风机变频调速的原理

三相交流异步电动机调速

 驱动风机，大多数为三相交流异步电动机，也有的是三相交流同步电机。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图 1 所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型（见图2），俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用 N 表示

式中：f—三相交流电源频率，一般为 50Hz；p—磁极对数。当 p=1 时，

 N=3000r/min；p=2 时，N=1500r/min。可见磁极对数 p 越多，转速 N 越慢。

 转子的实际转速 n 比磁场的同步转速 N 要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率 s 表示：

当加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时 s=1；起动后的极端情况 n=N，则s=0，即 s 在 0～1 之间变化。一般异步电机在额定负载下的 s=（1～6）%。

 综合式（1）和式（2）可以得出

1—机座；2—定子铁心；3—定子绕组；4—转子铁心；5—转子绕组

图 1 三相异步电动机结构示意图

1—铜环；2—铜条

 图 2 笼型电动机的转子绕组

由式（3）可以看出，对于成品电机，其磁极对数 p 已经确定，转差率 s 变化不大，则电机的转速 n 与电源频率 f 成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。

变频调速

变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（GTO、GTR 或 IGBT）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制（SPWM）方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。上述的两次变换可简化为 AC－DC－AC（交－直－交）变频方式。

图 3 芬兰 vacon 变频器的原理图

图 3 给出了典型的变频器结构原理图。

利用变频器可以根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速或减速，基本保持异步电机固有特性转差率小的特点，具有效率高、范围宽、精度高且能无级变

速的优点。

综上所述，风机采用变频调速的特点是效率高，没有因调速带来的附加转差损耗，调速范围大，精度高可实现无级调速，而且容易实现协调控制和闭环控制。由于可以利用原鼠笼式电动机，所以特别适合对旧设备的技术改造，它既保持了原电动机结构简单，可靠耐用，维修方便的优点，又能达到节电的显著效果，是风机交流调速节能的理想方法。

 其它调速方式

1、改变极对数的调速

旋转磁场的速度与定子的极对数有关，定子绕组进行切换就可以改变极对数，从而改变转速；但是从低极对数（高速）变换到高极对数，电机的实际速度会大幅度下降；但是如果切换速度很快，电机将会经历一个发电阶段，从而在电机及机械装置上产生较大的反向转矩；属于有极调速，调速范围小。

2、转差率调速

1）改变定子电压: 通过调节电源电压来实现,这主要是因为交流异步电动机的电磁转矩与输入电压的平方成正比; 调压调速属于低效率,耗能型的调速方式

2）通过转子实现: 转子串电阻,增加了转子的功率消耗,导致转差值增加,转速下降;另外就是采用串极耦合,转子回路通过集电环与直流装置或可控整流电路连接,采用直流装置向电机转子提供一个附加的可调电压,从而影响转速和转子的磁化.这种方式局限于泵和风机类负载.