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异步电机调速原理探讨

知识。

2电机调速方法

异步电机的调速使之当负载不变时，利用人工的方法改变转子转速，

一般异步电机调速方法有变极调速、变转差率调速、变频调速[1]。

异步电动机转速公式：

：定子磁场转速;：转差率;电源频率;：定子绕组极对数。

〔1〕变极调速。变极调速就是改变电动机定子绕组的极对数来调速。

如果电源的频率不变，只要改变定子绕组极对数，定子磁场转速和转子转

速也会随着改变。电机定子磁场转速与极对数成反比变化。变极调速常用

的方法是改变绕组的接法来获得多种极对数。

变极调速的异步电机转子一般为鼠笼式，因为鼠笼式转子的极对数能

随定子极对数改变而改变，转子的磁场极对数总是相等而产生平均电磁转

矩。

〔2〕变转差率调速。变转差率调速就是通过改变电机的转差率调速，

在转矩及负载恒定时，改变转差率有几种方法：

1〕在转子回路中串入电阻，电感，电容;2〕改变定子绕组端电压;3〕

在定子回路串入外加电阻或电抗。

这种方法在回路中接入附加电阻，会使电机效率降低，常用在小容量

电机中。

〔3〕变频调速。变频调速技术的根本原理是根据电机转速与工作电

源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率到达改变电机转

速的目的。变频调速范围宽，可以实现平滑调速，调速的静态精度高，动

态好，在节能方面也有优势，目前是公认的交流电机最理想的调速方式。

3地铁列车级位原理

地铁车辆由变频调速系统〔VVVF〕控制的逆变器中变频器〔VFD系统〕

连接电机，变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根

据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而到达节能、调速的目

的。

4控制原理

VFD控制器是一个固态电力电子转换系统，由三个不同的子系统组成：

整流桥转换器，直流链路和逆变器。在地铁应用中驱动器被配置为DC-AC

驱动器，直流电通过逆变器的主动开关元件转换为准正弦交流电压输出。

标量控制、矢量控制和直接转矩控制是变频驱动〔VFD〕控制的主要

方法，用于改变驱动器的电机电压和频率。如图1所示，VFD的树状分支

图。

〔1〕标量控制。目前较为简单的一类变频器是V/f控制〔简称标量

控制〕，它就是一种电压发生模式装置，对调频过程中的电压进行给定变

化模式调节，常见的有线性V/f控制〔用于恒转矩〕和平方V/f控制。标

量控制的弱点在于低频转矩不够、速度稳定性不好，矢量控制的变频器正

逐步进行推广。

〔2〕矢量控制。矢量控制，也称为磁场定向控制，其中三相交流电

动机的定子电流被识别为两个正交分量，可用向量。一个分量定义了电机

的磁通量，另一个分量定义了扭矩。变频器的控制系统根据变频器速度控

制给出的磁通和转矩参考计算相应的电流分量。磁场定向控制用于控制交

流同步电机和感应电机。由于磁场定向控制下电机尺寸、本钱和功耗的优

势，使得这种控制方式在普通电机上的应用越来越多，随着微处理器计算

能力的开展，逐步取代标量控制。有两种矢量控制方法，直接矢量控制

〔DFOC〕和间接矢量控制〔IFOC〕，IFOC更常用，因为在闭环模式下，

这些驱动器更容易在从零速到高速速度弱化。在DFOC，通量量值和角度

的反响信号被直接使用所谓的电压或电流模型计算。在IFOC中，通量空

间角前馈和通量幅度信号首先测量定子电流和转子速度，然后通过对与转

子速度相对应的转子角度和对应于滑差频率滑角的计算参考值求和来导出

适当的通量空间角度。在矢量控制中，交流感应电机或同步电机在所有工

作条件下均可控制，即交流电动机像一个直流电机的磁链和电枢磁链由各

自的字段和电枢电流垂直对齐，当转矩控制，磁链不受影响，因此可实现

动态转矩响应。有两种矢量控制方法，直接或反响矢量控制〔DFOC〕和间

接或前馈矢量控制〔IFOC〕，IFOC更常用，因为在闭环模式下，这种驱

动更容易在整个速度范围内运行，从零速度到高速磁场减弱。在DFOC中，

通过所谓的电压或电流模型直接计算通量大小和角度反响信号。在IFOC

中，通量空间角前馈和通量强度信号首先测量定子电流和转子速度，然后

通过与转子转速对应的转子角和与滑移频率相对应的滑移角的计算参考值，

得到相应的流量空间角。

〔3〕直接转矩控制。直接转矩控制〔DTC〕是一种用于变频器的方法，

用于控制三相交流电动机的转矩〔从而最终控制转速〕。这包括根据测得