电机转矩、功率、转速、电压、电流之间的关系及计算公式.doc

1、电 机 转 矩 、 功 率 、 转 速 之 间 的 关 系 及 计 算 公 式电 动 机 输 出 转 矩 ：使 机 械 元 件 转 动 的 力 矩 称 为 转 动 力 矩 ， 简 称 转 矩 。 机 械 元 件 在 转 矩 作 用 下 都 会 产 生一 定 程 度 的 扭 转 变 形 ， 故 转 矩 有 时 又 称 为 扭 矩 。转 矩 与 功 率 及 转 速 的 关 系 ： 转 矩 (T)=9550*功 率 (P)/转 速 (n) 即 :T=9550P/n公 式 【 1】由 此 可 推 导 出 ：转 矩 =9550*功 率 /转 速 功 率 =转 速 *转 矩 /9550， 即 P=Tn/9

2、550公 式 【 2】方 程 式 中 ：P功 率 的 单 位 （ kW） ；n转 速 的 单 位 （ r/min)；T转 矩 的 单 位 （ N.m） ；9550 是 计 算 系 数 。电 机 扭 矩 计 算 公 式 T=9550P/n 是 如 何 计 算 的 呢 ？分 析 ：功 率 =力 *速 度 即 P=F*V-公 式 【 3】转 矩 (T)=扭 力 (F)*作 用 半 径 (R) 推 出 F=T/R-公 式 【 4】线 速 度 (V)=2 R*每 秒 转 速 (n 秒 )=2 R*每 分 转 速 (n 分 )/60= R*n 分 /30-公 式 【 5】将 公 式 【 4】 、 【 5】

3、 代 入 公 式 【 3】 得 ：P=F*V=T/R* R*n 分 /30 = /30*T*n 分-P=功 率 单 位 W， T=转 矩 单 位 N.m， n 分 =每 分 钟 转 速 单 位 转 /分 钟如 果 将 P 的 单 位 换 成 KW， 那 么 就 是 如 下 公 式 ：P*1000= /30*T*n30000/ *P=T*n30000/3.1415926*P=T*n9549.297*P=T*n这 就 是 为 什 么 会 有 功 率 和 转 矩 *转 速 之 间 有 个 9550 的 系 数 关 系 。 。 。电 动 机 转 矩 、 转 速 、 电 压 、 电 流 之 间 的 关

4、系由 于 电 功 率 P=电 压 U*电 流 I， 即 P=UI公 式 【 6】由 于 公 式 【 2】 中 的 功 率 P 的 单 位 为 kw， 而 电 压 U 的 单 位 是 V， 电 流 I 的 单 位 是 A， 而 UI 乘积 的 单 位 是 V.A， 即 w， 所 以 将 公 式 【 6】 代 入 到 公 式 【 2】 中 时 ， UI 需 要 除 以 1000 以 统 一单 位 。则 ：P=Tn/9550=UI/1000公 式 【 7】 Tn/9.55=UI公 式 【 8】 T=9.55UI/n公 式 【 9】 U=Tn/9.55I公 式 【 10】 I=9.55U/Tn公 式

5、【 11】方 程 式 【 7】 、 【 8】 、 【 9】 、 【 10】 、 【 11】 中 ：P功 率 的 单 位 （ kW） ；n转 速 的 单 位 （ r/min)；T转 矩 的 单 位 （ N.m） ；U电 压 的 单 位 （ V） ；I电 流 的 单 位 （ A） ；9.55 是 95001000 之 后 的 值 。转 矩 的 类 型转 矩 可 分 为 静 态 转 矩 和 动 态 转 矩 。 静 态 转 矩静 态 转 矩 是 值 不 随 时 间 延 长 而 变 化 或 变 化 很 小 、 很 缓 慢 的 转 矩 ， 包 括 静 止 转 矩 、 恒 定 转矩 、 缓 变 转 矩 和

6、微 脉 动 转 矩 。 静 止 转 矩 的 值 为 常 数 ， 传 动 轴 不 旋 转 ；恒 定 转 矩 的 值 为 常 数 ， 但 传 动 轴 以 匀 速 旋 转 ， 如 电 机 稳 定 工 作 时 的 转 矩 ；缓 变 转 矩 的 值 随 时 间 延 长 而 缓 慢 变 化 ， 但 在 短 时 间 内 可 认 为 转 矩 值 是 不 变 的 ；微 脉 动 转 矩 的 瞬 时 值 有 幅 度 不 大 的 脉 动 变 化 。 动 态 转 矩动 态 转 矩 是 值 随 时 间 延 长 而 变 化 很 大 的 转 矩 ， 包 括 振 动 转 矩 、 过 渡 转 矩 和 随 机 转 矩 三 种 。振

7、 动 转 矩 的 值 是 周 期 性 波 动 的 ；过 渡 转 矩 是 机 械 从 一 种 工 况 转 换 到 另 一 种 工 况 时 的 转 矩 变 化过 程 ； 随 机 转 矩 是 一 种 不 确 定 的 、 变 化 无 规 律 的 转 矩 。选 择 电 动 机 时 ， 如 何 选 择 功 率 与 转 矩 ？电 动 机 的 功 率 ， 应 根 据 生 产 机 械 所 需 要 的 功 率 来 选 择 ， 尽 量 使 电 动 机 在 额 定 负 载 下运 行 。 选 择 时 应 注 意 以 下 两 点 ： 如 果 电 动 机 功 率 选 得 过 小 就 会 出 现 “小 马 拉 大 车 ”现

8、象 ， 造 成 电 动 机 长 期 过载 使 其 绝 缘 因 发 热 而 损 坏 甚 至 电 动 机 被 烧 毁 。 如 果 电 动 机 功 率 选 得 过 大 就 会 出 现 “大 马 拉 小 车 ”现 象 其 输 出 机 械 功 率 不能 得 到 充 分 利 用 ， 功 率 因 数 和 效 率 都 不 高 ， 不 但 对 用 户 和 电 网 不 利 。 而 且 还 会 造 成电 能 浪 费 。要 正 确 选 择 电 动 机 的 功 率 ， 必 须 经 过 以 下 计 算 或 比 较 ：P=F*V/1000(P=计 算 功 率 KW， F=所 需 拉 力 N， 工 作 机 线 速 度 M/S

9、)对 于 恒 定 负 载 连 续 工 作 方 式 ， 可 按 下 式 计 算 所 需 电 动 机 的 功 率 ：P1(kw)： P=P/n1n2式 中 n1 为 生 产 机 械 的 效 率 ； n2 为 电 动 机 的 效 率 ， 即 传 动 效 率 。按 上 式 求 出 的 功 率 P1， 不 一 定 与 产 品 功 率 相 同 。 因 此 所 选 电 动 机 的 额 定 功 率 应 等于 或 稍 大 于 计 算 所 得 的 功 率 。此 外 最 常 用 的 是 类 比 法 来 选 择 电 动 机 的 功 率 。 所 谓 类 比 法 。 就 是 与 类 似 生 产 机 械所 用 电 动 机

10、的 功 率 进 行 对 比 。具 体 做 法 是 ： 了 解 本 单 位 或 附 近 其 他 单 位 的 类 似 生 产 机 械 使 用 多 大 功 率 的 电 动 机 ，然 后 选 用 相 近 功 率 的 电 动 机 进 行 试 车 。 试 车 的 目 的 是 验 证 所 选 电 动 机 与 生 产 机 械 是否 匹 配 。验 证 的 方 法 是 ： 使 电 动 机 带 动 生 产 机 械 运 转 ， 用 钳 形 电 流 表 测 量 电 动 机 的 工 作 电 流 ，将 测 得 的 电 流 与 该 电 动 机 铭 牌 上 标 出 的 额 定 电 流 进 行 对 比 。 如 果 电 功 机 的

11、 实 际 工 作电 流 与 铭 脾 上 标 出 的 额 定 电 流 上 下 相 差 不 大 则 表 明 所 选 电 动 机 的 功 率合 适 。 如 果 电 动 机 的 实 际 工 作 电 流 比 铭 牌 上 标 出 的 额 定 电 流 低 70 左 右 则 表 明电 动 机 的 功 率 选 得 过 大 ， 应 调 换 功 率 较 小 的 电 动 机 。 如 果 测 得 的 电 动 机 工 作 电 流 比铭 牌 上 标 出 的 额 定 电 流 大 40 以 上 则 表 明 电 动 机 的 功 率 选 得 过 小 ， 应 调 换 功 率较 大 的 电 动 机 。适 用 于 伺 服 电 机 额 定

12、 功 率 、 额 定 转 速 和 额 定 转 矩 之 间 的 关 系 互 导 ， 但 实 际 的 额 定 转矩 值 应 该 是 实 际 测 量 出 来 为 准 ， 因 为 有 能 量 转 换 效 率 问 题 ， 基 本 数 值 大 体 一 致 ， 会有 细 微 减 小 。 。 。追 问 ：如 果 我 是 用 无 极 调 速 的 呢 ？就 电 机 输 出 功 率 与 转 矩 而 言 ， 交 流 变 频 调 速 和 直 流 调 速 有 什 么 特 点 和 区 别 ？回 答 ：论 交 流 变 频 调 速 与 直 流 调 速 一 ： 变 频 器 的 发 展 直 流 电 动 机 拖 动 和 交 流 电

13、动 机拖 动 先 后 诞 生 与 19 世 纪 ， 距 今 已 有 100 多 年 的 历 史 ， 并 已 成 为 动 力 机 械 的主 要 驱 动 装 置 。 但 是 ， 由 于 技 术 上 的 原 因 ， 在 很 长 一 段 时 期 内 ， 占 整 个 电 力拖 动 系 统 80%左 右 的 不 变 速 拖 动 系 统 中 采 用 的 是 交 流 电 动 机 （ 包 括 异 步 电 动机 和 同 步 电 动 机 ） ， 而 在 需 要 进 行 调 速 控 制 的 拖 动 系 统 中 则 基 本 上 采 用 的 直流 电 动 机 。 但 是 ， 众 所 周 知 ， 由 于 结 构 上 的 原

14、 因 ， 直 流 电 动 机 存 在 以 下 缺 点 ：（ 1） 需 要 定 期 更 换 电 刷 和 换 向 器 ， 维 护 保 养 困 难 ， 寿 命 较 短 ； （ 2） 由于 直 流 电 动 机 存 在 换 向 火 花 ， 难 以 应 用 于 存 在 易 燃 易 爆 气 体 的 恶 劣 环 境 ；（ 3） 结 构 复 杂 ， 难 以 制 造 出 大 容 量 、 高 转 速 和 高 电 压 的 直 流 电 动 机 。 而 与直 流 电 动 机 相 比 ， 交 流 电 动 机 则 具 有 以 下 优 点 ： （ 1） 结 构 坚 固 ， 工 作 可靠 ， 易 于 维 修 保 养 ； （ 2）

15、 不 存 在 换 向 火 花 ， 可 以 应 用 于 存 在 易 燃 易 爆 气 体的 恶 劣 环 境 ； （ 3） 容 易 制 造 出 大 容 量 、 高 转 速 和 高 电 压 的 交 流 电 动 机 。 因此 ， 很 久 以 来 ， 人 们 希 望 在 许 多 场 合 下 能 够 用 可 调 速 的 交 流 电 动 机 来 代 替 直流 电 动 机 ， 并 在 交 流 电 动 机 的 调 速 控 制 方 面 进 行 了 大 量 的 研 究 开 发 工 作 。 但是 ， 直 至 20 世 纪 70 年 代 ， 交 流 调 速 系 统 的 研 究 开 发 方 面 一 直 未 能 得 到 真

16、正能 够 令 人 满 意 的 成 果 ， 也 因 此 限 制 了 交 流 调 速 系 统 的 推 广 应 用 。 也 正 是 因 为这 个 原 因 ， 在 工 业 生 产 中 大 量 使 用 的 诸 如 风 机 、 水 泵 等 需 要 进 行 调 速 控 制 的电 力 拖 动 系 统 中 不 得 不 采 用 挡 板 和 阀 门 来 调 节 风 速 和 流 量 。 这 种 做 法 不 但 增加 了 系 统 的 复 杂 性 ， 也 造 成 了 能 源 的 浪 费 。 经 历 了 20 世 纪 70 年 代 中 期 的第 2 次 石 油 危 机 之 后 ， 人 们 充 分 认 识 到 了 节 能 工

17、 作 的 重 要 性 ， 并 进 一 步 重 视和 加 强 了 对 交 流 调 速 技 术 的 研 究 开 发 工 作 。 随 着 电 力 电 子 技 术 、 微 电 子 技 术和 控 制 理 论 的 发 展 ， 电 力 半 导 体 器 件 和 微 处 理 器 的 性 能 的 不 断 提 高 ， 变 频 驱动 技 术 也 得 到 了 显 著 的 发 展 。 随 着 各 种 复 杂 控 制 技 术 在 变 频 器 技 术 中 的 应 用 ，变 频 器 的 性 能 不 断 提 高 ， 而 且 应 用 范 围 也 越 来 越 广 。 目 前 变 频 器 不 但 在 传 统的 电 力 拖 动 系 统

18、中 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 而 且 几 乎 已 经 扩 展 到 了 工 业 生 产 的 所有 领 域 ， 并 且 在 空 调 、 洗 衣 机 、 电 冰 箱 等 家 电 产 品 中 也 得 到 了 广 泛 应 用 。 变频 器 技 术 是 一 门 综 合 性 的 技 术 ， 它 建 立 在 控 制 技 术 、 电 力 电 子 技 术 、 微 电 子技 术 和 计 算 机 技 术 的 基 础 之 上 ， 并 随 着 这 些 基 础 技 术 的 发 展 而 不 断 得 到 发 展 。表 1-1 列 出 了 近 年 来 变 频 器 技 术 的 基 本 发 展 过 程 。 二 ： 变 频

19、器 调 速 控 制系 统 的 优 势 与 传 统 的 交 流 拖 动 系 统 相 比 ， 利 用 变 频 器 对 交 流 电 动 机 进 行 调 速控 制 的 交 流 拖 动 系 统 有 许 多 优 点 ， 如 节 能 ， 容 易 实 现 对 现 有 电 动 机 的 调 速 控制 ， 可 以 实 现 大 范 围 的 高 效 连 续 调 速 控 制 ， 容 易 实 现 电 动 机 的 正 反 转 切 换 ，可 以 进 行 高 频 度 的 起 停 运 转 ， 可 以 进 行 电 气 制 动 ， 可 以 用 一 台 变 频 器 对 多 台电 动 机 进 行 调 速 控 制 ， 电 源 功 率 因 数

20、 大 ， 所 需 电 源 容 量 小 ， 可 以 组 成 高 性 能的 控 制 系 统 等 等 。 下 面 介 绍 一 下 上 面 提 到 的 变 频 器 调 速 控 制 系 统 的 各 种 主 要优 点 。 在 许 多 情 况 下 ， 使 用 变 频 器 的 目 的 是 节 能 ， 尤 其 是 对 于 在 工 业 中 大 量使 用 的 风 扇 、 鼓 风 机 和 泵 类 负 载 来 说 ， 通 过 变 频 器 进 行 调 速 控 制 可 以 代 替 传统 上 利 用 挡 板 和 阀 门 进 行 的 风 量 、 流 量 和 扬 程 的 控 制 ， 所 以 节 能 效 果 非 常 明显 。 因

21、为 以 节 能 为 目 的 的 调 速 运 转 对 电 动 机 的 调 速 范 围 和 精 度 要 求 不 高 ， 所以 通 常 采 用 在 价 格 方 面 比 较 经 济 的 通 用 型 变 频 器 。 由 于 变 频 器 可 以 看 作 是 一个 频 率 可 调 的 交 流 电 源 ， 对 于 现 有 的 进 行 恒 速 运 转 的 异 步 电 动 机 来 说 ， 只 需在 电 网 电 源 和 现 有 的 电 动 机 之 间 接 入 变 频 器 和 相 应 设 备 ， 就 可 以 利 用 变 频 器实 现 调 速 控 制 ， 而 无 须 对 电 动 机 和 系 统 本 身 进 行 大 的

22、设 备 改 造 。 在 采 用 了 变频 器 的 交 流 拖 动 系 统 中 ， 异 步 电 动 机 的 调 速 控 制 是 通 过 改 变 变 频 器 的 输 出 频率 实 现 的 。 因 此 ， 在 进 行 调 速 控 制 时 ， 可 以 通 过 控 制 变 频 器 的 输 出 频 率 使 电动 机 工 作 在 转 差 率 较 小 的 范 围 ， 电 动 机 的 调 速 范 围 较 宽 ， 并 可 以 达 到 提 高 运行 效 率 的 目 的 。 一 般 来 说 ， 通 用 型 变 频 器 的 调 速 范 围 可 以 达 到 1： 10 以 上 ，而 高 性 能 的 矢 量 控 制 方 式

23、 的 变 频 器 的 调 速 范 围 可 以 达 到 1： 1000。 此 外 ， 当采 用 矢 量 控 制 方 式 的 变 频 器 对 异 步 电 动 机 进 行 调 速 控 制 时 ， 还 可 以 直 接 控 制电 动 机 的 输 出 转 矩 。 因 此 ， 高 性 能 的 矢 量 控 制 变 频 器 与 变 频 器 专 用 电 动 机 的组 合 在 控 制 性 能 方 面 可 以 达 到 和 超 过 高 精 度 直 流 伺 服 电 动 机 的 控 制 性 能 。 利用 普 通 的 电 网 电 源 运 行 的 交 流 拖 动 系 统 ， 为 了 实 现 电 动 机 的 正 反 转 切 换

24、， 必须 利 用 开 闭 器 等 装 置 对 电 源 进 行 换 相 切 换 。 利 用 变 频 器 进 行 调 速 控 制 时 ， 只需 改 变 变 频 器 内 部 逆 变 电 路 换 流 器 件 的 开 关 顺 序 即 可 以 达 到 对 输 出 进 行 换 相的 目 的 ， 很 容 易 实 现 电 动 机 的 正 反 转 切 换 而 不 需 要 专 门 设 置 正 反 转 切 换 装 置 。此 外 ， 对 在 电 网 电 源 下 运 行 的 电 动 机 进 行 正 反 转 切 换 时 ， 如 果 在 电 动 机 尚 未停 止 时 就 进 行 相 序 的 切 换 ， 电 动 机 内 将 会

25、 由 于 相 序 的 改 变 而 流 过 大 于 起 动 电流 的 电 流 ， 有 烧 毁 电 动 机 的 危 险 ， 所 以 通 常 必 须 等 电 动 机 完 全 停 下 来 之 后 才能 够 进 行 换 相 操 作 。 而 在 采 用 变 频 器 的 交 流 调 速 系 统 中 ， 由 于 可 以 通 过 改 变变 频 器 的 输 出 频 率 使 电 动 机 按 照 斜 坡 函 数 的 规 律 进 行 加 速 ， 从 而 达 到 限 制 加速 电 流 的 目 的 。 因 此 ， 在 利 用 变 频 器 进 行 调 速 控 制 时 更 容 易 和 其 它 设 备 一 起构 成 自 动 控

26、制 系 统 。 对 于 利 用 普 通 的 电 网 电 源 运 行 的 交 流 拖 动 系 统 来 说 ， 由于 电 动 机 的 起 动 电 流 较 大 并 存 在 着 与 起 动 时 间 成 正 比 的 功 率 损 耗 ， 所 以 不 能使 电 动 机 进 行 高 频 度 的 起 停 运 转 。 而 对 于 采 用 了 变 频 器 的 交 流 调 速 系 统 来 说 ，由 于 电 动 机 的 起 停 都 是 在 低 速 区 进 行 而 且 加 减 速 过 程 都 比 较 平 缓 ， 电 动 机 的功 耗 和 发 热 较 小 ， 可 以 进 行 较 高 频 度 的 起 停 运 转 。 变 频

27、调 速 系 统 的 上 述 特 点可 以 用 于 采 用 交 流 拖 动 系 统 的 传 送 带 和 移 动 工 作 台 等 以 达 到 节 能 的 目 的 。 这是 因 为 ， 在 利 用 异 步 电 动 机 进 行 恒 速 驱 动 的 传 送 带 以 及 移 动 工 作 台 中 ， 电 动机 通 常 一 直 处 于 工 作 状 态 ， 而 采 用 变 频 器 进 行 调 速 控 制 后 ， 由 于 可 以 使 电动 机 进 行 高 频 度 的 起 停 运 转 ， 可 以 使 传 送 带 或 移 动 工 作 台 只 是 在 有 货 物 或 工件 时 停 止 运 行 ， 从 而 达 到 节 能

28、 的 目 的 。 由 于 在 变 频 器 驱 动 系 统 中 电 动 机 的 调速 控 制 是 通 过 改 变 变 频 器 的 输 出 频 率 进 行 的 ， 当 把 变 频 器 的 输 出 频 率 降 至 电动 机 的 实 际 转 速 所 对 应 的 频 率 以 下 时 ， 负 载 的 机 械 能 将 被 转 换 为 电 能 ， 并 被回 馈 给 供 电 电 网 ， 并 形 成 电 气 制 动 。 此 外 ， 一 些 变 频 器 还 具 有 直 流 制 动 功 能 ，即 在 需 要 进 行 制 动 时 ， 可 以 通 过 变 频 器 给 电 动 机 加 上 一 个 直 流 电 压 ， 并 利

29、 用该 电 压 产 生 的 电 流 进 行 制 动 。 同 机 械 制 动 相 比 ， 电 气 制 动 有 许 多 优 点 ， 例 如体 积 小 ， 维 护 简 单 ， 可 靠 性 好 等 。 但 是 也 应 该 注 意 到 ， 由 于 在 静 止 状 态 下 电气 制 动 并 不 能 使 电 动 机 产 生 保 持 转 矩 ， 所 以 在 某 些 场 合 还 必 须 采 取 相 应 的 措施 ， 例 如 和 机 械 制 动 器 同 时 使 用 等 。 高 速 驱 动 是 变 频 器 调 速 控 制 的 最 重 要 的优 点 之 一 。 这 是 因 为 对 于 直 流 电 动 机 来 说 ，

30、由 于 受 电 刷 和 换 向 环 等 因 素 的 制约 ， 无 法 进 行 高 速 运 转 。 但 是 ， 对 于 异 步 电 动 机 来 说 ， 由 于 不 存 在 上 述 制 约因 素 ， 理 论 上 讲 异 步 电 动 机 的 转 速 可 以 达 到 相 当 高 的 速 度 。 由 于 异 步 电 动 机的 转 速 为 ： 公 式 （ 11） 式 中 n电 机 转 速 ， r/min； f电 源 频 率 ，HZ； p电 动 机 磁 极 个 数 ； s转 差 。 当 用 工 频 电 源 （ 50HZ） 对 异 步电 动 机 进 行 驱 动 时 ， 二 极 电 动 机 的 最 高 速 度

31、只 能 达 到 3000r/min。 为 了 得 到更 高 的 转 速 ， 则 必 须 使 用 专 用 的 高 频 电 源 或 使 用 机 械 增 速 装 置 进 行 增 速 。 与此 相 比 ， 目 前 高 频 变 频 器 的 输 出 频 率 已 经 可 以 达 到 3000KHZ， 所 以 当 利 用 这种 高 速 变 频 器 对 二 极 异 步 电 动 机 进 行 驱 动 时 ， 可 以 得 到 高 达 180000r/min的 高 速 。 而 且 随 着 变 频 器 技 术 的 发 展 ， 高 频 电 源 的 输 出 频 率 也 在 不 断 提 高 ，因 此 进 行 更 高 速 度 的

32、 驱 动 也 将 成 为 可 能 。 此 外 ， 与 采 用 机 械 增 速 装 置 的 高 速驱 动 系 统 相 比 ， 由 于 采 用 高 频 变 频 器 的 高 速 驱 动 系 统 中 并 不 存 在 异 步 电 动 机以 外 的 机 械 装 置 ， 其 可 靠 性 更 好 ， 而 且 保 养 和 维 修 也 更 加 简 单 。 在 变 频 器 调速 控 制 系 统 中 ， 变 频 器 和 电 动 机 是 可 以 分 离 设 置 的 。 因 此 ， 通 过 和 各 种 不 同的 异 步 电 动 机 的 适 当 组 合 ， 可 以 得 到 使 用 于 各 种 工 作 环 境 的 交 流 调

33、 速 系 统 ，而 对 变 频 器 本 身 并 没 有 特 殊 要 求 。 例 如 ， 对 有 防 爆 和 防 腐 蚀 要 求 的 环 境 ， 只需 将 电 动 机 换 为 专 用 电 动 机 ， 而 使 用 普 通 的 变 频 器 并 将 其 安 装 在 有 防 爆 和 防腐 蚀 要 求 的 环 境 之 外 的 普 通 环 境 即 可 。 由 于 变 频 器 本 身 对 外 部 来 说 可 以 看 作是 一 个 可 以 进 行 调 频 调 压 的 交 流 电 源 ， 可 以 用 一 台 变 频 器 同 时 驱 动 多 台 异 步电 动 机 或 同 步 电 动 机 ， 从 而 达 到 节 约

34、设 备 投 资 的 目 的 。 而 对 于 直 流 调 速 系 统来 说 ， 则 很 难 做 到 这 一 点 。 当 用 一 台 变 频 器 同 时 驱 动 多 台 电 动 机 时 ， 若 驱 动对 象 为 同 步 电 动 机 ， 所 有 的 电 动 机 将 会 以 同 样 的 速 度 （ 同 步 转 速 ） 运 转 ， 而当 驱 动 对 象 为 容 量 和 负 载 都 不 相 同 的 异 步 电 动 机 时 ， 则 由 于 转 差 的 原 因 ， 各电 动 机 之 间 会 存 在 一 定 的 速 度 差 。 因 为 变 频 器 时 通 过 交 流 直 流 的 电 源 变换 后 对 异 步 电

35、 动 机 进 行 驱 动 的 ， 所 以 电 源 的 功 率 因 数 不 受 电 动 机 功 率 因 数 的影 响 ， 几 乎 为 定 值 。 此 外 ， 当 用 电 网 电 源 对 异 步 电 动 机 进 行 驱 动 时 ， 电 动 机的 起 动 电 流 为 额 定 电 流 的 56 倍 ， 而 在 采 用 变 频 器 对 异 步 电 动 机 记 性 驱 动时 ， 由 于 可 以 将 变 频 器 的 输 出 频 率 降 至 很 低 时 起 动 ， 电 动 机 的 起 动 电 流 很 小 ，因 而 变 频 器 输 入 端 电 源 的 容 量 也 可 以 比 较 小 。 一 般 来 说 ， 变

36、频 器 输 入 端 电 源的 容 量 只 需 为 电 动 机 输 出 容 量 的 1.5 倍 左 右 即 可 。 这 也 说 明 变 频 器 也 可 以同 时 起 到 减 压 起 动 器 的 作 用 。 随 着 控 制 理 论 、 交 流 调 速 理 论 和 电 子 技 术 的 发展 ， 变 频 器 技 术 也 得 到 了 充 分 的 重 视 和 发 展 ， 目 前 ， 有 高 性 能 变 频 器 和 专 用的 异 步 电 动 机 组 成 的 控 制 系 统 在 性 能 上 已 经 达 到 和 超 过 了 直 流 电 动 机 伺 服 系统 。 此 外 ， 由 于 异 步 电 动 机 还 具 有

37、 对 环 境 适 应 性 强 ， 维 护 简 单 等 许 多 直 流 伺服 电 动 机 所 不 具 备 的 优 点 ， 所 以 在 许 多 需 要 进 行 高 速 高 精 度 控 制 的 应 用 中 这种 高 性 能 的 交 流 调 速 系 统 正 在 逐 步 替 代 直 流 伺 服 系 统 。 而 且 由 于 高 性 能 的 变频 器 的 外 部 接 口 功 能 也 非 常 丰 富 ， 可 以 将 其 作 为 自 动 控 制 系 统 中 的 一 个 部 件使 用 ， 构 成 所 需 的 自 动 控 制 系 统 。 由 于 变 频 器 具 有 上 述 优 点 ， 因 而 在 各 种 领域 中

38、得 到 了 广 泛 的 应 用 。 三 ： 变 频 器 技 术 的 发 展 动 向 变 频 器 进 入 实 用 期 已超 过 了 1/4 个 世 纪 ， 在 此 期 间 ， 作 为 变 频 器 技 术 基 础 的 电 力 电 子 技 术 和 微 电子 技 术 都 经 理 了 飞 跃 性 的 发 展 ， 随 着 新 型 电 力 电 子 器 件 和 高 性 能 微 处 理 器 的应 用 以 及 控 制 技 术 的 发 展 ， 变 频 器 的 性 能 价 格 比 越 来 越 高 ， 体 积 越 来 越 小 ，而 厂 家 则 仍 然 在 不 断 地 为 实 现 变 频 器 的 进 一 步 小 型 化

39、而 做 着 新 的 努 力 。 从 技术 方 面 来 看 ， 随 着 变 频 器 市 场 的 进 一 步 扩 大 ， 今 后 变 频 器 技 术 将 会 随 着 与 变频 器 有 关 的 技 术 的 发 展 在 下 面 几 个 方 面 进 一 步 得 到 发 展 ： （ 1） 大 容 量 和小 体 积 化 ； （ 2） 高 性 能 和 多 功 能 化 ； （ 3） 易 操 作 性 的 提 高 ； （ 4） 寿命 和 可 靠 性 增 加 ； （ 5） 无 公 害 化 。 大 容 量 化 和 小 体 积 化 将 会 随 着 电 力 半 导体 器 件 的 发 展 而 不 断 的 到 发 展 。 近

40、年 来 ， 采 用 电 压 驱 动 的 电 力 半 导 体 器 件IGBT（ Isolated Gate Bipolar Transistor,隔 离 门 极 双 极 晶 体 管 ） 发 展 很快 ， 并 在 迅 速 进 入 传 统 上 使 用 BJT（ 双 极 功 率 晶 体 管 ） 和 功 率 MOSFET（ 场效 应 管 ） 的 各 种 领 域 。 此 外 ， 以 IGBT 为 开 关 器 件 的 IPM（ Intelligent Power Module,智 能 功 率 模 块 ） 和 单 片 功 率 IC 芯 片 将 功 率 开 关 器 件 与 驱 动电 路 ， 保 护 电 路 等

41、集 成 在 同 一 封 装 内 ， 具 有 高 性 能 和 可 靠 性 好 的 优 点 ， 所 以随 着 它 们 在 大 电 流 化 和 高 耐 压 化 方 面 的 发 展 ， 必 将 在 中 小 型 变 频 器 中 得 到 更加 广 泛 的 应 用 。 随 着 微 电 子 技 术 和 半 导 体 技 术 的 发 展 ， 用 于 变 频 器 的 CPU和 半 导 体 器 件 以 及 各 种 传 感 器 的 性 能 越 来 越 高 。 而 随 着 变 频 器 技 术 的 发 展 ，交 流 调 速 理 论 日 益 成 熟 ， 现 代 控 制 理 论 也 在 不 断 得 到 新 的 应 用 。 这

42、些 都 为 进一 步 提 高 变 频 器 的 性 能 提 供 了 条 件 。 此 外 ， 随 着 变 频 器 的 进 一 步 推 广 应 用 ，拥 护 也 在 不 断 提 出 各 种 新 的 要 求 ， 促 使 变 频 器 的 生 产 厂 家 不 断 地 在 提 高 变 频器 性 能 和 变 频 器 功 能 方 面 做 出 新 的 努 力 ， 以 满 足 用 户 的 需 要 和 争 取 在 激 烈 的市 场 竞 争 中 立 于 不 败 之 地 。 随 着 变 频 器 市 场 的 不 断 扩 大 ， 如 何 进 一 步 提 高 变频 器 的 易 操 作 性 ， 使 普 通 的 技 术 人 员 甚

43、 至 非 技 术 人 员 也 能 很 快 的 掌 握 变 频 器的 使 用 技 术 已 经 成 为 厂 家 必 须 考 虑 的 问 题 。 因 为 只 有 容 易 操 作 的 产 品 才 能 够不 断 获 得 新 的 用 户 ， 并 进 一 步 扩 大 市 场 ， 所 以 今 后 的 新 型 变 频 器 将 更 加 容 易操 作 。 随 着 半 导 体 技 术 的 发 展 和 电 力 电 子 技 术 的 发 展 ， 变 频 器 中 所 使 用 的 各种 元 器 件 的 寿 命 和 可 靠 性 都 在 不 断 提 高 ， 这 些 都 将 使 变 频 器 本 身 的 寿 命 和 可靠 性 进 一

44、步 增 加 。 近 年 来 ， 人 们 对 环 境 问 题 非 常 重 视 ， 并 因 此 而 出 现 了“绿 色 产 品 ”的 名 称 。 因 此 ， 对 于 变 频 器 来 说 ， 也 必 须 考 虑 其 对 周 围 环 境 的影 响 。 在 变 频 器 推 广 应 用 的 初 期 ， 噪 声 问 题 曾 经 是 一 个 比 较 大 的 问 题 。 随 着IGBT 的 低 噪 声 变 频 器 的 出 现 ， 这 个 问 题 已 经 基 本 上 得 到 了 解 决 。 但 是 ， 随 着噪 声 问 题 的 解 决 ， 人 们 的 目 光 又 转 向 了 变 频 器 对 周 围 环 境 的 其

45、 它 影 响 并 在 不断 探 索 新 的 解 决 办 法 。 例 如 ， 对 于 采 用 了 二 极 管 整 流 电 路 和 电 压 形 PWM 逆变 电 路 的 变 频 器 来 说 ， 变 频 器 本 身 造 成 的 高 次 谐 波 将 给 电 源 电 压 和 电 流 带 来畸 变 ， 并 影 响 接 于 同 一 电 源 的 其 它 设 备 。 但 是 ， 通 过 在 变 频 器 中 采 用 PWM整 流 电 路 ， 就 可 以 基 本 上 解 决 这 个 问 题 。 虽 然 因 为 价 格 和 控 制 技 术 等 方 面 的原 因 目 前 采 用 PWM 整 流 电 路 的 变 频 器

46、尚 未 得 到 推 广 ， 但 是 ， 随 着 变 频 器 技 术的 发 展 和 人 们 对 环 境 问 题 的 重 视 ， 不 断 减 少 变 频 器 对 环 境 的 影 响 直 至 推 出 真正 的 无 公 害 变 频 器 也 已 经 成 为 大 势 所 趋 。 四 ： 都 说 变 频 调 速 比 直 流 调 速 好 ，直 流 调 速 真 的 要 淘 汰 吗 ？ 变 频 调 速 之 所 以 比 直 流 调 速 广 泛 运 用 是 因 为 交 流电 机 ， 不 是 变 频 调 速 原 理 具 有 优 越 性 ， 变 频 调 速 只 能 应 用 于 调 速 ， 而 对 力 矩是 无 法 做 到

47、 精 确 控 制 的 ， 原 因 很 简 单 ， 直 流 调 速 的 电 枢 和 励 磁 不 是 耦 合 的 ，是 分 开 的 ， 这 样 对 电 枢 电 流 和 励 磁 电 流 能 够 做 到 精 确 控 制 。 而 交 流 调 速 ， 电枢 电 流 和 励 磁 电 流 是 耦 合 的 ， 是 无 法 做 到 精 确 控 制 的 ， 尽 管 目 前 的 变 频 调速 具 有 矢 量 控 制 ， 也 就 是 运 用 现 代 控 制 理 论 ， 通 过 矢 量 转 换 ， 将 交 流 电 机 中耦 合 的 电 枢 电 流 和 励 磁 电 流 解 开 ， 从 而 对 其 进 行 控 制 ， 也 就

48、 是 仿 真 直 流 调 速的 原 理 。 但 是 要 做 到 直 流 调 速 的 控 制 特 性 目 前 是 很 困 难 的 。 因 此 在 轧 机 、 造纸 等 对 力 矩 要 求 很 高 行 业 ， 直 流 调 速 还 是 具 有 广 泛 性 。 而 仅 对 速 度 控 制 ， 目前 变 频 调 速 是 可 以 逼 真 直 流 调 速 的 特 性 ， 因 为 交 流 电 机 的 优 越 性 是 直 流 电 机无 法 做 到 的 。 直 流 电 机 的 电 刷 和 体 积 的 原 因 ， 限 制 了 它 的 应 用 范 围 ， 变 频调 速 可 以 说 是 由 风 机 和 水 泵 发 展

49、而 来 的 ， 是 由 于 风 机 和 水 泵 节 能 的 需 要 ， 变频 调 速 是 最 佳 选 择 ， 不 过 我 个 人 认 为 就 目 前 电 价 和 变 频 器 的 自 身 的 价 格 相 比 ，这 种 节 能 是 毫 无 意 义 的 ， 因 为 要 把 变 频 器 的 投 资 收 回 ， 最 少 需 要 5-6 年 ，在 这 5-6 年 的 时 间 里 ， 工 况 还 不 知 道 要 发 生 什 么 变 化 。 因 此 ， 变 频 器 最 好应 用 在 需 要 调 速 ， 而 对 启 动 性 能 及 力 矩 调 节 要 求 不 是 很 苛 刻 的 场 合 ， 而 这 种场 合 比 比 皆 是 ， 这 才 是 变 频 调 速 普 遍 应 用 的 原 因 。 因 此 可 以 说 如