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交流异步电动机变频调速原理

根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为：

60*f

n*(1s)（2-1-1）

p

式中：n一电动机转速/分钟，单位：r/min；

p一电动机磁极对数；

f一电源频率，单位：Hz；

s一转差率，0s1。

注：p是磁极对数，不是磁极数。

由式（2-1-1）知，影响电动机转速的因素有：电动机的磁极对数p，转差率s和电源

频率f。对于给定的电动机，磁极对数p一般是固定的；通常情况下，转差率s对于特定

负载来说是基本不变的，并且其可以调节的范围较小，加之转差率s不易被直接测量，调

节转差率来调速在工程上并未得到广泛应用。如果电源频率可以改变，那么通过改变电源频

率来实现交流异步电动机调速的方法应该是可行的，这就是所谓变频调速。

由电机学原理知，如忽略绕组间的互感、绕组的漏感及空间电磁谐波，交流异步电动机

的相等效稳态电路如图2-1。

图2-1交流异步电动机的相等效稳态电路

由戴维南定理，图2-1-1电压平衡方程式为：

U=E+I*r（2-1-2）

式中：U一相电压；

E一定子绕组的感应电动势；

I一定子绕组的相电流；

r一定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和。

交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果，其

有效值计算如下：

E=K*f*Φ（2-1-3）

式中：Ｋ一与电动机结构有关的常数；

ｆ一电源频率；

Φ一磁通量。

由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部

分消耗在电阻r（定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和）上。其中定

子绕组的相电流I由两部分构成：

III（2-1-4）

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电机的定子电流有一小部分I用于建立磁场的主磁通，其余大部分I用于产生拖动负

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载的电磁力。

由式（2-1-1）知，调整电源频率f时，可以调节速度n。当电源频率f下降时，由式（2-1-3）

知，感应电动势随之比例减小；在相电压U保持不变的情况下，由式（2-1-2）知，定子绕

组的相电流I相应增大。在很多情况下，电机的负载是基本恒定的，因此用于产生电磁力的

电流I是基本不变的，于是I将增大；I的增大将直接导致主磁通的增大。由式（2-1-3），

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主磁通的增大，将引起感应电动势Ｅ比例增大；由式（2-1-2），感应电动势Ｅ的增大将使定

子电流I减小。不难理解，通过这样的负反馈，电机将最终稳定在一个新的工作点。

这样的控制方法看起来似乎没有问题。但实际情况是主磁通容量上限与电机的铁芯有关。

电机的铁芯受制于重量、体积、成本等因素的考虑，不可能做的很大。对于电机设计来说，

设计目标之一就是：当电机处于额定工作状态下时，主磁通接近容量上限。上述的变频调速

方法工作在额定频率以下时，将会导致铁心磁饱和，引起电流波形畸变，有效力矩下降；严

重时，将导致电机发热过快，振动和噪音加大；工作在额定频率以上时，铁心处于弱磁状态，

电磁力矩不足，电机的机械特性变软（转差率s变大），带载能力下降。

结论：通过只调节电源频率来调节速度的方法不可取。

既然不可取的原因是因为铁心磁饱和。那么在调节电源频率的同时，通过某种处理使电

机的磁通量保持恒定。

由式（2-1-3）知：