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变频器 教案
课 题
电动机与电力拖动系统基础知识
授课班级
变频器培训班
授课时间
2015.5.11/2015.5.18
教学目标
异步电动机的结构、参数、运行原理、拖动特点、负载类型及其
工作特点
教学重点
异步电动机的运行原理，拖动特点
教学难点
异步电动机所拖动负载的工作特点
教学内容纲要 教法与说明
第一章
电动机与电力拖动系统基础知识
第一节 异步电动机的结构、参数以及运行原理
在变频调速拖动系统中，使用的电动机大多数是三相异步电动
机。
一、三相异步电动机结构及工作原理
1．结构
定子：定子铁心、定子绕组；
转子：转子铁心、转子绕组、转轴。
2．旋转磁场与转差率
（1）旋转磁场旋转磁场的产生；
旋转磁场转速（同步转速n1）：n1=60ƒ1/p
式中：n1——旋转磁场转速，又称为同步转速，单位为r/min；
ƒ1——电源的频率，单位为Hz；
p
——电动机的磁极对数。
n1的旋转方向与电源的相序相同；
（2）转差率s
根据转子结构不同电动机分为 笼型异步电动机：变频调速
中采用
线绕型异步电动机：变频调
速中较少采用
①转速差△n
△n =n1-n
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式中：n---转子的转速
n1---旋转磁场的转速
②转差率s
s=(n1-n)/n1
起动瞬间，n =0，s =1；额定转速运行时，s很小，约为0.02～
0.06；空载运行时，n略小于n1，s ≈0。
（3）转子转速n
n=(1-s)60ƒ1/p
总结影响转子转速n的因素及三相异步电动机的调速方式。
二．三相异步电动机的电磁特性
1.感应电动势E
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E1=4.44K1N1ƒ1Φm=U1+△U
式中: E1——定子绕组的感应电动势有效值
K1——定子绕组的绕组系数，K1<1
N1——定子每相绕组的匝数
ƒ
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——定子绕组感应电动势的频率，即电源的频率
Φ
m
——主磁通
可见：E1∝ƒ1Φm
将△U忽略，则E1≈U1∝ƒ1Φm
2.U1/ƒ1 =常数
异步电动机工作时一般要求其转矩恒定，因此要在额定电压、
额定频率以及额定磁通下进行设计。其主磁通Φm选在铁芯磁化曲
线的接近饱和处，其值基本不变。如ƒ1下降，U1不变，则Φm上
升进入磁化曲线的饱和区，引起工作电流大幅度增加，使电动机过
热损坏。如ƒ1上升，U1不变，则Φm下降，将使工作电流下降。
由于电流的下降，电动机的输出转矩不足。为了保持电动机的Φ
m
不变，必须使U1与ƒ1的比值保持恒定，即U1/ƒ1 =常数
转矩补偿：变频器在ƒ1很低时，U1也很低。此时定子绕组上的
电压降△U在电压U1中所占的比例增加，将使定子电流减小，从
而使Φm减小，这将引起低速时的输出转矩减小。可用提高U1来
补偿△U的影响，使E1/ƒ1不变，即Φm不变，这种控制方法称为
电压补偿，也称为转矩补偿。
三、三相异步电动机的机械特性 电动机的电磁转矩T与转子转速n之间的关系，称为电动机的机械特性，即n=ƒ（T） 如图所示。 通过图表进行分析
通过图表进行分析并
讲解
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下面讨论曲线上几个特殊的转矩：Tst、TN、TM
四、三相异步电动机的调速方法
1．变极调速：属有级调速，调速级数很少。只适用于特制的
笼型异步电动机，这种电动机结构复杂，成本高。
2．变转差率调速：变转差率调速一般适用于线绕型异步电动
机或滑差电动机。具体的实现方法有转子串电阻的串级调速、调压
调速、电磁转差离合器调速等等。但随着s的增大，电动机的机械
特性会变软，效率降低。
3．变频调速：变频调速具有调速范围宽，调速平滑性好，调
速前后的不改变机械特性硬度，调速的动态特性好等特点。其机械
特性如图1-3所示。
图中的机械特性可分成两种情况
⑴ 基频以下的恒磁通（转矩）变频调速
基频：指电动机的额定频率。在基频以下调速时，采用U/ƒ控
制方式以保持主磁通Φm的恒定。且此过程中，TM恒定，电动机带
动负载的能力不变，转速差△n基本不变，所以调速后的机械特性
平行地移动，电动机的输出转矩不变，属于恒转矩调速。
当ƒ1较低时，电动机的带动负载能力会变小，可采用电压（转
矩）补偿方法来提高电动机带动负载的能力，其机械特性曲线如下
图虚线所示。
⑵ 基频以上的弱磁（恒功率）变频调速
由于电动机不能超过额定电压运行，所以频率由额定值向上升
高时，定子电压不可能随之升高，只能保持在额定值不变。这样必
然会使Φm随着ƒ1的升高而下降，类似于直流电动机的弱磁调速。
由于TM∝（U1/ƒ1）2，保持U1恒定时，TM随着ƒ1的升高而下降，
因此电动机的带负载能力减小；随着ƒ1的升高，Φm下降，电磁转
矩T下降，而转速上升，属于近似恒功率调速。
运用归纳法进行讲解
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第二节 三相异步电动机的起动和制动
一、起动
1.要求： 有不太大的起动电流
足够大的起动转矩
动态转矩△T很小
但实际情况恰恰相反
2．起动方法： 直接起动：起动电流大，约为IN的4~7仅适
用于小容量的电动机；
降压起动： 自耦变压器降压起动；
串电阻或电抗器降压起动；
Y-△降压起动；
低频起动：降低电动机的起动频
率。
3. 低频起动的优点：转速差△n被限制在一定的范围，起动
电流也被限制在一定范围内，动态转矩△T很小，起动过程平稳。
二、制动
电动机的制动状态是指电磁转矩T与转子转速n方向相反的状
态。
制动方式： 直流制动：又称能耗制动，制动目的是使电动机
停止转动，可用于变频调速系统；
回馈制动：又称再生制动，制动目的是使电动机
稳速运行，可用于变频调速系统；
反接制动：可使电动机快速停车，通常不用于变
频调速系统；
第三节 负载的类型及工作特点
负载特性包括恒转矩负载和恒功率负载。
1、恒转矩负载
是指那些负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，而和转速
的大小无关的负载。
（
1）转矩特点
在调速过程中，负载的阻转矩保持不变，既有恒转矩的特点。在这
里要注意：这里所说的转矩的大小是否变化，是相对于转速变化而
言的，不能和负载轻重发生变化时，转矩大小的变化相混淆。或者
说，恒转矩的特点是：负载转矩的大小，仅仅取决于负载的轻重，
而和转速大小无关，拿带式输送机来说，当传输带上的物品较多时，
运用举例法进行讲解
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不论转速有多大，负载转矩都较大；而当传输带上的物品较少时，
也不论转速有多大，负载转矩都较小。
（2）功率特点
根据负载的机械功率和转矩之间的关系有：负载功率与转速成正
比。
2、恒功率负载
恒功率负载是指负载转矩的大小与转速成反比，而其
功率基本维持不变的负载。各种薄膜的卷取机械就是恒功
率负载的典型例子之一。
（1）功率特点
薄膜在卷取过程中，要求被卷物的张力必须保持恒定，
其基本手段是使线速度保持恒定。所以，在不同的转速下，
负载的功率基本恒定，即负载功率的大小与转速的高低无
关。
同样需要说明的是：这里所说的恒功率，是指在转速
变化的过程中，功率基本不变，不能和负载的轻重变化相
混淆。就卷取机械而言，当被卷物的材质不同时，所要求
的张力和线速度是不一样的，其卷取功率的大小也就不相
等。
（2）转矩特点
随着卷取物不断地卷绕到卷取棍上，卷取半径会越来
越大，负载转矩也会随之增大。另一方面，由于要求线速
度保持恒定，故随着卷取半径会不断增大，转速必将不断
减小。
负载阻转矩的大小取决于卷取物的张力和卷取物的卷
取半径。负载的机械功率和转矩、转速之间的关系是：负
载阻转矩的大小与转速成反比。
教学
反思
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作业
布置