交流异步电动机调速方法

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交流异步电动机调速方法

电机调速节能一直被广泛关注。风机和泵类采用电动机调速装置来代替阀门和挡板调节流量,有明显节电效果。这是因为由交流电动机驱动的风机和泵类都是平方转矩负载。它们的流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。即电机转速降低 1/2时，所需功率降至原来的1/8，由此可见调速节能的重要意义。

　　2异步电动机调速方法

　　电动机的转速n与同步转速no之间的关系为：

　　n=（1－s）no=(1－s)60f/p（1）

　　式中：s为电动机转差率；

　　 f为电网频率；

　　 p为极对数。

　　式（1）说明，改变电动机的转速有三种方法，就是改变转差率s、改变频率f、改变极对数p。由此产生了多种调速方法。目前几种比较成熟的调速方法的主要特点、接线方式、输出特性曲线、能量流图等如表1所列。

　　表1中和本文中的符号代表的意义如下：PW—电网提供的有功功率，P1—定子输入功率，ΔP1—定子损耗功率（包括铜损和铁损），P2—转子输入功率，ΔP2—转子损耗功率（包括铜损和铁损），PS—转差功率，ΔPS—转差功率变换过程中损耗的功率，PB—逆变器反馈回电网的功率，ΔPB—逆变器损耗功率，PM—机械功率，ΔPM—机械损耗功率（包括磨擦和其它附加损耗），PSC—电机输出的机械功率，PTS—调速装置输入功率，ΔPTS—调速装置的损耗功率，PZC—转差离合器输入功率，ΔPZC—转差离合器的损耗功率，PTR—变压器输入功率，ΔPTR—变压器损耗功率，Pe—双馈调速中超同步运行时扣除损耗之后的定子电磁功率。

表1异步电动机调速方法性能综合比较表

　　2.1改变转差率s的调速方法

　　1）调定子电压调速异步电动机的转矩（在一定转差率下）与定子电压的平方成正比。即M∝U2（M—电磁转矩，U—定子电压）。改变定子电压就可以改变转矩及机械性能，从而实现调速。该方法采用晶闸管“交流开关”调节定子电压。其调速范围较宽，简单可靠，价格便宜，但低速时功率因数低、损耗大、效率低、发热严重。输出特性软，不能承受重载。

　　2）转子串接电阻调速转子回路串接电阻可以改变转子电流，从而改变其机械特性曲线，达到调速的目的。但其调速性能不好，机械特性软，而且转差功率以热能的形式消耗在外接电阻上，效率太低。因此，渐渐被节能调速所取代。

　　3）电磁转差离合器调速这种方法电机本身并不调速，而是通过改变与它相连的电磁离合器的励磁电流来实现调速的。电磁转差离合器控制筒单，运行可靠，调速精确、价格便宜，而且能平滑调速。但其机械特性中存在失控区，特性软。低速时损耗大、效率低。

　　4）串级调速通过在转子回路引入附加电势的方法。调节附加电势的大小，就可以调节电动机的转矩和转速。如图1所示，通常转子回路接有不可控的整流器，将转子感应电势经整流器变换成直流电势，从转子吸收转差功率PS。转子侧直流附加电势由晶闸管逆变器产生（也有用直流电机等其它形式的）。逆变器所吸收的（扣除损耗的）转差功率PB经变压器T反馈回电网。这种方法调速范围宽、结构简单、效率高、可靠性高。缺点是过载能力差（过载能力比原电动机降低17％），功率因数较低，谐波电流较大，还需专门的启动设备。1984年研制出的斩波式逆变器串级调速方法，可以大大降低无功损耗、提高功率因数、减少高次谐波分量，从而提高了调速效率。

图1串级调速

　　5）双馈调速也是采用在转子回路引入附加电势的方法。不同的是，它将能量分别馈入电动机的定子绕组和转子绕组。定子绕组接入工频电源，转子绕组接到频率、幅值、相位和相序都可以调节的独立的交流变频电源上。根据变频电源频率控制方法不同，双馈调速分为自控式（图3）和他控式（图2）两种。

图2他控式双馈调速

图3自控式双馈调速

他控方式中，由专门的频率给定装置独立地控制变频器的输出频率。通常由独立的频率可调的低频三相正弦信号发生器产生给定信号。每个控制信号的给定值，对应一个确定的转速。

　　改变转子绕组电源的频率、幅值和相位，就可以调节电动机的转矩、转速、和无功功率。双馈调速不仅可以在低于同步转速以下运转，还可以在高于同步转速以上运转，具有优良的调速性能，过载能力大、转动惯量小、效率要高于串级调速。它在很宽的调速范围内都可以得到电动转矩和制动转矩。其突出优点就是在保证调速要求的同时，还可以独立地调节电动机定子侧的无功功率，使调速系统具有很高的功率因数。其功率转换是采用交—交变频器，直接进行能量交换，所以效率很高，是比较完善的调速装置。适用于多种生产机械，发展前途非常广阔。国外在20世纪80年代投入运行，我国上个世纪90年代开始应用。但它也存在谐波电流大的问题。

　　6）斩波式内反馈调速这是我国独有的，近十几年才兴起的新方法。它也是通过引入附加电势改变转差率的方法。它在串级调速的基础上又有所突破，把着眼点放在调速主体——电动机上，在电动机定子槽中通过多层嵌套方式安装了反馈调节绕组（这等于把逆变变压器和电动机巧妙地结合在一起）。内反馈调速的实质在于将部分转子功率PS（转差功率，见图4），通过调速装置反馈给电动机内部的调节绕组，反馈的功率越多，则轴输出功率的就越少，电机转速越低，即通过改变反馈的转差功率的多少使电动机转速得以连续调节。而调节绕组接受反馈功率则意味P1的减少，电能的节省。

图4斩波式内反馈调速装置主电路原理图

　　图中：1KM、2KM、3KM—开关，L1、L2、L3—电抗器，R—整流桥，

　　I—逆变桥，S—关断桥，Sc—斩波晶闸管，Rf—启动频敏电阻，C—电容，

　　D—逆阻二极管，F—保险，Load—电动机负载。

　　该方法是在常规串级调速的直流回路中，加入并联型直流斩波器。利用它对转子整流后的直流电流进行脉宽调制。控制斩波器的占空比就能调节直流侧的短路电流，从而间接地控制了反馈给调节绕组的转差功率，达到调速的目的。关断桥S的作用是关断斩波晶闸管Sc。逆阻二极管D、电感L2和电容C起隔离缓冲作用。加入斩波器使逆变器的触发角（β）不用调节，且固定在很小的角度，这样既大大提高了功率因数，减少了谐波电流对电网的污染，提高了系统的可靠性，又使逆变器的容量小很多（逆变器的容量=0.148P1）。因此，它具有结构简单、效率高、成本低、谐波幅值低的优点。但它只能在同步转速以下运行，而且不能利用原有的电动机，需购置专用的内反馈电动机（但却省掉了昂贵的逆变变压器）。在高电压、大容量的水泵、风机用绕线电动机调速中，显示出突出的优势。

as493428735 · 2016-1-26 00:14:08

看起来很不错的样子啊

sinap_zhj · 2016-1-26 04:35:09

交流异步电动机调速的经典方法很多种。能否介绍现代调速的最新成果？

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