异步电动机变频调速的控制方式有恒磁通控制方式、恒电流控制方式和恒功率控制方式三种。

 　　 1．恒磁通控制方式和特性

 　　 在进行电动汽车电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是，希望保持电动机中每极磁通量为额定值，并保持不变。如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁芯饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电动机。对于直流电动机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，保持Φ_m的不变是很容易做到的。但在交流异步电动机中，磁通是定子和转子的磁动势合成产生的，怎样才能保持磁通恒定，是需要认真研究的。(1)维持气隙磁通Φm恒定。异步电动机定子绕组的感应电动势为

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 　　 如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子外加电压，即：

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式中C1——常数，C1=4.44N₁K₁。

 　　 因此，若定子供电电压U₁不变，则气隙磁通Φ_m将随频率变化而变化。一般在电动机设计中，为了充分利用铁芯材料，都把磁通的数值选为接近磁路饱和值。如果频率f₁从额定值（通常为50Hz）向下降低，磁通会增加，造成磁路过饱和，使励磁电流增加。这将使电动机带负载能力降低，功率因数变坏，铁损增加，电动机过热。反之，如果频率从额定值向上升高，磁通将减少。异步电动机的转矩公式为

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 　　 可以看出，磁通Φ_m的减少势必导致电动机允许输出转矩T_e的下降，使电动机的利用率降低，在一定的负载下有过电流的危险。为此，通常要求磁通保持恒定，即Φ_m为常数。为了保持磁通Φ_m恒定，由上式可知，必须使定子电压和频率的比值保持不变，即：

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式中_{http://ddc.greenwheel.com.cn/upfiles/image/201303/20130323121045_57557.jpg}——变化后的定子电压和频率；

 　　 C——常数。

 　　 这就要求定子电压随频率成正比变化。上式就是恒磁通控制方式所要遵循的协调控制条件。在满足这个条件的前提下，由异步电动机的转矩表达式可知，I₂cosφ₂等于电动机的转子额定有功电流，当Φ_m维持不变时，那么电动机的输出转矩也是恒定的，可获得恒转矩调速特性。

 　　 在U1/f1=C的条件下，异步电动机调频时的机械特性曲线簇如图4-1所示，图中_{http://ddc.greenwheel.com.cn/upfiles/image/201303/20130323121052_76403.jpg}。

 　　 在定子供电电源频率较高时，电动机的最大转距近似保持恒定，机械特性曲线斜率变化很小。若保持U₁/f₁=C不变，异步电动机的机械特性是一簇平行的曲线，但最大转矩将随频率f1的降低而减少，当频率较低时，机械特性曲线斜率及最大转矩变化较大。

 　　 从物理概念上来说，低频时机械特性斜率的加大以及最大转矩的下降，是由于定子绕组内阻上引起的电压降在低速时相对影响较大，无法保持电动机气隙磁通为恒值而造或的。故低频启动时，启动转矩也将减少甚至不能带负载。它只适用于调速范围不大或转矩随负载转矩下降而减少的负载（如风机或泵类）。

 　　 对调速范围大的恒转矩性质的负载，希望在整个调速范围中维持最大转矩不变，欲保持磁通Φ_m恒定，应满足E₁/f₁=常数的关系。但由于电动汽车电机的感应电动势E₁，难以测得和控制，故在实际应用中通常在控制回路中加入一个函数发生器，以补偿低频时定子电阻所引起的压降影响。图4-2所示为函数发生器的各种补偿特性：曲线①为无补偿时U₁与f₁的关系曲线，曲线②③为有补偿时U₁的f₁与的关系曲线。实践证明这种补偿效果良好，常被采用。经补偿后获得恒最大转矩Tm变频调速的一簇机械特性曲线，如图4-1中虚线所示。

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 　　 (2)维持转子磁通Φ₂的恒定。如果把U1再多提高一些，将转子漏抗上的压降也补偿掉，就成了维持转子磁通Φ₂恒定的恒磁通控制。这正是目前异步电动机进行矢量控制所追求的目标。有如下公式：

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式中S——转差率；

 　　 ω₁——定子旋转磁场角速度，它与定子供电频率f1的关系为：ω₁=2πf₁，p为磁极对数。

 　　 异步电动机的电磁转矩可写成：

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式中C"——常数。

 　　 可见，维持Φ₂为常数时，转矩T_e与转差率S成线性关系，即可以得到和直流电动机一样的硬特性，当f₁不同时，特性将平行变化。如何实现Φ₂恒定，则是以后要介绍的闭环变频调速系统所要解决的问题。

 　　 2．恒电流的控制方式和特性

 　　 在电动机变频调速过程中，若保持定子电流I₁恒定，这种变频调速的控制方式称为恒流变频调速控制方式。它要求变频电源是一种恒流源，并要求控制系统带有由PI调节器组成的电流闭环，使电动机在变频调速过程中始终保持定子电流为给定值。由于变频器的电流被控制在给定的数值上，所以在换流时没有瞬时的冲击电流，调速系统的工作比较安全可靠，特性良好。图4-3所示为恒电流控制变频调速系统的机械特性。从特性图中可以看出，恒流控制时的机械特性形状与恒磁通变频系统是相似的，都属于恒转矩性质。但恒流变频系统的最大转矩Tm要比恒磁通变频系统的最大转矩小很多，故恒流变频系统的过载能力比较小，只适用于负载变化不大的场合。

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 　　 3．恒功率的控制方式和特性

 　　 当要求电动汽车电机转速超过额定转速（对应频率为f_1n）调速时，f₁>f_1n，若仍维持U₁/f₁=C，势必定子电压要超过电动机电压的额定值。由于电动机绕组的绝缘是按额定电压来设计的，所以电动机电压必须限制在允许值范围内，定子电压应保持等于额定值。这样一来，气隙磁通就会小于额定磁通，导致转矩减小。由电动机转矩与功率之间有如下关系：

P=Tn/9550

由此可知，当f₁>f_1n时，转矩减小，而电动机转速上升，电动机的输出功率近似维持恒定，这种调速方式可视为恒功率调速。

 　　 在异步电动机变频调速系统中，为了得到较宽的调速范围，可以将恒转矩变频调速与恒功率调速结合起来使用。在电动机转速低于额定转速时（即基速以下），采用恒转矩变频调速；在电动机转速高于额定转速时（即基速之上），采用近似恒功率调速。图4-4所示为某台电动机恒转矩和恒功率调速相组合的机械特性曲线。

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 　　 4．电动机的加、减速及四象限运行

 　　 变频调速系统中的异步电动机，能够在如图4-5所示的转速转矩特性的三个象限中的任何一个象限内工作。第一象限相当于电动机工作在电动状态。电动机启动时，从低频开始，频率连续提高。因为在低频下启动电流小而启动转矩大，有利于缩短启动时间，所以在启动过程中应保持电压、频率的协调控制，使电动机在加速过程中始终保持有最大转矩，即应沿着最大转矩的包络线进行。图4-5中标出了电动机在低频启动时，转速沿着虚线箭头方向加速。当转速上升到电动机转矩与负载转矩相平衡时，便在对应频率的转速下稳定运转，如工作在P₁点上。如果要使电动机加速，将转速n1提高到n4，可以连续地提高定子电源频率，由f₁→f₂→f₃→f₄，电动机转速沿着图示虚线由n₁→n₂→n₃→n₄达到新的稳定工作点P₄。

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 　　 但必须注意，频率增加的速度不能过快，如由f₂增加到f₅过快，由于电动机惯性，转速来不及变化，电动机将工作于P₅点，这时转矩T₅小于负载转矩T₁，电动机将会停下。假如电动机在某一频率f₁下运转，工作在特性曲线的P₁点上，如图4-6所示。要使电动机转速由n₁降至n₂，可通过将频率f_l降至f₂来实现。若将频率迅速降低，此时转速来不及变化，使转差变负，过渡到P₂点，其转矩为负，电动机处于再生发电运转状态，此时电能通过晶闸管变频装置回馈给电网。在减速过程中若始终保持频率比电动机转速下降得快，那么降速过程中电动机将一直维持再生发电制动状态。

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 　　 如果将接至异步电动机定子的三相电源中的两相反接，定子电源相序改变，就可实现电动汽车电机反转，电动机可在第二、第三和第四象限中工作。为了把在反转过程中产生的再生发电制动能量回馈到电网，应当将频率和电压均匀下降至电动机停止，然后再反向启动。如果不降低电压和频率，一下子将定子绕组反接，则电动机进入反接制动状态，此时动能将消耗在转子上面，造成损耗和过热。

 　　 由上述分析可知，异步电动机在变频调速过程中，既可以使电动机在正反两个方向作为电动机运行，又能作为发电机运行。这些运行状态处在机械特性的四个象限中。如果按一定的规律控制异步电动机的启动、调速、制动和反转，过渡过程时间都可以缩至很短，并且有良好的动态特性。

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