三相異步電動機調速策略探討

馮志華

摘要：文章闡述了加強三相異步電動機調速策略的研究與探索的重要意義，探討了三相異步電動機調速基本原理，提出了三相異步電動機調速的對策措施。

關鍵詞：三相異步；電動機；調速；對策

中圖分類號：TM32文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）22-0075-03三相異步電動機是一種重要的能量轉換機構，其工作原理是內(nèi)部轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在相對運動而產(chǎn)生感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，從而實現(xiàn)為外界輸送動力的目的。異步電動機與其他類型電動機具有明顯的優(yōu)點，如運行穩(wěn)定、機構簡單、性價比高、便于維護、動力強勁等，因此三相異步電動機在企業(yè)電力拖動系統(tǒng)中得到大力推廣和廣泛運用，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活提供了高效的動力來源。但相對而言，三相異步電動機調速較為困難。近年來，隨著電力電子技術、微電子技術、計算機技術以及自動控制技術的迅猛發(fā)展，交流電機調速日趨完善，其調速性能可以與直流電機媲美，價格也不高。因此交流電機電力拖動系統(tǒng)正逐步取代直流電機拖動系統(tǒng)。加強三相異步電動機調速的研究，根據(jù)不同的拖動環(huán)境，科學制定三相異步電動機調速策略，可以更好地發(fā)揮三相異步電動機的優(yōu)勢，更好地為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

服務。

1三相異步電動機調速基本原理

三相異步電動機是通過其內(nèi)部轉子與磁場間發(fā)生相對運動而產(chǎn)生電流，并產(chǎn)生磁場，與原有磁場發(fā)生相互作用，產(chǎn)生向外輸送動力的作用力。三相異步電動機的轉速由以下公式進行計算：

n=60f/p(1－s)

式中：

n——電動機轉速

f——電動機所采用電源頻率

p——電動機的極對數(shù)

s——轉差率

由上式可知，電動機的轉速由電動機所采用的電源頻率、電動機的極對數(shù)、轉差率等因素所決定，因此，進行電動機調速要著重從以上幾個方面入手，從而實現(xiàn)對三相異步電動機的調速操作。根據(jù)上式中電動機所采用的電源頻率f、電動機的極對數(shù)p及轉差率s的調節(jié)，實現(xiàn)三相異步電動機調速，具體而言，三相異步電動機調速方法主要有變極調速、變阻調速和變頻調速等幾種。變極調速是針對極對數(shù)進行調節(jié)，就是通過改變定子繞組的磁極對數(shù)，以實現(xiàn)調速；變阻調速是通過調節(jié)轉差率來改變轉子電阻，從而實現(xiàn)調速目的；變頻調速是通過調節(jié)供電頻率實現(xiàn)調速的目的。

三相異步電動機調速從能耗、方式等方面，可以進行如下歸類：一是從調速的本質分，各種調速方式主要是通過改變交流電動機的同步轉速和不改變同步轉速兩類。不改變同步轉速的調速方法主要有繞線式電動機的轉子串電阻調速、斬波調速、串級調速以及應用電磁轉差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調速。不改變同步轉速的調速方法在生產(chǎn)機械中廣泛使用。改變同步轉速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調速有能無換向電動機調速等。二是從調速時的能耗角度分，主要有高效調速和低效調速兩種主要方法：高效調速指時轉差率不變，因此無轉差損耗，如多速電動機、變頻調速以及能將轉差損耗回收的調速方法(如串級調速等)。有轉差損耗的調速方法屬低效調速，如轉子串電阻調速方法，能量就損耗在轉子回路中；電磁離合器調速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調速方法，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說，轉差損耗隨調速范圍擴大而增加，如果調速范圍不大，能量損耗是很

小的。

2三相異步電動機調速策略探討

三相異步電動機調速主要涉及上文所述的三個因素，因此，要立足于改善這幾項主要因素，審慎實施三相異步電動機調速策略，從而實現(xiàn)科學調速，降低電動機能耗。

2.1變極對數(shù)電動機調速策略

對于一些機床、車床、起重機、鼓風機、抽水機等普通機械設備，對調速沒有特殊要求，更沒有必要采取無級調速。對于這種設備所采用的三相異步電動機的調速，可以通過改變定子繞組的接紅的方式，以改變籠型電動機定子極對數(shù)，從而達到調速目的。變極對數(shù)的調速策略具有性價比高、損耗低、穩(wěn)定性高、結構簡單、操作簡便等優(yōu)點，對于一些無特殊要求的普通機械設備，可以采用變極對數(shù)的調速策略進行電動機調速。

2.2串級電動機調速策略

繞線式異步電機的雙饋調速要求加在電機轉子繞組的電壓頻率與轉子繞組感應電動勢同頻率，這樣使控制電機變得復雜了。如果把異步電機轉子感應電動勢變?yōu)橹绷麟妱觿?，同時把轉子外加電壓也變?yōu)橹绷?，這樣就免去了對轉差頻率的檢測、控制，主電路和控制系統(tǒng)也相對簡單得多，符合三相異步電動機串級調速策略的基本思路。串級調速就是在繞線式電動機轉子回路中串入可調節(jié)的附加電勢，以改變電動機的轉差，從而實現(xiàn)調速。串級電動機調速策略能夠有效降低調速損耗，提高電動機效率。而且當調速機械出現(xiàn)問題時，可以進行全速切換，能有效降低因電動機停車而造成的損失。

2.3能耗轉送調速策略

能耗轉差調速時，電機轉差功率全部消耗在轉子上，因此隨著轉差率的增加，轉差功率的消耗也會增加，這將引起轉子發(fā)熱加劇、效率降低。這種調速方式稱轉差功率消耗型調速，它包括定子調壓調速、繞線式電動機轉子串電阻調速和電磁調速電動機調速。定子調壓調速是通過調節(jié)電動機定子電壓，使轉子因電流的不同，產(chǎn)生與磁極間不同的扭力，使電動機產(chǎn)生不同的動力和速度。根據(jù)經(jīng)驗，定子調壓調速最好的方式是采用晶閘管調壓方式，該種調壓調速方式設備要求簡單、能耗較低、調速效果好。繞線式電動機轉子串電阻調速方法是通過在轉子回路中串聯(lián)電阻，使電動機的轉差率加大，從而實現(xiàn)對電動機的調速。電磁調速電動機調速法通過改變晶閘管的導通角，以改變勵磁電流的大小，從而實現(xiàn)電動機的調速。電磁調速電動機調速法具有控制簡便、便于維護、機構簡單、系統(tǒng)可行、調速效果好等優(yōu)點。

2.4液力耦合器調速策略

液力耦合調速策略是利用液力耦合調速器對電動機進行調速操作。液力耦合調速器是一種基于液力的傳導機構，主要由泵輪、渦輪和液體組成，并密閉在一起，該傳導機構動力傳輸?shù)墓δ芘c充液量的多少具有一致性。因此，可以通過改變充液量及比率，來實現(xiàn)對轉速的調節(jié)，進而實現(xiàn)對三項異步電動機的速度調節(jié)。液力耦合調速策略具有調速范圍廣、功能強大、操作方便、便于自動控制等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。

2.5電動機變頻調速策略

變頻調速是改變異步電動機定子電源頻率，從而改變同步轉速，實現(xiàn)異步電動機調速的一種方法。這種調速方法有很大的調速范圍、很好的調速平滑性和足夠硬度的機械特性，使異步電動機可獲得類似于他勵直流電動機的調速性能。電動機變頻調速是目前異步電機調速的主流方法，這種運行方式一般應用于拖動系統(tǒng)的起動和升速階段。為了系統(tǒng)盡快起動，電機需要運行在比較高的轉矩情況下，并且保持恒轉矩運行。變頻調速策略具有調速可靠性高、控制精度高、能耗低、調速范圍廣等優(yōu)點，但同時，也具有結構復雜、技術要求標準高、成本突出、維護保養(yǎng)能力大等特點，需要根據(jù)實際情況進行選擇。

3結語

對三相異步電動機，要具體問題具體分析，采取變極對數(shù)電動機調速、串級電動機調速、能耗轉送調速、液力耦合器調速、電動機變頻調速等不同的調速策略，以提高電動機調速的實效。

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