淺析三相異步電動(dòng)機(jī)的常用調(diào)速方法

郭佳軍

佳木斯電機(jī)股份有限公司質(zhì)量保障部

淺析三相異步電動(dòng)機(jī)的常用調(diào)速方法

郭佳軍

佳木斯電機(jī)股份有限公司質(zhì)量保障部

三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能業(yè)內(nèi)認(rèn)可度普遍偏低，因此，改進(jìn)三相異步電動(dòng)機(jī)性能已經(jīng)成為能源節(jié)約、技術(shù)改革的當(dāng)務(wù)之急。同時(shí)，變頻器調(diào)速的逐漸投入使用及其突出的節(jié)能效果，為三相異步電動(dòng)機(jī)性能發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)新空間。

節(jié)約用電；變頻調(diào)速；轉(zhuǎn)差損耗

前言：

本文以常用的三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法為主要內(nèi)容進(jìn)行分析研究，以便于更好的發(fā)揮電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能，將電機(jī)能量損耗降至最低，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的根本目的，達(dá)到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的理想狀態(tài)。

1.三相異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方法

變極對(duì)數(shù)、雙饋調(diào)速、定子變頻、定子調(diào)壓及串級(jí)調(diào)速是三相異步電動(dòng)機(jī)幾種常見(jiàn)的調(diào)速方法。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速能耗可具體分為高效和低效調(diào)速兩種方法，例如調(diào)速時(shí)沒(méi)有轉(zhuǎn)差損耗的變頻調(diào)速、多速電動(dòng)機(jī)以及回收轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法，這就是高效調(diào)速；低效調(diào)速顧名思義就是有轉(zhuǎn)差損耗方法，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法、電磁離合器調(diào)速方法、液力耦合器調(diào)速方法在調(diào)速過(guò)程中都產(chǎn)生了能量損耗。經(jīng)常長(zhǎng)期的工作實(shí)踐驗(yàn)證，調(diào)速范圍越大轉(zhuǎn)差損耗也就越大，同理調(diào)速范圍越小，能量損耗也越小。

由n=60f/p(1-s)f這一公式可知，若想要改變異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，應(yīng)從三方面入手：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率、電動(dòng)機(jī)定子繞組磁極對(duì)數(shù)、供電源頻率，與其相對(duì)應(yīng)的調(diào)速方法有變頻調(diào)速、變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，下面我們就這三種調(diào)速方法進(jìn)行具體介紹。

2.變極調(diào)速

根據(jù)n=60f/p這一轉(zhuǎn)速公式我們可以了解到，只要p磁極對(duì)數(shù)同步轉(zhuǎn)數(shù)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速。而異步電動(dòng)機(jī)則需要定子和轉(zhuǎn)子具有相同的磁極對(duì)數(shù)，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換才能夠?qū)崿F(xiàn)，這就意味著定子磁極對(duì)數(shù)改變的同時(shí)，必須要對(duì)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。想要滿足繞線式電動(dòng)機(jī)的這一要求就有一定的難度了，必須要改變繞組接法才能使轉(zhuǎn)子繞組極數(shù)發(fā)生變化。通常在實(shí)際工作當(dāng)中，除必要情況外我們很少采用這種方法。鼠籠式電動(dòng)機(jī)調(diào)速多采用這一方法。

變極調(diào)速擁有良好的穩(wěn)定性和較硬的機(jī)械特性，轉(zhuǎn)差損耗幾乎為零，調(diào)速效率高，操作方便、價(jià)格低廉，但該方法屬于有機(jī)調(diào)速，各級(jí)極差大，因而難以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。

3.轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變

下面我們就如何通過(guò)改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速進(jìn)行具體闡述，轉(zhuǎn)差率調(diào)速大致可分為定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速。定子電壓的平方同異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩成正比，定子電壓變化就會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性產(chǎn)生影響。由于其轉(zhuǎn)子電阻較小，轉(zhuǎn)速越高電流越小，因而普通籠式電機(jī)不宜采用該方法，反倒更適合繞線式異步電動(dòng)機(jī)，同時(shí)還能夠環(huán)節(jié)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱狀況。繞線式電動(dòng)機(jī)也可以采用轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速方法，電機(jī)轉(zhuǎn)子電路中的串入調(diào)速電阻負(fù)載一定時(shí)，串接電阻越小電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，電阻越大轉(zhuǎn)速越低。該方法應(yīng)用設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作，早期成本低，但轉(zhuǎn)差功率大量消耗于電阻，機(jī)械特性軟，屬于有級(jí)調(diào)速。串級(jí)調(diào)速主要用于繞線式電動(dòng)機(jī)，它采用附加電勢(shì)變動(dòng)改變電機(jī)轉(zhuǎn)差的方式，該方法有點(diǎn)在于設(shè)備占地小、機(jī)械特性較硬、無(wú)旋轉(zhuǎn)部分、維護(hù)簡(jiǎn)便、噪音小，能夠?qū)⒋蟛糠值恼{(diào)速轉(zhuǎn)差損耗反饋到生產(chǎn)機(jī)械或是電網(wǎng)上，工作效率高，是目前為止繞線式電動(dòng)機(jī)中發(fā)展前景較好的調(diào)速方法之一，但該方法不足之處在于轉(zhuǎn)子回路裝設(shè)了電抗器、功率因數(shù)低。

4.變頻調(diào)速

通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式可知，轉(zhuǎn)差率產(chǎn)生微小變化時(shí)，異步電機(jī)轉(zhuǎn)速同電源頻率基本上是正比關(guān)系，電源頻率變化就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)，該方法較為經(jīng)濟(jì)適用，是電動(dòng)機(jī)調(diào)速主流方向之一。同時(shí)可控硅靜正變頻裝置的應(yīng)用進(jìn)一步提高了變頻調(diào)速方法的實(shí)用性，為變頻調(diào)速方法的推廣和發(fā)展開(kāi)拓了一個(gè)廣闊的天地。

目前變頻調(diào)速器多采用數(shù)字化技術(shù)，其設(shè)備逐漸微縮化、精確化、科學(xué)化程度更高。從設(shè)備應(yīng)用方面，變頻調(diào)速器不僅具有良好的節(jié)電性能，還具有良好的自我故障診斷能力、易于維護(hù)、保障功能較為健全；平滑無(wú)級(jí)調(diào)速精度較高；電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大電流小，對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)沖擊小，轉(zhuǎn)矩具有較大的功能提升空間；功率因素高等。

5.電磁調(diào)速法

籠型電動(dòng)機(jī)、直流勵(lì)磁電源及電磁轉(zhuǎn)差離合器是電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的主要組成部分。直流勵(lì)磁電源運(yùn)行功率小，多由全波或半波閘管整流器構(gòu)成，通過(guò)改變閘管導(dǎo)通角就能夠達(dá)到改變勵(lì)磁電流的目的。而電磁轉(zhuǎn)差離合器則分為磁極、勵(lì)磁繞組和電樞。電樞同其他兩部分不存在機(jī)械聯(lián)系，均可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)主動(dòng)部分是指電樞同電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子之間的軸連接，而從動(dòng)部分是指磁極連接軸節(jié)同負(fù)載軸的對(duì)接。電樞和磁極同為靜止時(shí)，勵(lì)磁繞組通直流，氣隙周圍產(chǎn)生兩級(jí)交替磁極，磁通經(jīng)過(guò)電樞。當(dāng)電樞同磁極產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電樞感應(yīng)漩渦隨之而生。在磁通和渦流之間相互作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，并隨著有磁極轉(zhuǎn)子同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速恒小于電樞轉(zhuǎn)速時(shí)，屬于轉(zhuǎn)差調(diào)速的一種。

電磁調(diào)速具有以下特點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單、易于操作、設(shè)備運(yùn)行安全可靠，調(diào)速平滑、易于維護(hù)，是無(wú)級(jí)調(diào)速中發(fā)展前景較好的一種調(diào)速方式，建議在短時(shí)速運(yùn)轉(zhuǎn)和平滑動(dòng)運(yùn)行，中小功率的生產(chǎn)機(jī)械中使用。

不論是變極調(diào)速、轉(zhuǎn)差率調(diào)速還是變頻調(diào)速、電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法均擁有著同樣的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、成本低，應(yīng)用廣泛，幾乎遍及各行各業(yè)的不同生產(chǎn)角落，它在我們的生產(chǎn)和生活中扮演了重要的角色。因此，三相異步電動(dòng)機(jī)完全可以采用經(jīng)濟(jì)、合理、可靠性高的電機(jī)調(diào)速手段就可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，三相異步電動(dòng)機(jī)同普通異步電動(dòng)機(jī)略有不同，它的運(yùn)行性能同電機(jī)本體、調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)均有著密切的關(guān)系。同時(shí)這也決定了三相異步電動(dòng)機(jī)必須要在電機(jī)設(shè)計(jì)中兼顧電機(jī)本體及調(diào)速系統(tǒng)，此類做法無(wú)疑增加了三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)備應(yīng)用的靈活性和調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。因此，在三相異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用當(dāng)中必須要全面考慮設(shè)備的全面控制和變頻器，綜合考量電機(jī)性能和使用操作優(yōu)化，努力提升三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能。

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