引言
電磁感應(yīng)定律和電磁力定律是三相異步電動機(jī)的工作原理,與直流電機(jī)相比,三相異步電動機(jī)的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維護(hù)方便、體積小、重量輕,但是調(diào)速性能卻不及直流電機(jī),由于交流調(diào)速技術(shù)尚未發(fā)展成熟,直流調(diào)速系統(tǒng)占據(jù)了主要市場。近年來 ,隨著電力電子器件的更新和控制技術(shù)的飛速發(fā)展,交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步,其取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢越來越明顯。
三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式如下:
由此可知 ,三相異步電動機(jī)有以下三種調(diào)速方法:
（1）調(diào)整定子極對數(shù)p（變極調(diào)速）。
（2）調(diào)整定子電源頻率f1（變頻調(diào)速）。
（3）調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)差率s（改變定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子回路串
電阻調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速和串級調(diào)速）。
1 變極調(diào)速
變極調(diào)速即改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)定子繞組的極對數(shù),是通過改變定子繞組的連接方式完成的。以單相繞組為例 ,若一相繞組由兩個半相繞組1和2組成。當(dāng)兩個半相繞組首尾依次連接 ,即兩個半相繞組正向串聯(lián) ,再通入電流,如圖1(a）所示。由右手定則判斷,將得到2p=4的磁場分布。如果將兩個半相繞組尾尾相接 ,即將其反向串聯(lián)再通入電流,如圖1(b）所示,將產(chǎn)生2p=2的磁場分布。如果將兩個半相繞組首尾兩兩連接,即兩個半相繞組反向并聯(lián)再通入電流,如圖1(c）所示,也產(chǎn)生2p=2的磁場分布 。由此可知 ,改變定子繞組的接法,即可成倍改變定子極對數(shù),同步轉(zhuǎn)速也將成倍改變,故這種調(diào)速屬于有級調(diào)速。
2變頻調(diào)速
三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
,當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化范圍不大時,電動機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率f1可以看做正比關(guān)系,因此連續(xù)改變電源頻率 ,即可平滑地對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。
假設(shè)定子繞組的漏抗壓降可忽略,加在定子繞組上的電 源電壓近似等于反電動勢E1 ,即:U1 ≈E1=4.44f1KN1N1④m。若外加 定子電壓U1不變 ,而f1降低,將使④m增加 。由于電動機(jī)在額定狀態(tài)下工作時,磁路已接近飽和,這時若再增加磁通,勢必使磁路過度飽和,引起定子電流急劇增加。這將使電動機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱 ,還會使電動機(jī)的功率因數(shù)大幅度降低。而當(dāng)f1增加時,勢必會使④m減小,這又會導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩下降,電機(jī)的利用率下降。因此 ,在變頻調(diào)速時 ,一般均要保持氣隙磁通④m不變。所以,電源電壓U1應(yīng)跟隨電源頻率f1一同改變。
變頻調(diào)速的優(yōu)點在于調(diào)速范圍廣,平滑特性較好,變頻時電壓按不同規(guī)律調(diào)整后可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速,來匹配不同負(fù)載的要求:缺點是造價較高,經(jīng)濟(jì)性差。
2變轉(zhuǎn)差率調(diào)速
2. 1轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速
當(dāng)電動機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載7=7L運(yùn)行時,在轉(zhuǎn)子回路中串入附加調(diào)速電阻Rs后,轉(zhuǎn)子電流I2'減小,電磁轉(zhuǎn)矩7也相應(yīng)減小,使7<7L ,致使電動機(jī)減速,轉(zhuǎn)差率s增大。因而轉(zhuǎn)子電動勢sE2'增大 ,這又使I2 '增大 ,7增大。直至7=7L 時 ,電動機(jī)達(dá)到新的平衡狀態(tài),系統(tǒng)以新的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。
若電動機(jī)所帶負(fù)載是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,那么轉(zhuǎn)子回路串接不同電阻后將運(yùn)行在不同轉(zhuǎn)速,串接的電阻越大,機(jī)械特性就越軟 ,轉(zhuǎn)速越低。故可以改變轉(zhuǎn)子電路的電阻來實現(xiàn)調(diào)速的目的。
轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速特點:屬于有級調(diào)速,而且級數(shù)不能太多,并且還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。調(diào)速范圍有限,且調(diào)速范圍隨負(fù)載不同而變化,負(fù)載越小,調(diào)速范圍越小,損耗大,效率低。
轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速優(yōu)點有方法簡單、初始投資少,多用于那些對調(diào)速性能要求較低的起重機(jī)類負(fù)載。
2.1降低定子電壓調(diào)速
鼠籠式三相異步電動機(jī)可通過此方法實現(xiàn)調(diào)速,因其轉(zhuǎn)子感應(yīng)產(chǎn)生的磁極對數(shù)能自動與定子磁極對數(shù)保持相等。然而繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子部分已經(jīng)繞制好 ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,操作不便。
調(diào)速時考慮到不改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向,當(dāng)改變極對數(shù)時還需調(diào)換接至電源的三根導(dǎo)線中任意兩根。變極調(diào)速的優(yōu)點在于方法簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、機(jī)械特性較硬,缺點是只能實現(xiàn)有級調(diào)速。
對于鼠籠型異步電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,降壓后可降低轉(zhuǎn)速,但轉(zhuǎn)速下降得不多,調(diào)速范圍很窄。對于風(fēng)機(jī)類負(fù)載,可以在機(jī)械特性中從0<s<1的部分調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,調(diào)速范圍明顯增大。
三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩計算方法如下:
為使調(diào)速過程中電動機(jī)得到充分利用,在調(diào)速范圍內(nèi)應(yīng)使轉(zhuǎn)子電流72 '=72N且保持不變, 因此
, 即s與n成正比,
該調(diào)速方法常用于對調(diào)速性能要求不高的風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載。
降低定子電壓的方法一般有:定子繞組串接飽和電抗器、采用晶閘管調(diào)壓器及改變定子繞組接線方式(△_Y)。
3.3電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速
電磁轉(zhuǎn)差離合器主要組成部分是電樞與磁極。其中電樞部分和調(diào)速異步電動機(jī)相連接,隨著異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn),為主動部分:磁極部分與被拖動的負(fù)載連接,為從動部分。磁極上有勵磁繞組,可由晶閘管控制裝置供給直流電,改變該電流的大小,即可調(diào)節(jié)離合器的輸出轉(zhuǎn)速。電磁轉(zhuǎn)差離合器理想空載轉(zhuǎn)速是異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n ,而不是同步轉(zhuǎn)速n1。勵磁電流7f越大,磁場越強(qiáng)。若轉(zhuǎn)速相同,則轉(zhuǎn)矩s越大:若轉(zhuǎn)矩相同,則轉(zhuǎn)速越高 。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、啟動轉(zhuǎn)矩大、控制方便 ,能實現(xiàn)平滑調(diào)速:缺點是機(jī)械特性軟、相對穩(wěn)定性較差、自身調(diào)速范圍很小,較適用于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載調(diào)速。
3.4串級調(diào)速
在轉(zhuǎn)子回路中串入一個與轉(zhuǎn)子電動勢頻率相同、相位相同或者相反的外加三相對稱附加電動勢E·f,如圖2所示,改變附加電動勢E·f的大小和相位,即可調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。
串級調(diào)速的優(yōu)點在于機(jī)械特性較硬、平滑性好、效率高,對大功率電機(jī)調(diào)速尤為適用,是一種很有前途的調(diào)速方法。但這種調(diào)速方式運(yùn)行時過載能力小,設(shè)備較復(fù)雜。
4結(jié)語
本文對三相異步電動機(jī)調(diào)速方法進(jìn)行了簡單分析,可通過改變極對數(shù)、電源頻率和轉(zhuǎn)差率來實現(xiàn)對異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。其中變極調(diào)速是改變磁極對數(shù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,屬于有級調(diào)速:而變頻調(diào)速是無級調(diào)速。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速包括轉(zhuǎn)子回路串電阻、降壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速和串級調(diào)速 。繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速雖然方法容易,便于實現(xiàn),但調(diào)速是有級的,并且不平滑,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差,效率也不高:串級調(diào)速能避免轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的缺點,但設(shè)備很復(fù)雜:降壓調(diào)速較多應(yīng)用于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載調(diào)速。
