异步电动机和直流电动机调速原理和特性分析机械二班 王松电机调速系统的发展实际上是依赖于微电子学、电力电 子技术、计算机控制、现代控制理论和逆变技术的发展以及 交流电动机制造技术的发展的。智能控制理论的应用和电力 电子器件技术、计算机控制技术的迅速更新是推动电机调速 系统不断进步的动力。电机调速是目前电力电子技术应用的 最大领域之一,具有极强的吸引力 ,同时也具有较强的挑战 性。它的市场庞大,据报道,全球大约有 100 亿以上各种电机 在工作。2006 年我国空调的产量已经达到 5500 万台,仅此一 项说明市场已非常庞大 ;另外,其应用领域极其广泛,如数控 机床、电梯、电力机车、家用电器、汽车、航空航天、船舶、 造纸和纺织行业等等。本篇短论文将结合实例，概述异步电 动机和直流电动机调速原理和特性，若有不正确和值得完善 之处，感谢老师批评指正。单相异步电动机的调速原理及特性单相异步电动机有变极调速，变频调速，调压调速三种 方法，下面只论述变频调速。变频调速主要依赖变频器进行 调速，变频器的主要任务就是把恒压恒频(Constant Voltage Constant Frequency, CVCF) 的 交 流 电转换成变 压 变 频 (Variable Volt age Variable Frequency, VVVF)的交流电， 以满足交流电动机变频调速的需要。从结构上分，变频器可 以分为交交变频器和交直交变频器。交交变频器是 将恒压恒频的交流电一次变换成调压调频的交流电，它由三 组可逆整流器组成，当输入信号是一组频率和幅值均可调的 三相正弦信号时，则变频器输出三相交流电，在这种变频器 供电下，电动机的输出转矩脉动小，损耗小，但是其最高输 出频率有限。交直交变频器是将恒压恒频的交流电通过 整流电路变换成直流，然后再经逆变器将直流变换成调压调 频的交流电。这种变频器虽然多了一个中间直流环节，但输 出交流电的频率可高于电网频率。这种控制方式中调压与调 频分别在两个环节上进行，现在普遍采用不可控整流器整流 用 PWM 逆变器同时调压调频的交直交变频器。三相异步电动机的调速原理及特性 三相异步电动机的调速，就是人为的改变电动机的转速 以满足生产机械的需要。三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变 转差率调速。其中变转差率调速包括绕线式电动机转子回路 串电阻调速、串级调速和调压调速。变极调速是通过改变定 子绕组的接线方式改变电动机的极数从而实现电动机转速 的变化,该方法属于有级调速变频调速是现代交流调速技术 的主要方向属于无级调速烧线式电动机转子回路串电阻调 速方法简单、易于实现但调速是有级的不平滑转速稳定性差 效率低;串级调速完全克服了转子回路串电阻调速的缺点但 设备要复杂得多;降压调速主要用于泵类及风机类负载调速。 变极调速即通过改变三相异步电动机定子磁极对数调节 电动机转速的方法。改变定子绕组的磁极对数通常用改变定 子绕组的接线方式来实现。由于只有定子和转子具有相同的 极数时电动机才具有恒定的电磁转矩才能实现机电能量的 转换因此在改变定子极数的同时必须改变转子的极数因鼠 笼型电动机的转子磁极数能自动的根据定子磁极数改变所 以变极调速只适用于鼠笼式转子三相异步电动机。变频调速即通过改变电动机定子绕组电源频率实现调速 目的的方法。在实践生产中仅改变电源频率并不能得到满足 的调速特性在调节电源频率的同时也要调节电源电压使两 者的比值相等这样才能使电动机保持一个良好的运行特性 实现三相异步电动机的变频调速关键是要有一套能同时改 变电源电压及频率的供电装置河以将电压和频率固定不变 的工频交流电转变成电压和频率可变的交流电 ,该装置称为 变频器。变转差率调速即即通过改变三相异步电动机转差率实现 调速目的的方法。绕线式电动机转子回路串电阻调速 :电动 机转子回路串电阻后电流下降惠磁转矩降低因负载不变使 电动机减速这时旋转磁场切割转子绕组的速度增加使转子 电流增加,电动机电磁转矩增大与负载转矩相等于是电动机 会稳定在该转速运行从而达到调速的目的。绕线式转子电动 机串级调速在电动机转子回路不串入电阻而是串接一个与 转子电动势同频率的附加电动势以代替因串入电阻消耗的 转差功率。调压调速即通过改变电动机定子绕组电压调节电 动机转速的方法。电压降低使电动机每极磁通量减小 ,电动 机电磁转矩减小因负载不变使电动机减速这时旋转磁场切 割转子绕组的速度增加使转子电流增加 ,电动机电磁转矩增 大与负载转矩相等于是电动机会稳定在该转速运行从而达 到调速的目的。因三相异步电动机的电磁转矩与定子绕组端 电压的平方成正比例关系降压的同时电动机输出转矩也大 大降低所以该方法只适用于轻载或泵类及风机类负载调速。直流电动机调速原理及特性分析 直流电动机的调速方法可以分为改变电枢回路电阻调 速，改变磁通调速，改变电枢端电压调速。在直流调速系统中，电机的特性和调速方法会直接影响 系统的性能，因而选取适当的调速方法尤其重要。下面介绍 了电机的结构特点和工作原理，以及直流电机的调速原理和 调速方法。工作原理：输入或者输出直流电能的旋转机叫直流电机 当把它作为电动机运作时我们称之为直流电动机。直流电动 机根据不同的分类方式其种类也不同：按励磁方式，直流电 动电机分为永磁和电磁两种；按电枢绕组和励磁绕组的连接 方式，直流动机电机分为并励、串励、复励直流电机。直流电机主要是由定子、转子、电刷和换向器组成，其模型如图 所示。N电刷Bl揀向片电枢旣芯其中定子、转子、电刷和换向器介绍如下：（1）定子产生恒定磁场的永磁体。根据定子产生磁场 的方式，可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁材料制 成，他激式磁极由冲压硅钢片，叠压而成，外绕线圈通以直 流电流便产生恒定磁场。定子主要是由主磁极和换向极组成 其主磁极作用是产生主磁场，其磁极分别为N和S。换向 极：换向极是安装在两相邻主磁极之间的一个小磁极，它的 作用是改善直流电机的换向情况，使电机运行时不产生有害 的火花。（2）转子是由硅钢片制成，在其表面嵌有线圈。当通 电时在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。它主 要由电枢绕组和电枢铁芯组成。电枢绕组主要是由一定数量 完全相同的线圈按一定的规律组成。电枢铁心是主磁路的组 成部分，嵌放电枢绕组。（3）电刷和换向片：电刷与外加直流电源相接，换向 片与电枢导体相接，电机产生的电磁转矩保持恒定方向，转 子能沿固定方向均匀的连续旋转。