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三相異步電動機的調(diào)速原理及方法
閱讀：2196 發(fā)布時間：2013-11-28
介紹三相異步電動機的七種調(diào)速方式及其特點,指明其適用的場合、情況。三相異步電動機轉(zhuǎn)速公式為：n=60f/p（1-s）從上式可見，改變供電頻率f、電動機的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。
原理分類：
一、從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。
1、不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有1）繞線式電動機的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、2）斬波調(diào)速、3）串級調(diào)速以及應用電磁轉(zhuǎn)差離合器、4）液力偶合器、5）油膜離合器等調(diào)速。不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法在生產(chǎn)機械中廣泛使用。
2、改變同步轉(zhuǎn)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(diào)速有能無換向電動機調(diào)速等。
二、從調(diào)速時的能耗觀點來看，有（1）調(diào)速方法與（2）低效調(diào)速方法兩種：調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。
調(diào)速方法：
一、變極對數(shù)調(diào)速方法：這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數(shù)達到調(diào)速目的。本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。
特點如下：1、具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；2、無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；3、接線簡單、控制方便、價格低；4、有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；5、可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較率的平滑調(diào)速特性。
二、變頻調(diào)速方法：變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交-直-交變頻器。本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。其特點：1、效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；2、應用范圍廣，可用于籠型異步電動機；3、調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；4、技術(shù)復雜，造價高，維護檢修困難。
三、串級調(diào)速方法：串級調(diào)速是指繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉(zhuǎn)差，達到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級調(diào)速可分為電機串級調(diào)速、機械串級調(diào)速及晶閘管串級調(diào)速形式，多采用晶閘管串級調(diào)速。本方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。其特點為：1、可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機械上，效率較高；2、裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速70%-90%的生產(chǎn)機械上；3、調(diào)速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產(chǎn)；4、晶閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。
四、繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法：繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。
五、定子調(diào)壓調(diào)速方法：改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此zui大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機，如調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調(diào)速在2：1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為*。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機械。調(diào)壓調(diào)速的特點：1、調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；2、調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。
六、電磁調(diào)速電動機調(diào)速方法：電磁調(diào)速電動機由籠型電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機械，都能自由轉(zhuǎn)動。電樞與電動機轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極，其磁通經(jīng)過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產(chǎn)機械。電磁調(diào)速電動機的調(diào)速特點：1、裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；2、調(diào)速平滑、無級調(diào)速；3、對電網(wǎng)無諧影響；4、速度失大、效率低。
七、液力耦合器調(diào)速方法：液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進入渦輪時，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)。液力耦合器的動力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)相對充液量的大小是一致的。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無級調(diào)速。本方法適用于風機、水泵的調(diào)速。其特點為：1、功率適應范圍大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要；2、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低；3、尺寸小，能容大；4、控制調(diào)節(jié)方便，容易實現(xiàn)自動控制。
原理分類：
一、從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。
1、不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有1）繞線式電動機的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、2）斬波調(diào)速、3）串級調(diào)速以及應用電磁轉(zhuǎn)差離合器、4）液力偶合器、5）油膜離合器等調(diào)速。不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法在生產(chǎn)機械中廣泛使用。
2、改變同步轉(zhuǎn)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(diào)速有能無換向電動機調(diào)速等。
二、從調(diào)速時的能耗觀點來看，有（1）調(diào)速方法與（2）低效調(diào)速方法兩種：調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。
調(diào)速方法：
一、變極對數(shù)調(diào)速方法：這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數(shù)達到調(diào)速目的。本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。
特點如下：1、具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；2、無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；3、接線簡單、控制方便、價格低；4、有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；5、可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較率的平滑調(diào)速特性。
二、變頻調(diào)速方法：變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交-直-交變頻器。本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。其特點：1、效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；2、應用范圍廣，可用于籠型異步電動機；3、調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；4、技術(shù)復雜，造價高，維護檢修困難。
三、串級調(diào)速方法：串級調(diào)速是指繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉(zhuǎn)差，達到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級調(diào)速可分為電機串級調(diào)速、機械串級調(diào)速及晶閘管串級調(diào)速形式，多采用晶閘管串級調(diào)速。本方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。其特點為：1、可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機械上，效率較高；2、裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速70%-90%的生產(chǎn)機械上；3、調(diào)速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產(chǎn)；4、晶閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。
四、繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法：繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。
五、定子調(diào)壓調(diào)速方法：改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此zui大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機，如調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調(diào)速在2：1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為*。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機械。調(diào)壓調(diào)速的特點：1、調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；2、調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。
六、電磁調(diào)速電動機調(diào)速方法：電磁調(diào)速電動機由籠型電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機械，都能自由轉(zhuǎn)動。電樞與電動機轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極，其磁通經(jīng)過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產(chǎn)機械。電磁調(diào)速電動機的調(diào)速特點：1、裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；2、調(diào)速平滑、無級調(diào)速；3、對電網(wǎng)無諧影響；4、速度失大、效率低。
七、液力耦合器調(diào)速方法：液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進入渦輪時，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)。液力耦合器的動力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)相對充液量的大小是一致的。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無級調(diào)速。本方法適用于風機、水泵的調(diào)速。其特點為：1、功率適應范圍大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要；2、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低；3、尺寸小，能容大；4、控制調(diào)節(jié)方便，容易實現(xiàn)自動控制。