三相异步电动机的调速原理及方法_杨勇

科技论坛 1概述 三相异步电动机由于结构简单 价格低廉 维护方便等优点被 广泛应用于现代企业中 在由三相异步电动机作为原动机的电力拖 动系统中 被拖动的生产机械为适应工艺过程的要求 往往需要改 变运行速度 实现生产机械转速变化的要求有两种办法 一是机械 调速即通过改变机械传动机构速比来使速度变化 二是电气调速即 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 本文主要从电气方面就三相异步电动机调速原理及手段 进行分析和讨论 实践生产中常用的电气调速方法比较多 这些方 法都是以三相异步电动机的调速原理作为根据的 为满足现代企业 对交流拖动设备的需求 如何合理地选择调速方法并发展更先进的 调速方法 对三相异步电动机的工作原理进行深入的分析并掌握其 调速的原理及方法是摆在相关技术人员和维护人员面前的一项现 实任务 2三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机也被称为感应电动机 与直流电动机不同 其 转子绕组是在旋转磁场的切割作用下产生感应电流 并在磁场中受 到电磁力作用 产生电磁转矩 从而使转子旋转 旋转磁场如何产生 的是理解三相异步电动机工作原理的关键 空间对称分布的三相定 子绕组通以三相对称交流电 由于交流电电流方向会随时间发生周 期性变化 使定子绕组磁场的方向随时间旋转 旋转方向由相序决 定 电流超前相指向电流滞后相 旋转速度与交流电频率成正比列 关系 与磁极对数成反比例关系 3三相异步电动机的调速原理 3 1 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 3 2 三相异步电动机的调速原理 三相异步电动机转子转速为 公式 1 式中 n 为电动机转速 n 0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 1 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 4三相异步电动机的调速方法 4 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 4 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 4 3 变转差率调速 即即通过改变三相异步电动机转差率实现调速目的的方法 4 3 1 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 4 3 2 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 4 3 3 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 5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 参考文献 1 杨宗豹 电机及拖动基础 M 北京 冶金工业出版社 2003 2 许晓峰 电机及拖动基础 M 北京 高等教育出版社 2000 三相异步电动机的调速原理及方法 杨 勇 吉林电子信息职业技术学院机电工程学院 吉林 吉林 132021 摘要 三相异步电动机由于结构简单 价格低廉 维护方便等优点被广泛应用于现代企业中 为满足现代企业对交流拖动设备的需 求 如何