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调速办法

从异步电动机的转速关系式:

n=n1(1-S)=60(f1/P)(1-S)

可见,要改动异步电动机的转速,可从下列三个方面着手:

    1、改动异步电动机定子绕组的极对数P,以改动定子旋转磁场的转速n1,即所谓变极调速(不能均匀调速)。

    2、改动电动机所接电源的频率以改动n1,即所谓变频调速;

    3、改动电动机的转差率S。

    4、其间,改动转差率S有许多种办法。当负载的总制动转矩不变时,与它平衡的电磁转矩也跟着不变,所以,从电磁转矩参数表达式(略)可见,当频率f1和极对数P不变时,转差率S是定子端电压、定子电阻、漏抗等物理量的函数,因而,改动转差率S的办法有下列几种:

    1、改动加与定子的端电压,为此需用调压器调压;

    2、改动定子电阻或漏抗,为此须在定子串联外加电阻或电抗器;

    3、改动转子电阻,为此选用绕线式电动机,在转子回路串入外加电阻;

    5、改动转子电抗,为此须在转子回路串入电抗或电容器;

    在转子回路中引进一个转差率f2=Sf1的外加电势,为此须使用另一台电机来供应所需的外加电势,该电机可与本来电动机共轴,或不共轴,这样将几台电机在电方面串联在一起以到达调速意图,称为串级调速。串级调速可用一种可控硅调速来替代。其基本原理为:先将异步电动机转子回路中的转差频率沟通电流用半导体整流器整流为直流,再经过可控硅逆变器把直流变为沟通,送回到沟通电网中去。这时逆变器的电压便相当于加到转子回路中的电势,操控逆变器的逆变角,可改动逆变器的电压,也即改动加于转子回路中的电势,从而实现调速的意图。

    从上剖析,可见异步电动机的调速办法许多,下面介绍主要的三种,即变极调速、变频调速和改动转子电阻调速。

    1、变极调速

    由于一般异步电动机正常运转时的转差率S都很小,电机的转速n= n1(1-S)决定于同步转速n1。从n1=60f1/P可见,在电源频率f1不变的状况下,改动定子绕组的极对数P,同步转速n1就发作改动,例如极对数添加一倍,同步转速就下降一半,随之电动机的转速也约下降一半。显着,这种调速办法只能做到一级一级地改动转速,而不是滑润调速。

    变极电动机一般都用鼠笼式转子,由于鼠笼转子的极对数能自动地跟着定子极对数的改动而改动,使定、转子磁场的极对数总是持平而发作平均电磁转矩。若为绕线式转子,则定子极对数改动时,转子绕组有必要相应地改动接法以得到与定子相同的极对数,很不便利。

    要使定子具有两种极对数,简略得到的办法是用两套极对数不同的定子绕组,每次用其间一套,即所谓双绕组变极,显着,这是一个很不经济的办法,只在特别状况下才选用。抱负的办法是:只装一套定子绕组而用改动绕组接法来获得两种或多种极对数,即所谓单绕组变极。关于倍极比状况(如2/4极、4/8极等),单绕组变极早已为人们所选用,跟着科学技术的开展,非倍极比(如4/6极、6/8极等)以及三速(如4/6/8等)选用单绕组变极也得到广泛使用。

    2、变频调速

    当电源的频率f1改动时,同步转速n1=60f1/P与频率成正比改动,所以电动机的转速n也随之改动,所以改动电源频率就可以滑润地调理异步电动机的转速。

    变频调速按操控办法不同,可分为U/f操控、转差频率操控、矢量操控和直接转矩操控等。

    (1) U/f操控。U/f操控是为了得到抱负的转矩-速度特性,依据在改动电源频率进行调速的一起,又要保证电动机的磁通不变的思维而提出的。通用型变频器基本上都选用这种操控办法。U/f操控变频器结构十分简略,缺陷是变频器选用开环操控办法,不能到达较高的操控功用,而且在低频时有必要进行转矩补偿,才干改进低频转矩特性。

    (2) 转差频率操控。转差频率操控是一种直接操控转矩的操控办法,它是在U/f操控的基础上,依照知道异步电动机的实践转速对应的电源频率,并依据希望得到的转矩来调理变频器的输出频率,就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种操控办法,在操控体系中需求装置速度传感器,有时还加有电流反馈,以对频率和电流进行操控,因而是一种闭环操控办法。该办法可以使变频器具有杰出的安稳性,并对急速的加减速和负载变动有杰出的呼应特性。

    (3)矢量操控。矢量操控是经过矢量坐标电路操控电动机定子电流的巨细和相位,以到达对电动机在d、q、O坐标轴系中的励磁电流和转矩电流别离进行操控,进而到达操控电动机转矩的意图。经过操控各矢量的效果次序、时刻以及零矢量的效果时刻,又可以构成各种PWM波,到达各种不同的操控意图,例如构成开关次数最少的PWM波以削减开关损耗。现在,在变频器中实践使用的矢量操控办法主要有依据专差频率操控的矢量操控办法和无速度传感器的矢量操控办法两种。

    依据转差频率的矢量操控办法与转差频率操控办法两者的定常特性一致,可是依据转差频率的矢量操控还要经过坐标改换对电动机定子电流的相位进行操控。使之满意必定的条件,以消除转矩电流过渡进程中的动摇。因而,依据转差频率的矢量操控办法比转差频率操控办法在输出特性方面能得到很大的改进。可是,这种操控办法归于闭环办法,需求在电动机上装置速度传感器,因而使用规模受到限制。

    无速度传感器矢量操控是经过坐标改换处理,别离对励磁电流和转矩电流进行操控,然后经过操控电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速,以到达操控励磁电流和转矩电流的意图。这种操控办法调速规模宽,起动转矩大,作业牢靠,操作便利,但核算比较杂乱,一般需求专门的处理器来进行核算。因而,该办法实时性不是太抱负,操控精度受到核算精度的影响。

    (4)直接转矩操控。直接转矩操控是使用空间矢量坐标的概念,在定子坐标系下剖析沟通电动机的数学模型,操控电动机的磁链和转矩,经过检测定子电阻来到达观测定子磁链的意图,因而省去了矢量操控等杂乱的改换核算,体系直观、简练,核算速度和精度都比矢量操控办法有所提高。即使在开环的状态下,也能输出100%的额外转矩,关于一台变频器向多台电动机供电的多拖动具有负荷平衡功用。

    变频调速用于风机和泵类机械的节能效果显着。

    以上各类操控适用于变频调速专用电机。变频电机由传统的鼠笼式电动机开展而来,把传统的电机风机改为独立出来的风机,而且提高了电机绕组的绝缘功用。

    3、转子回路串电阻调速

    在转子回路串一变阻器调速只适用于绕线式异步电动机。调速时的接线图和起动时的相同,所不同的是:一般起动变阻器都是短时作业的,而调速用的变阻器应为长期作业的。

    调速时的物理进程和直流电动机在电枢回路中串电阻调速相同。在变阻器的电阻添加开端瞬间,电动机的的转速还来不及改动,因而转子电流减小,相应地电磁转矩也减小,电动机的转速开端下降,而转子的电势开端添加,随之转子电流又回头添加。这个进程一向进行到转子电流添加到与其对应的电磁转矩和总负载转矩相互平衡停止,这时电动机在一个较低转速下安稳运转。

    当转子回路串入调速电阻时,若电动机总负载转矩坚持不变,电动机从一个运转点到另一个运转点,相应地转差率从S1添加到S2,转速则从n1(1-S1)降到n1(1-S2)。添加调速电阻,转速便越下降。

    从转子回路串电阻调速曲线图(略)可见在必定的调速电阻改动规模内,调速规模的巨细随负载的轻重而改动;在空载下调速,则调速规模甚小,实践上达不到调速的意图。

    此外,在恒转矩调速时,从电磁转矩参数表达式(略)可知,恒转矩调速时转差率s将随转子回路总电阻成正比例改动,总电阻添加一倍,则转差率也添加一倍,所以依据等效电路可见:恒转矩调速时,定、转子电流、输入功率、气隙磁场和电磁功率皆不变,而与转子回路串入电阻的巨细无关。所以,如果把转速调得愈低,即转差率愈大,就需求在转子回路串入愈大的电阻,随之转子铜耗就愈大,电动机功率就愈低。可见这种调速办法很不经济,下降转速所削减的输出功率悉数耗费于调速电阻的铜耗上。另一缺陷是转子加电阻后电动机的机械特性变软,即负载改动时转速将发作显著改动。

    由此可见在转子回路串电阻调速存在许多缺陷,但由于比较简略,又可滑润调速,在中小容量的绕线式电动机仍是用得不少,例如沟通电源的桥式起重机简直都用到这种办法调速。 


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