異步電動機的變轉(zhuǎn)差率調(diào)速原理

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯異步電動機的變轉(zhuǎn)差率調(diào)速原理 1、定子調(diào)壓調(diào)速 由異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性方程可知，異步電動機的轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。因此，轉(zhuǎn)變異步電動機的定子電壓也就是轉(zhuǎn)變電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性，從而實現(xiàn)調(diào)速，這是一種比較簡潔的方法。尤其是晶閘管技術(shù)的進展，以及晶閘管“溝通開關(guān)”元件的廣泛運用。（1）溝通調(diào)壓電路圖1（a）所示為單相溝通反并聯(lián)電路，圖1（b）所示為采納雙向晶閘管的溝通調(diào)壓電路，圖1（c）所示為其帶電阻性負載時的電壓電流波形圖。由圖可知，當(dāng)電源電壓為正半周時，在掌握角為的時刻觸發(fā)VS1使之導(dǎo)通，電壓過零時，VS1自行關(guān)斷。負半周時，在同一掌握角下觸

2、發(fā)VS2，如此不斷重復(fù)，負載上便得到正負對稱的溝通電壓。轉(zhuǎn)變晶閘管掌握角的大小就可以轉(zhuǎn)變溝通電壓的大小。對于電阻性負載其電流波形與電壓波形同相的。晶閘管溝通調(diào)壓的觸發(fā)電路在原理上與晶閘管整流所用的觸發(fā)電路是相同的，只是要使每周期輸出的兩個脈沖彼此沒有公共點且要有良好的絕緣。若晶閘管調(diào)壓電路帶電感性負載，其電流波形由于電感上的電流不能突變而有滯后現(xiàn)象，其波形如圖1（d）所示。 圖1 晶閘管溝通調(diào)壓電路 由于電感性負載中的電流的波形滯后于電壓的波形，因此，當(dāng)電壓過零變?yōu)樨摰臅r候電流經(jīng)過一個延遲角才能降到零，從而晶閘管也要經(jīng)過一個延遲角才能關(guān)斷。延遲角的大小與掌握角、負載功率因數(shù)角都有關(guān)系，這一點與

3、單相整流電路帶電感性負載非常相像。 將三對反并聯(lián)的晶閘管分別接至三相負載即構(gòu)成了一個典型的三相溝通調(diào)壓電路。負載可以是Y形連接，也可以是三角形連接，Y形連接的三相異步電機負載溝通調(diào)壓調(diào)速電路1（e）所示。（2）異步電動機的調(diào)壓特性一般而言，異步電動機在輕載時，即使外加電壓變化很大，轉(zhuǎn)速變化也很小。而在重載時，若降低供電電壓，則轉(zhuǎn)速下降，同時最大轉(zhuǎn)矩也快速下降，可能會消失過載甚至停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，從而引起電動機過熱甚至燒壞。因此，了解異步電動機調(diào)壓時的機械特性，對于了解如何轉(zhuǎn)變供電電壓來實現(xiàn)勻稱調(diào)速是非常有益的。如圖2所示，對于一般異步電動機，當(dāng)轉(zhuǎn)變定子電壓時，得到一組不同的機械特性。在圖9.5中，同時

4、畫出了恒轉(zhuǎn)矩負載（直線1）和風(fēng)機水泵類負載（曲線2）的特性。對于恒轉(zhuǎn)矩負載，電動機只能在機械特性的直線段（到段）穩(wěn)定運行，在不同電壓下，穩(wěn)定運行點為，轉(zhuǎn)變電壓時速度變化不大，而最大轉(zhuǎn)矩卻快速減小，所以調(diào)速范圍特別有限。對于籠型異步電動機，可以將電動機轉(zhuǎn)子的鼠籠由鑄鋁材料改為電阻率較大的黃銅條，使之具有較傾斜的機械特性。即使這樣，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍仍舊不大，而且低速運行穩(wěn)定不好，不能滿意生產(chǎn)機械的要求。而對于風(fēng)機水泵類負載，電動機可以穩(wěn)定運行在機械特性的任何一點，調(diào)壓調(diào)速范圍寬。 圖2異步電機調(diào)壓調(diào)速時的機械特性 依據(jù)異步電動機的運行原理，當(dāng)電動機定子接入三相電源后，定子繞組中建立的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞

5、組中感應(yīng)出電流，兩者相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T。這個轉(zhuǎn)矩將使轉(zhuǎn)子加速直到最終穩(wěn)定運行于低于同步轉(zhuǎn)速的某一速度為止。由于旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子具有不同的速度，因此，傳到轉(zhuǎn)子上的電磁功率與轉(zhuǎn)子軸上產(chǎn)生的機械功率之間存在功率差，這個功率差稱為轉(zhuǎn)差功率，它將通過轉(zhuǎn)子發(fā)熱而消耗掉。在較低速時，轉(zhuǎn)差功率將很大，所以，這種調(diào)壓調(diào)速方法不太適合于長期工作在低速的工作機械，如要用于這種機械，電動機容量就要適當(dāng)選擇大一些。 假如負載具有轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小的特性，如圖所示曲線2，則當(dāng)向低速方向調(diào)速時轉(zhuǎn)矩減小，電磁功率及輸入功率也減小，從而使轉(zhuǎn)差功率較恒轉(zhuǎn)矩負載時小得多。因此，調(diào)壓調(diào)速方法更適合于風(fēng)機水泵類的負載，調(diào)速范圍較寬。這

6、類產(chǎn)品許多，例如：美國A-B公司的智能馬達掌握器SMC（smart motor controller），就是在溝通電源與電動機之間接入六個晶閘管元件進行溝通調(diào)壓，每相串接兩個反并聯(lián)的晶閘管，使電流可以正、反向流淌。智能馬達掌握器具有斜波起動、限流起動、全壓起動、雙斜波起動、泵掌握、預(yù)制低速運行、智能制動、帶制動的低速運行、軟停止、精確停車、相平衡等掌握和故障診斷功能，它還能與RS-232、RS-485、柔性I/O、Device Net通信，這樣就可以便利地集成到現(xiàn)有的自動掌握系統(tǒng)中去，特殊是它的價格比變頻器低得多，因此在調(diào)速精度要求不太高的場合使用較多，如通風(fēng)機、切碎機、攪拌機、離心泵等。 2

7、、繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 繞組式異步機轉(zhuǎn)子串電阻時的機械特性如圖3所示，其中為轉(zhuǎn)子固有電阻，為串接電阻，且。 圖3 繞組式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻時的機械特性 3、繞線式異步電機串級調(diào)速 前面介紹的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法（調(diào)壓調(diào)速、串電阻調(diào)速等），都是以轉(zhuǎn)差功率損耗為代價的，效率較低，鋪張大。如何將消耗于轉(zhuǎn)子電阻的功率利用起來，同時又能提高調(diào)速性能，這就是串級調(diào)速方法的指導(dǎo)思想。 對于繞線式異步電機，在其轉(zhuǎn)子上不是串入電阻，而是串入與轉(zhuǎn)子電勢同頻率的附加電勢，這時轉(zhuǎn)子電流I2變?yōu)?（9.2） 可見，在轉(zhuǎn)子回路中，串入與E2同相頻率的溝通附加電勢后，假如與E2同相位則轉(zhuǎn)子電流增大，從而使，電機轉(zhuǎn)速上升。同理，若與E2反相，則轉(zhuǎn)子電流減小，使電機的轉(zhuǎn)速下降。通過轉(zhuǎn)變的幅值和相位來實現(xiàn)調(diào)速，同時通過產(chǎn)生的電路將轉(zhuǎn)差功率返回到電源去。因此，即使電動機運行在低速，也只有少量功率消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，仍具有較高的效率。串極調(diào)速要求有一個與轉(zhuǎn)子電勢同頻率的附加電勢，真正實現(xiàn)起來特別困難。由于，轉(zhuǎn)子電勢的頻率是隨轉(zhuǎn)速調(diào)整和轉(zhuǎn)差率的變化而變化的。但是，串級的目的是利用附加電勢和轉(zhuǎn)子電流的相互作用來汲取或供應(yīng)轉(zhuǎn)差功率，為此，我們可以通過變換的方法，將轉(zhuǎn)子的溝通電壓變成直流電壓，再串入直流的附加電勢，直流附加電勢由晶閘管逆變裝置供應(yīng)，這樣就避開了需要隨時轉(zhuǎn)變附加電勢頻率的簡單問題