特殊電動機的變頻調速

閆丹，閆紅

(1佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154005；2佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

特殊電動機的變頻調速

閆丹1，閆紅2

(1佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154005；2佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

介紹了幾種特殊電動機，如雙速電動機、齒輪電動機、繞線轉子異步電動機、盤式制動電動機、機車牽引電動機的變頻調速的選擇及特點，為從業(yè)人員提供了可靠的技術參考。

特殊電動機；變頻調速；特點

0 引言

電力拖動變頻調速系統(tǒng)選擇特殊電動機，由變頻器供電作為電力拖動的動力，是由于兩個方面的原因：其一為節(jié)省資金進行設備改造權宜之計；其二由于調速的需要而選擇。為適應變頻調速特殊電動機要面對很多問題要解決，否則無法正常工作，下面逐一進行介紹。

1 雙速電動機的變頻調速

選用直流機作為調速的動力，價格昂貴、維修困難，有些設備選擇了雙速電動機以滿足有級調速，也能初步滿足使用要求。目前變頻調速技術非常成熟，性價比高，所以選擇變頻調速是方向。新設計的設備一般不可能選雙速電機，舊設備雙速電機尚未損壞，如何利用好，通常有兩種方案。

1.1 雙速電動機是具有兩種磁極對數(shù)的電動機，具有兩種不同的同步轉速和轉子轉速，高低速檔的功率也不同，高速檔的功率大于低速檔的功率，雙速電動機在采用變頻調速時應注意的事項。

(1)與同容量的普通電動機相比，雙速電動機的效率和功率因數(shù)都低，故額定電流大，在選配變頻器時，應充分注意。

(2)在切換磁極對數(shù)瞬間，因電動機轉子轉速與切換前的同步轉速接近和切換后的旋轉磁場間的轉速差很大，將會產生很大的過電流，導致跳閘，所以磁極換檔，必須在停車時的情況下進行，這一點有時很難滿足使用要求。

1.2 根據(jù)功率及轉矩情況選擇只使用其中一種轉速，另一種轉速不使用，比較合理。

2 繞線轉子異步電動機的變頻調速

2.1 轉子繞組是一組星形聯(lián)結的三相對稱繞組。繞組的引線分別接三個集電環(huán)，集電環(huán)與電刷和外接的電阻(起動調速用)連接，繞線轉子電動機的調速為有級調速，終將被淘汰。

2.2 為節(jié)省費用，將繞線轉子電動機用于變頻調速應注意的事項：就是將繞線轉子變成類似籠型電動機，只不過繞組不是鑄鋁的。辦法是將三相繞組短接，集電環(huán)、電刷及外接電阻均不用，改造以后要特別注意低頻起動電流不能超額定電流的2倍，如果超出必須降低起動頻率。待電動機報廢后，再更換正規(guī)的變頻調速電動機。

3 盤式制動電動機變頻調速

3.1 盤式制動電動機的特點

由普通電動機與盤式制動器組成；制動器的勵磁繞組通入直流電流，制動器閘松開，斷電后抱緊實現(xiàn)制動。直流電由整流器輸出側供電，整流器輸入端為交流電，取自電動機接線盒內的端子。

3.2 盤式制動電動機采用變頻調速時的注意事項

變頻調速時處于恒轉矩段，電壓不是固定的，隨著頻調的降低而降低，會引起勵磁電流過小。制動器閘不能松開，所以整流器交流電不能取自電動機接線盒內接線端(實際為變頻器輸出側)，而應取自變頻器的輸入側交流電壓是固定的。盤式制動電動機在變頻調速系統(tǒng)是經常用的，而不像雙速電動機和繞線轉子電動機將被淘汰。

4 齒輪電動機的變頻調速

通常稱齒輪電動機為減速機，由減速機與電動機連為一體，在電力拖動系統(tǒng)中，屬于傳動機構不可缺的設備。在該系統(tǒng)中完成調速預先設定的目標，通過改變頻率，完成再輔以電動機極對數(shù)的選擇，當工作機械要求轉速為幾轉時，變頻電動機將頻率調到最低，也滿足不了要求，如將電動機極對數(shù)加大，雖然可滿足要求，但電動機體積過大，費用太高。齒輪電動機可解決這一問題，為滿足負載要求大轉矩要求，功率不增大，齒輪電動機是最適合的。

4.1 齒輪電動機的特點

(1)由于齒輪箱的傳動效率很高，故齒輪箱輸出軸上的功率和電動機軸上的功率基本相等，相差很少。

(2)齒輪箱的減速比λ要大很多，因為齒輪箱軸上的輸出功率不變，輸出軸的轉矩被放大了λ倍。

4.2 齒輪電動機采用變頻調速后，滿足生產工藝更高要求，提高產品質量，通過變頻可以實現(xiàn)恒轉短調速。

(1)頻率上限。轉速過高，會引起齒輪箱磨損和振動的增加，故一般情況下工作頻率以不超過90Hz為宜。

(2)頻率下限。取決于潤滑劑的種類：①如果采用潤滑脂潤滑，可在任意低速運行。②如果采用潤滑油潤滑，轉速低會影響上半部齒輪潤滑，故不低于25Hz為宜。

5 牽引電動機的變頻調速

牽引電動機用于鐵路機車的驅動力，分直流牽引電動機和交流牽引電動機，本文只涉及交流牽引電動機，屬于交流異步電動機范疇。由于用戶使用要求具有特殊性，所以普通異步電動機有關國家標準和技術條件自成體系有其自己的產品標準和技術條件，不適用牽引電動機。

內燃機車并非用內燃機直接驅動機車，而是驅動發(fā)電機發(fā)電后，利用電動機驅動機車。20世紀90年代以前均被直流傳動壟斷，之后交流傳動開始用于機車牽引。發(fā)展至今，采用交流電直接輸入機車進行變頻傳動的電力機車開始推廣，出現(xiàn)電氣化鐵道是一個飛躍。變頻調速牽引電動機成為驅動主角，與直流傳動機相比，采用變頻調速的交流傳動具有很大的優(yōu)越性，主要有以下幾點。

5.1 變頻牽引電動機的恒功率區(qū)比直流電動機大許多，轉速更高，起動牽引力大，持續(xù)功率大，有利于實現(xiàn)重載和高速牽引。

5.2 牽引性能好。由于機車起動牽引力不是依靠過載電流來實現(xiàn)，所以起動時無過載，但牽引力大于直流傳動，并允許長期發(fā)揮大的牽引力，適用于重載及客貨機車。

5.3 交流變頻傳動可以很容易實現(xiàn)電氣制動，大大減少制動閘瓦的消耗，并可利用制動時反饋的能量，達到節(jié)能目的，另外交流傳動機具有優(yōu)良的粘著特性，這是個突出優(yōu)點，由于變頻牽引電動機具有很硬的機械特性，因此車輪不容易發(fā)生打滑或空轉。

5.4 交流傳動機的功率因數(shù)可接近1。

5.5 機車簧下重量大大減輕，可改善發(fā)送輪軌動力學性，降低機車輪緣磨耗。

6 結語

特殊電動機的變頻調速，就是將其有級調速改為無級調速，以便于提高工藝水平提高產品質量，但選用雙速電動機和繞線轉子電動機，已經有了正常變頻調速電動機進行替代，利舊改造只是暫時的。由此可見，齒輪電動機、盤式制動電動機已經成為變頻調速系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

20世紀90年代后，牽引電動機尚可稱為特種電動機，但到目前為止，已經采用了高大容量變頻器供電的變頻調速牽引電動機，屬于創(chuàng)新產品，為我國的電氣化鐵路提供可靠的驅動力。

[1] 曾先文.變頻調速技術基礎教程.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2] 劉洪文.變頻調速技術在節(jié)能領域的應用.防爆電機，2010.3.

[3] 劉衛(wèi)星，邵文娟.變頻調速異步電動機的控制.防爆電機，2010.5.

[4] 于淑華，王君實.變頻調速電動機繞組損壞原因分析.防爆電機，2013.2.

Frequency Variation and Speed Adjustment of Special Motor

YanDanandYanHong

(1.Jiamusi Explosion-Proof Electric Machine Institute, Jiamusi 154005, China；2.Jiamusi Electric Machine Co., Ltd., Jiamusi 154002, China )

This paper introduces variable-frequency adjustable-speed selection and characteristics of some kinds of special motors such as two-speed motor, gear motor, wound-rotor induction motor, disc braking motor and locomotive traction motor. It can provide technical reference for employed persons.

Special motor；frequency variation and speed adjustment；characteristic

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.01.10

TM301.2

B

1008-7281(2017)01-0036-002

閆丹 女 1978年生；畢業(yè)于哈爾濱師范大學漢語言文學專業(yè)，現(xiàn)從事電機技術等相關工作.

2016-03-18