②．变频启动可防止运输机械类载重物体受冲击和翻滚，提高传动设备的使用寿命。
．无级调速，自动化程度高，可实现无人管理。
．保护功能完善，减少设备维修、故障等。
．节能效果明显。
3、变频调速的节能分析。
风机、泵类、压缩机等负载属于平方转距负载，其耗电量约占工业总耗电量的70%，采用变频调速技术，其耗电量一般平均可减至额定功率的60%～70％。下面以一台75kw水泵（同样可以选择风机等平方转矩负载）为例，分析其在变频状态运行下的节能效果。
由于水泵属于平方转矩负载，选择变频器采用 v/f 输出模式，根据变频调速理论，电机转速与输入电源频率成正比，即水泵流量与频率成正比，而水泵的输出轴功率则与转速的立方成正比，即轴功率与额定功率之比等于输出频率与额定频率比的立方，公式如下：
p / p0 = f / f0 )3
其中：p是变频器为电机供电所消耗的功率，p0是电机额定功率，f是变频器输出频率，f0是额定频率。
设变频器平均运行频率（即∑ fi hi /∑hi）为35hz，p=p0（35/50）3=0.343 p0=25.725kw
变频节电率=（p0–p）/ p0=65.7%
因此，对75 kw电机，应用变频技术每年产生的直接节约的电能为：
75kw x 24h x 365d x 65.7%=431,649 kwh;
若每度电能按0.50元计算，则每年节约电费为：
431,649 kwh x 0.50元=215,824.50元。
注：流量减少也有微量的节电效果，但压力损耗引起的电能消耗是无法避免的。
由上述分析可知，变频调速技术的应用具有明显的节能效果，如果实际需要平均供水量如上所述，通过节电一项很快即可收回设备投资。若再考虑应用变频调速的完善保护等功能，延长了设备使用寿命，减少维护、损坏、停产等问题，其间接效益就更大了。为此，大力应用变频技术有着广泛的经济效益和社会效益。
二、设计说明。
1、设计题目：交流电机变频调速技术。
2、作用：随着电力技术的迅速发展，交流电机变频调速技术取得了突破性的进步，进入了普及应用阶段。在我国，变频器也正越来越广泛地被采用，与此同是地，如何正确地选好、用好已成为广大用户十分突出的问题了。
交流变频调速的优异特性：
(1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。
(2) 调速范围较大，精度高。
(3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。
(4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。
(5) 易于实现过程自动化。
(6) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
3、设计依据：
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。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型，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n1表示：n1=60f/p(r/min)(1) 式中：
f——三相交流电源频率，一般为50hz。
p——磁极对数。当p=1时，n1=3000r/min；p=2时，n1=1500r/min。可见磁极对数p越多，转速n1越慢。
转子的实际转速n比磁场的同步转速n1要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s表示：s=[n1－n）/n1]×100％（2）
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=n1，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：
n=60f（1－s）/p（3）
三、正文。摘要：本文通过对交流电机的变频调速的优异特性、简单设计和发展现状、趋势的分析，对交流电机的变频调速进行了深入研究和**，说明其电路结构及系统组成。
关键词：变频交流调速，交流电机， igbt， cpld， pwm
abstract: in this *****, through the excellent characteristics of the ac motor vvvf, ****** design and development of the status quo, trend analysis, frequency control of ac motors in-depth study and discussion, the description of the circuit structure and system components.
keywords: ac motor; frequency conversion tune; igbt; the cpld; the pwm
20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，**不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。变频调速电机简称变频电机，是变频器驱动的电动机的统称。
实际上为变频器设计的电机为变频专用电机，电机可以在变频器的驱动下实现不同的转速与扭矩，以适应负载的需求变化。变频电动机由传统的鼠笼式电动机发展而来，把传统的电机风机改为独立出来的风机，并且提高了电机绕组的绝缘性能。在要求不高的场合如小功率和频率在额定工作频率工作情况下，可以用普通鼠笼电动机代替。
1.交流变频调速的优异特性。
1）调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。
2）调速范围较大，精度高。
3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。
4）变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。
5）易于实现过程自动化。
6）必须有专用的变频电源，目前造价较高。
7）在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
2、交流变频调速的简单设计：
交流电机变频调速系统包括主电路和控制电路两部分，主电路主要完成功率的转换，它的结构是随着电力电子技术的发展而发展的，特别是从半控器件到全控器件的过渡标志着变频装置在性价比上可以与直流调速装置相媲美；控制电路主要完成对变频主电路提供各种控制信号，它是随着数字控制技术的发展而发展的，而且数字技术的应用不仅提高了调速系统的精度和可靠性，而且还为现代控制理论与方法在交流调速中的应用提供了物质基础。
a）在交流变频调速系统中，主回路作为直接执行机构，其可靠性和稳定性直接影响着系统的运转，因此，必须选择合适的主电路。
交-直-交变频电路实现由整流器将电网中的交流电整流成直流电，经过滤波，然后由逆变器逆变成交流电供给负载。中间环节采用在理想情况下是一种阻抗为零的恒压源的大电容滤波；在主电源方面，由于电动机是不需要频繁制动和反转的，所以选择不可控二极管整流桥方式。滤波电路采用阻容方式。
逆变电路为三相全桥形式；在功率器件方面，由于变频调速系统，一方面要求开关频率足够高，另一方面要求有足够的输出容量，所以采用驱动功率小而饱和压降低的igbt。
主电路的原理图。
在变频调速系统中，电动机的降速和停机，是通过逐渐减下频率来实现的。这时，从电动机的角度来看，电动机处于再生制动的工作状态；从变频调速系统的角度来看，拖动系统在转速下降时减少的动能，由电动机“再生”电能后，在变频主电路的直流环节中被消耗掉了。归根结底，是通过消耗能量而获得制动转矩的，属于能耗制动状态。
为此，在系统电路中设计了由ve、re、vde组成的放电回路，以免过高的直流电压使各部分器件损坏。
（b）控制电路作为交流电机变频调速系统的核心部分，在影响整个系统的性能方面占有极其重要的地位，而控制系统的性能又取决于其运算速度和控制精度，这在某种程度上依赖于实现该系统的电子芯片。
控制电路。在控制逆变部分，根据pwm波形的生成原理，采用vhdl语言，从硬件和软件上采用基于cpld，用于igbt控制的数字化pwm波形产生器的实现方法；根据系统的设计要求，选择了转速负反馈控制，提高了系统的精度和稳定度。 保护电路主要包括系统过压、过流、以及泵升电压的保护等。
控制电路和保护电路作为交流电机变频调速系统的核心部分，在影响整个系统的性能方面占有极其重要的地位，它主要是向变频主电路提供各种控制信号，以使主电路安全、可靠的工作。
电磁设计。对于变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下：
(1） 尽可能的减小定子和转子电阻。
减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增
(2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
(3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
结构设计。在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：
(1）绝缘等级，一般为f级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
(2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。
3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。
(4）防止轴电流措施，对容量超过160kw电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。
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