生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。 这时，同步转速自然要随频率变化。
n0
601 2 np
（6-7）
带负载时的转速降落为
nsn0
60
2np
s1
（6-8）
在式（6-5）所表示的机械特性近似直线段上，
可以导出
当 s很为小以时上，两转段矩近
的中间似数与值s成时正，比机，
械特性机从械直特线性段T逐e = f
渐过渡（到s）双是曲一线段段直，
如线图所示。
0 1
Temax
Te
图6-3 恒压恒频时异步电机的机械特性
6.2.2 基频以下电压-频率协调控制时 的机械特性
T e3 n p U 1 s 2(sR sR r')2 ss1 2 R r'1 2(L lsL 'lr)2 （6-4）
s1
R
' r
T
e
2
3np
Us
1
Te
3np
U1s
2
s1
Rr'
s
（6-9）
当• 机Us械/特1 为性恒曲值线时， Tesmax
对 s因1于而当所是同转不基一矩n同本也最 是转增的不是大 随矩大是变基转 着到，T的e本矩 的，，Te1m降anx
132np3nU pR1sr'U2T R e1s1s2
1
2
R1s (LlsL'lr)2
不变最的大。值低这以而就后减是，小说的，。频 在恒转压速频再率比降很的低低条，时件，Tne0mN ax
1 N11 12 13
1N
下 机改械特了变特性。频性就而太 的率基且折小 带本回频1将 载上来 率时限 能是，制力电，n 0机采1
11
平行越下低移时用，最定如大子图转压6-4降补偿，
由式（6-4）机械特性方程式可以看出，对于 同一组转矩 Te 和转速 n（或转差率s）的要求，电
压 Us 和频率 1 可以有多种配合。 在 Us 和 1 的不同配合下机械特性也是不一样
的，因此可以有不同方式的电压－频率协调控制。
6.2.2 基频以下电压-频率协调控制时 的机械特性
1. 恒压频比控制（ Us /1 ）
代入电磁转矩关系式，得
T e3n 1 p• R sr' 2E g 2 1 2L 'lr2•R sr' 3np E 1 g 2R r'2 s（s1 2 R 6r'1 -21L 2'l2 r）
• 性能比较
T e3 n p U 1 s 2(sR sR r')2 ss1 2 R r'1 2(L lsL 'lr)2 （6-4）
补偿 定子
所示矩。值它越适们小当和，地直提流高电n02压
12
压降
他 时励的情电况机U载变基s，能压本可力相调以似速增。强n03带
13
后的 特性
O T
图6-4 恒压频比控制时变频调速的机械特性
6.2.2 基频以下电压-频率协调控制时 的机械特性
2. 恒 Eg /1 控制 E g4.44f1N skN SΦ m
Us 常值 f1
（6-3）
这是恒压频比的控制方式。
6.1 变压变频调速的基本控制方式• 带压降补偿的恒压频 Nhomakorabea控制特性
Us
Us 常值
f1
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N f 1
图6-1 恒压频比控制特性
但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小， 定子阻抗压降所 占的份量就比较 显著，不再能忽 略。这时，需要 人为地把电压 Us 抬高一些，以便 近似地补偿定子 压降。
如果在电压－频率协调控制中，恰当地 提高电压 Us 的数值，使它在克服定子阻
抗压降以后，能维持 Eg /1 为恒值（基频
以下），则由式（6-1）可知，无论频率 高低，每极磁通 m 均为常值。
6.2.2 基频以下电压当-频s率接协近于调1控时，制可时忽 T由当（则e 等s6很-31效n2小）p电I时r'分路E，1g母可可中2以忽Rss含R看r' 略r'1出2Es式g项的s，1机2L'lr械2 特T略Rer'式性23（项np，6-E则1g12）2（s分6R1母-rL'1'l12中r）的1s
的时进控展制。。
高速国产数控钻机及控
制系统
交流调速系统概述
视频2
特大容量、极高转速的交流调卷速扬机
• 直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超 过106 kW ·r /min，超过这一数值时，其设计与制 造就非常困难了。交流电机没有换向器，不受这 种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，如厚 板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动， 如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。
统
6.1 变压变频调速的基本控制方式
在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素 是：希望保持电机中每极磁通量 m 为额定值不变。 如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种 浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而 导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏 电机。
6.1 变压变频调速的基本控制方式
• 直到20世纪60~70年代，随着电力电子技术 的发展，使得采用电力电子变换器的交流 拖动系统得以实现，特别是大规模集成电 路和计算机控制的出现，高性能交流调速 系统便应运而生，一直被认为是天经地义 的交直流拖动按调速性能分工的格局终于 被打破了。
交流调速系统概述
• 由于直流电机具有电刷和换相器，因而必 须经常检查维修、换向火花使直流电机的 应用环境受到限制、以及换向能力限制了 直流电机的容量和速度等缺点日益突出起 来，因此交流拖动控制系统已经成为当前 电力拖动控制的主要发展方向。
交流调速系统概述
•高性能的交流调速系统和伺服系统
• 2许0世多纪在7工0年艺代上初需发要明调了速矢的量生控产制机技械术过，去或多用直流
称交磁就从拖低如但难磁流分可而果是动廉以场 电 量 以 使改，，、像其 控 速 伺， 获定 机 交成 由鉴 工 直后 制 系 服用向 的 流得流于 作交 于， 等 统 系来控 定 电和可电交流 交又 方 统媲分制 子 机直靠流机拖 流陆法。美别技 电 的流电、那动电续，的控术流调电样机维，机提形高制，分速机比通护显原出成性电通解技相直方过然理了能了机过成术仿流便电能上交直一的取坐转的枢电、够的流接系视转得标矩高电机惯带原转调列频矩了变分动流结量来因矩速可1和换量态突施构 小不，控系以磁性破， 和行简、 少其制统和通能性把 励灵单效 的 电、和直，，活、 率 效 磁解交流的成高 益 转耦流调实。 矩本 ，
交流调速系统概述
• 应用领域：
一般性能的节能调速 高性能的交流调速系统和伺服系统 特大容量、极高转速的交流调速
交流调速系统概述
一般性能的节能调速：
• 在过去大量的所谓“不变速交流拖动”中，风机、 水如泵果等换通成用交机流械调的速容系量统几，乎把占消工耗业在电挡力板拖和动阀总门容上 量的的能一量半节以省上下，来其，中每有台不风少机场、合水并泵不平是均不都需可要以调节 速约，20只%是~因30为%过以去上的的交电流能拖，动效本果身是不很能可调观速的，。不 得但不风依机赖、挡水板泵和的阀调门速来范调围节和送对风动和态供快水速的性流的量要，求 因都而不把高许，多只电需能要白一白般地的浪调费速了性。能。
• 对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢 反应有恰当的补偿， m 保持不变是很容易做到 的。
• 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转子磁势 合成产生，要保持磁通恒定就需要费一些周折了。
6.1 变压变频调速的基本控制方式
• 定子每相电动势
由式（6-1E ）g可 知4 ，.4 只4要f1 控N skN SΦ m （6-1）
恒功率调速
拖动原理，在基 速”。 频以下，磁通恒
Us
Φm
定时转矩也恒定，
属于“恒转矩调
速”性质
O
f1N
f1
图6-2 异步电机变压变频调速的控制特性
6.2 异步电动机电压－频率协调控制时 的机械特性
恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械 特性
基频以下电压-频率协调控制时的机械特性 基频以上恒压变频时的机械特性 恒流正弦波供电时的机械特性