变频调速的基本控制方式

异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为

式中 n₁——同步转速（r/min）；

f₁——定子频率（Hz）；

n_p——磁极对数。

而异步电动机的轴转速为

式中 s——异步电动机的转差率，s=（n₁-n）/n₁。

改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。

对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降；磁通太强，则处于过励磁状态，使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电动机不过热，负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通（主磁通）是定、转子合成磁动势产生的，下面说明怎样才能使气隙磁通保持恒定。简单地说，变频器必须实现频率电压的协调控制，即实现VVVF控制。

由电机理论知道，三相异步电动机定子每相电动势的有效值为

E₁=4.44f₁N₁Φ_m

式中 E₁——定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值（V）；

f₁——定子频率（Hz）；

N₁——定子相绕组有效匝数；

Φ_m——每极磁通量（Wb）。

由上式可见，Φ_m的值是由E₁和f₁共同决定的，对E₁和f₁进行适当的控制，就可以使气隙磁通Φ_m保持额定值不变。下面分两种情况说明：(www.xing528.com)

1.基频以下的恒磁通变频调速 这是考虑从基频（电动机额定频率f_1N）向下调速的情况。为了保持电动机的负载能力，应保持气隙主磁通Φ_m不变，这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势，保持E₁/f₁=常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制。这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。

但是，E₁难于直接检测和直接控制。当E₁和f₁的值较高时，定子的漏阻抗压降相对比较小，如忽略不计，则可以近似地保持定子相电压U₁和频率f₁的比值为常数，即认为U₁=E₁，保持U₁/f₁=常数即可。这就是恒压频比控制方式，是近似的恒磁通控制。

图2-4 U/f关系

1—U₁/f₁=C 2—近似E₁/f₁=C

当频率较低时，U₁和E₁都变小，定子漏阻抗压降（主要是定子电阻压降）不能再忽略。这种情况下，可以人为地适当提高定子电压以补偿定子电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。如图2-4所示，其中1为U₁/f₁=C时的电压、频率关系，2为有电压补偿时(近似的E₁/J₁=C)的电压、频率关系。实际装置中U₁与f₁的函数关系并不简单的如曲线2所示。通用变频器巾U₁与f₁之间的函数关系有很多种，可以根据负载性质和运行状况加以选择。

2．基频以上的弱磁变频调速这是考虑由基频开始向上调速的情况。频率由额定值f_1N向上增大，但电压U₁受额定电压U_1N。的限制不能再升高，只能保持U．=U_1N不变。必然会使主磁通随着f₁的上升而减小，相当于直流电动机弱磁调速的情况，属于近似的恒功率调速方式。

图2-5 异步电动机变频调速时的控制特性

综合上述两种情况，异步电动机变频调速的基本控制方式如图2-5所示。

由上面的讨论可知，异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频装置获得电压频率均可调节的供电电源，实现所谓的VVVF（Variable Voltage Variable Freqency）调速控制。通用变频器可适应这种异步电动机变频调速的基本要求。

用VVVF变频器对异步电动机进行变频控制时的机械特性如图2-6所示。图2-6a表示在U₁/f₁=C的条件下得到的机械特性。在低速区由于定子电阻压降的影响使机械特性向左移动，这是由于主磁通减小的缘故。图2-6b表示采用了定子电压补偿时的机械特性。图2-6c则示出了端电压补偿的U₁与f₁之间的函数关系。

图2-6 异步电动机变频调速的机械特性

a）U₁/f₁=C b）E₁/f₁=C c）U₁与f₁间的关系