电气|电动机调速啥原理?找准这3点就明白了
电力百科第 10 期:异步电动机
1 三相异步电动机的调速原理
三相异步电动机转子转速为:
式中 n 为电动机转速;n0 为电动机定子旋转磁场转速;s 为转差率(转子转速落后旋转磁场转速的比率);f 为定子电源频率;p 为定子磁极对数。由公式可知:三相异步电动机转子转速由定子电源频率、磁极对数及转差率决定。要想改变电动机的转速只要改变定子电源频率、磁极对数及转差率即可达到调速的目的。
电气调速 即通过改变电动机电气参数,在负载不变的情况下,得到不同运行速度的方法。如果负载发生变化,电动机的转速会自动发生改 变,这是三相异步电动机本身具有的特性,所以电动机速度因为负载变化而变化不能称为调速。调速的几个性能指标:调速范围是指拖动系统最高转速与最低转速的比值,不同的生产机械对调速范围 提出了不同的要求,希望调速范围比较大则是共同要求;平滑性是指系统上一级转速与下一级转速比值,比值越接近 1,相邻两级速度就越接近,则调速的平滑性就越好;经济性是指调速设备投资、维护维修费用是否过高及调速手段是否节能等。
2 三相异步电动机的调速方法
2.1 变极调速
即通过改变三相异步电动机定子磁极对数调节电动机转速的方法。改变定子绕组的磁极对数,通常用改变定子绕组的接线方式来实现。由于只有定子和转子具有相同的极数时电动机才具有恒定的电磁转矩,才能实现机电能量的转换,因此,在改变定子极数的同时必须改变转子的极数,因鼠笼型电动机的转子磁极数能自动的根据定子磁极数改变,所以变极调速只适用于鼠笼式转子三相异步电动机。
2.2 变频调速
即通过改变电动机定子绕组电源频率实现调速目的的方法。在实践生产中仅改变电源频率并不能得到满足的调速特性,在调节电源频率的同时也要调节电源电压,使两者的比值相等,这样才能使电动机保持一个良好的运行特性;实现三相异步电动机的变频调速关键是要有一套能同时改变电源电压及频率的供电装置,可以将电压和频率固定不变的工频交流电转变成电压和频率可变的交流电,该装置称为变频器。
2.3 变转差率调速
即通过改变三相异步电动机转差率实现调速目的的方法。
a.绕线式电动机转子回路串电阻调速:电动机转子回路串电阻后电流下降,电磁转矩降低,因负载不变使电动机减速,这时旋转磁场切割转子绕组的速度增加使转子电流增加,电动机电磁转矩增大与负载转矩相等,于是电动机会稳定在该转速运行从而达到调速的目的。该方法优点是设备简单易于实现。缺点是属于有级调速平滑性差,低速时转差率大使电动机铜损耗增加,运行效率低,机械特性软。
b.绕线式转子电动机串级调速:在电动机转子回路不串入电阻,而是串接一个与转子电动势同频率的附加电动势以代替因串入电阻消耗的转差功率。串级调速完全克服了转子回路串电阻调速的缺点,具有高效率、无级平滑调速、较硬的低速机械特性等优点。
c.调压调速:即通过改变电动机定子绕组电压调节电动机转速的方法。电压降低使电动机每极磁通量减小,电动机电磁转矩减小,因负载不变使电动机减速,这时旋转磁场切割转子绕组的速度增加使转子电流增加,电动机电磁转矩增大与负载转矩相等,于是电动机会稳定在该转速运行从而达到调速的目的。因三相异步电动机的电磁转矩与定子绕组端电压的平方成正比例关系,降压的同时电动机输出转矩也大大降低,所以该方法只适用于轻载或泵类及风机类负载调速。
3 结论
三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速。其中变转差率调速包括绕线式电动机转子回路串电阻调速、串级调速和调压调速。变极调速是通过改变定子绕组的接线方式改变电动机的极数从而实现电动机转速的变化,该方法属于有级调速;变频调速是现代交流调速技术的主要方向,属于无级调速;绕线式电动机转子回路串电阻调速方法简单、易于实现,但调速是有级的不平滑,转速稳定性差、效率低;串级调速完全克服了转子回路串电阻调速的缺点,但设备要复杂得多;降压调速主要用于泵类及风机类负载调速。
上图为绕线式电机