交流異步電動機的變頻調速技術

摘要:近些年來，隨著經濟的發展以及科技的進步，電氣傳動領域的技術也得到了很大程度的革新。特別是交流異步電動機變頻調速技術的不斷發展以及完善，使得交流電動機調速系統的性能得到了很大的優化，并且被廣泛的應用到了社會生產的各個領域。本文通過對交流異步電動機的變頻調速技術原理以及方法的研究，在分析其發展現狀的基礎上介紹了變頻調速技術的具體應用。

關鍵詞:異步電動機;變頻調速;調速方式

中圖分類號:TP39 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 12-0023-02

電動機是進行工業、農業生產的一種重要工具，它能夠將電能轉變成為機械能從而滿足生產的需要，也因此被廣泛的運用到社會生產的各個領域。一般來講，電動機可以分為直流電機與交流電機，只是近年來隨著技術的發展以及直流電機固有的缺點，人們對交流電機的運用更為廣泛。但是交流電機相對直流電機來說在調速方面有著一些困難，所以變頻調速技術也就應用而生。隨著交流傳動電動機調速理論研究逐步突破以及調速裝置(主要為變頻器)性能的完善，交流電動機調速系統的缺點(性能較差)已經基本得到了克服。目前，交流調速系統的性能已經可以與直流系統相媲美，甚至可以超過直流系統。不僅使交流調速系統控制裝置體積小，效率高，而且還更容易實現各種功能復雜但在結構上簡單的控制方案，更加充實和推動了變頻器理論的進一步發展。

一、交流異步電動機的變頻調速技術概述

(一)交流異步電動機特點概述。交流異步電動機是在現今社會經濟條件下運用最為廣泛的一種動力機械，其承載著工業生產以及農業生產等重要的任務。但是作為一種機械設備，由于其特定的結構以及性能也有著屬于自身的使用特點，具體來講如下:

1.交流異步電動機使用優點。在電動機中主要有直流電動機與交流電動機，而交流異步電動機作為交流電動機的一種，具有自己明顯的運用優勢。首先，它具有簡單的結構，并且功能齊全，可靠性高;其次，在其內部，控制器可以自成系統，也就使得軟件功能完善靈活;再次，其控制功能全面精確，使用壽命長;最后，它在工作的過程中擁有著較高的工作效率，并且機器本身的重量也輕，通用性強，具有較低的運行成本。

2.交流異步電動機使用缺陷。雖然說，通過上面的分析我們可以看出交流異步電動機有著很多的運行優勢，但是不可避免的它還是有著自身的一些缺點。其中調速性能差是其主要的缺點。它不能夠像直流電動機一樣進行靈活簡單的調速，而是由于其工藝要求，需要一定的電動機調速上場合。所以，很多時候人們也往往因為交流異步電動機這樣的一個缺點，會選用直流電動機來進行作業，或者是運用新的技術，來讓交流異步電動機的運行能夠進行符合其工藝要求的調速。當然這時候，交流異步電動機變頻調速技術也就應用而生。

(二)交流異步電動機變頻調速技術概述。變頻調速技術是一種有效的交流異步電動機的調速技術，其是隨著變頻裝置的出現而慢慢的發展起來的。并且隨著電力電子技術以及微電子技術的不斷深入發展，其技術也得到了很大的幾進步，幾乎可以跟直流電機的調速技術相媲美。具體來講，變頻調速技術有著下面的一個特點。

1.變頻調速技術使用優點。在交流異步電動機中，使用變頻調速技術主要有下面的一些優勢:首先，變頻調速相對于普通調速具有平滑性好、效率高的優點，并且在電動機處于低速運動的時候，其穩定性也好;其次，在調速的過程中范圍比較大，并且使用時候的精確度也相對來說比較高;再次，在變頻調速中由于其在電機啟動的過程中所需要的電流比較低，所以具有比較明顯的節電效果;最后，整個變頻調速技術自動化程度高。

2.變頻調速技術使用缺陷。跟所有的調速技術一樣，雖然變頻調速技術有著很多的優點，但是不可避免的也會出現一些缺陷。首先，由于變頻調速技術的電流中含有很多的高次諧波，一方面會對電網造成污染，另一方面還能夠對電機造成損耗，使得電機發熱;其次，變頻調速技術需要專用的變頻電源，所以在造價方面就比較高，而且投資的回收期也相對來說比較長，技術復雜。

二、交流異步電動機變頻調速技術發展方向

在現今的社會中，隨著技術的不斷發展以及科技的進步，變頻調速技術也得到了長足的發展。作為變頻調速技術的承載者變頻器應該適應技術發展的趨勢，不斷的進行自身的完善，從而讓整個變頻調速技術更加現代化，更加靈活化。下面是變頻調速技術的發展方向:

(一)向網絡智能化發展。智能化是現金社會發展的一個主流方向，不管是小到手機等通訊工具還是大到電動機等機械設備，都在向網絡智能化的道路上行走。而變頻技術也應該適應這樣的一個發展，能夠免去那么多的設定，從而實現故障自我診斷以及部件的自動更換等等，并且在此基礎上不斷的延長變頻器的壽命。

(二)向專門化一體化發展。專門化的研究與制造能夠使得設備的性能更強，也能夠使得技術更加先進。所以對于交流異步電動機來說也應該走專門化的發展道路。專門就某個領域進行變頻器的研究，強化其性能，提高其技術。當然除此之外，還應該讓變頻器與電動機逐漸的一體化，讓變頻器成為電動機的一部分，從而更好的進行控制。

(三)向環保無公害的方向發展。近些年來，隨著人們對環境的越來越重視，各種機械設備也慢慢的在呼吁環保無公害。而交流異步電動機作為一種設備在其進行調速的過程中也應該考慮綠色環保，將噪聲以及電源諧波的污染將到最低。

三、交流異步電動機的變頻調速技術的應用

交流異步電動機被廣泛的應用到了電氣傳動之中，而在其的運用中對調速原理的理解就顯得十分重要，下面是交流異步電動機變頻調速的技術原理以及控制方法。

(一)交流異步電動機變頻調速原理。在了解交流異步電動機變頻調速技術原理之前，我們需要對交流異步電動機的轉速先做個大體的了解。因為交流異步電動機變頻調速技術的原理是從交流異步電動機的轉速方程中得出的。

1.交流異步電動機轉速方程。在交流異步電動機中，往往交流的調速是通過定子與轉子之間的產生的旋轉磁場而實現的，在定子與轉子進行旋轉的時候會產生感應電流，這個電流跟磁場相互發生作用，也就產生了電磁轉矩，使得電動機轉動起來，產生一定的轉速，也就是同步轉速。一般用n0來表示。其具體的轉速公式如下:

其中，f是交流電源的頻率，一般設定為50Hz，p則是磁極的對數，一般來講當p=1的時候，n0就為每分鐘3000轉;而當p=2的時候，則n0為每分鐘1500轉。通過公式我們可以看出，當磁極對數越多的時候，轉速也相應越慢，而轉子的實際轉速n一般都會比同步轉速n0慢一點，也就是所謂的異步電機，由此產生的差別會用s來表述，其公式如下:

由上面的兩個公式我們就可以得出交流異步電動機的轉速方程，也就是如下面所示:

2.交流異步電動機變頻調速技術原理。交流異步電動機變頻調速技術原理是通過交流異步電動機的轉速而實現的，也就是說在交流異步電動機中，電機的轉速n與電源的頻率f成正比，所以在進行電機異步頻率的改變中，可以通過調節輸入電源的頻率以及改變電機的同步轉速而實現，這也就是所謂的交流異步電動機變頻調速的原理。

(二)交流異步電動機變頻調速技術控制方法。在交流異步電動機變頻調速中最基本的控制方法則為 恒定控制。這種控制方法通過改變變頻器輸出電壓頻率與電壓幅值而實現調速，讓整個電機的頻率保持在穩定的狀態內，使得電機的效率以及功率保持恒定。并且在控制的方式上也會隨著運行頻率基頻的不同而控制狀況不同。具體來講，主要有下面的兩種控制調速狀況:

1.基頻以下的變頻調速。基頻以下的變頻調速又可以成為恒磁通變頻調速，這種調速是 比恒定調速在基頻以下的調速，所以當頻率較低的時候，定子的抗壓都不能夠被忽視，所以這種變頻后的機械的性能應該如下圖所示:

如圖所示，我們可以看出，當電機向低于額定轉速n0方向調速的時候，電機會保持原來的機械特征，并且轉矩也會隨著電機轉速的下降而減小，這就會讓電機的負載能力下降。這也是變頻調速的缺陷的一個反應。所以往往為了提高電機的負載能力，則使用 轉矩補償法，來增強交流電動機變頻調速的使用性能。

補償法是在電機頻率降低的時候，采用提高電壓的方法來使得磁通量保持恒定，從而讓電機的轉矩能夠得到回升，以此來提高電機的變頻調速使用性能。一般而言，進行補償后的電動機機械性能曲線圖如下所示:

2.基頻以上的變頻調速。交流異步電動機基頻以上的調速方式，屬于恒功率的調速方式，在進行變頻調速之后的機械的性能曲線圖如下所示:

我們可以看出，電動機在基頻以上進行調速的時候機械特性曲線工作段的斜率逐漸的增大，使得機械的特性變軟。使得機械在一個比較恒定的狀態下進行工作。

四、總結

通過以上對于交流異步電動機變頻調速技術的分析，我們可以看出這樣的一種變頻調速的控制方式雖然說給電動機的調速帶來了很大的方便，使得操作也變得簡單，但是在其控制的過程中還是存在著低速性能差的缺陷。所以，在進行交流異步電動機變頻調速中一定要加大對技術的研究，彌補這些缺憾，從而讓變頻調速技術變得更加完善。

參考文獻:

[1]劉玲.交流變頻調速技術的優勢與應用[J].電氣開關，2010，48(1)

[2]程林貴.交流變頻調速技術的應用及注意的問題[J].中國科技博覽，2010，33