引言

電磁感應(yīng)定律和電磁力定律是三相異步電動機的工作原理,與直流電機相比,三相異步電動機的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維護方便、體積小、重量輕,但是調(diào)速性能卻不及直流電機,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,交流電動機調(diào)速技術(shù)已經(jīng)取得了很大進步,其取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢越來越明顯。

三相異步電動機轉(zhuǎn)速表達式如下:

由此可知,三相異步電動機有以下三種調(diào)速方法:

(l）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fl(變頻調(diào)速）。

(3）調(diào)整電動機轉(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l和2組成。當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l(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l(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l(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。

鼠籠式三相異步電動機可通過此方法實現(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、運行穩(wěn)定、機械特性較硬,缺點是只能實現(xiàn)有級調(diào)速。

2變頻調(diào)速

三相異步電動機的轉(zhuǎn)速

當轉(zhuǎn)差率s變化范圍

不大時,電動機轉(zhuǎn)速與電源頻率fl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El,即:Ul≈El=4.44flKNlNlom。若外加定子電壓Ul不變,而fl降低,將使om增加。由于電動機在額定狀態(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。這將使電動機嚴重發(fā)熱,還會使電動機的功率因數(shù)大幅度降低。而當fl增加時,勢必會使om減小,這又會導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩下降,電機的利用率下降。因此,在變頻調(diào)速時,一般均要保持氣隙磁通om不變。所以,電源電壓Ul應(yīng)跟隨電源頻率fl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,來匹配不同負載的要求:缺點是造價較高,經(jīng)濟性差。

3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

3.1轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速

當電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載7=7L運行時,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,電動機達到新的平衡狀態(tài),系統(tǒng)以新的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。

若電動機所帶負載是恒轉(zhuǎn)矩負載,那么轉(zhuǎn)子回路串接不同電阻后將運行在不同轉(zhuǎn)速,串接的電阻越大,機械特性就越軟,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)速范圍隨負載不同而變化,負載越小,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類負載。

3.2降低定子電壓調(diào)速

對于鼠籠型異步電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載,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)機類負載,可以在機械特性中從0<s<l的部分調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,調(diào)速范圍明顯增大。

三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩計算方法如下:

為使調(diào)速過程中電動機得到充分利用,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)機和泵類負載。

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)速異步電動機相連接,隨著異步電動機旋轉(zhuǎn),為主動部分:磁極部分與被拖動的負載連接,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。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)機和泵類負載調(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)電動機的轉(zhuǎn)速。

串級調(diào)速的優(yōu)點在于機械特性較硬、平滑性好、效率高,對大功率電機調(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調(diào)速方法進行了簡單分析,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)機泵類負載調(diào)速。