三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略探討

馮志華

摘要：文章闡述了加強(qiáng)三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略的研究與探索的重要意義，探討了三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速基本原理，提出了三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的對(duì)策措施。

關(guān)鍵詞：三相異步；電動(dòng)機(jī)；調(diào)速；對(duì)策

中圖分類(lèi)號(hào)：TM32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）22-0075-03三相異步電動(dòng)機(jī)是一種重要的能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，其工作原理是內(nèi)部轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場(chǎng)間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和電流，并與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)為外界輸送動(dòng)力的目的。異步電動(dòng)機(jī)與其他類(lèi)型電動(dòng)機(jī)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)行穩(wěn)定、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高、便于維護(hù)、動(dòng)力強(qiáng)勁等，因此三相異步電動(dòng)機(jī)在企業(yè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到大力推廣和廣泛運(yùn)用，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活提供了高效的動(dòng)力來(lái)源。但相對(duì)而言，三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速較為困難。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，交流電機(jī)調(diào)速日趨完善，其調(diào)速性能可以與直流電機(jī)媲美，價(jià)格也不高。因此交流電機(jī)電力拖動(dòng)系統(tǒng)正逐步取代直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)。加強(qiáng)三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的研究，根據(jù)不同的拖動(dòng)環(huán)境，科學(xué)制定三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略，可以更好地發(fā)揮三相異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)，更好地為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

服務(wù)。

1三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速基本原理

三相異步電動(dòng)機(jī)是通過(guò)其內(nèi)部轉(zhuǎn)子與磁場(chǎng)間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流，并產(chǎn)生磁場(chǎng)，與原有磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生向外輸送動(dòng)力的作用力。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由以下公式進(jìn)行計(jì)算：

n=60f/p(1－s)

式中：

n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

f——電動(dòng)機(jī)所采用電源頻率

p——電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)

s——轉(zhuǎn)差率

由上式可知，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)所采用的電源頻率、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率等因素所決定，因此，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速要著重從以上幾個(gè)方面入手，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速操作。根據(jù)上式中電動(dòng)機(jī)所采用的電源頻率f、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速，具體而言，三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法主要有變極調(diào)速、變阻調(diào)速和變頻調(diào)速等幾種。變極調(diào)速是針對(duì)極對(duì)數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，就是通過(guò)改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速；變阻調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率來(lái)改變轉(zhuǎn)子電阻，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的；變頻調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)供電頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。

三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速?gòu)哪芎摹⒎绞降确矫妫梢赃M(jìn)行如下歸類(lèi)：一是從調(diào)速的本質(zhì)分，各種調(diào)速方式主要是通過(guò)改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速和不改變同步轉(zhuǎn)速兩類(lèi)。不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法主要有繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、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(jī)械中廣泛使用。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對(duì)數(shù)的多速電動(dòng)機(jī)，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無(wú)換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。二是從調(diào)速時(shí)的能耗角度分，主要有高效調(diào)速和低效調(diào)速兩種主要方法：高效調(diào)速指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，因此無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動(dòng)機(jī)、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(jí)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；電磁離合器調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速方法，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很

小的。

2三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略探討

三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速主要涉及上文所述的三個(gè)因素，因此，要立足于改善這幾項(xiàng)主要因素，審慎實(shí)施三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)調(diào)速，降低電動(dòng)機(jī)能耗。

2.1變極對(duì)數(shù)電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略

對(duì)于一些機(jī)床、車(chē)床、起重機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、抽水機(jī)等普通機(jī)械設(shè)備，對(duì)調(diào)速?zèng)]有特殊要求，更沒(méi)有必要采取無(wú)級(jí)調(diào)速。對(duì)于這種設(shè)備所采用的三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，可以通過(guò)改變定子繞組的接紅的方式，以改變籠型電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù)，從而達(dá)到調(diào)速目的。變極對(duì)數(shù)的調(diào)速策略具有性?xún)r(jià)比高、損耗低、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于一些無(wú)特殊要求的普通機(jī)械設(shè)備，可以采用變極對(duì)數(shù)的調(diào)速策略進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速。

2.2串級(jí)電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略

繞線式異步電機(jī)的雙饋調(diào)速要求加在電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電壓頻率與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同頻率，這樣使控制電機(jī)變得復(fù)雜了。如果把異步電機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)，同時(shí)把轉(zhuǎn)子外加電壓也變?yōu)橹绷鳎@樣就免去了對(duì)轉(zhuǎn)差頻率的檢測(cè)、控制，主電路和控制系統(tǒng)也相對(duì)簡(jiǎn)單得多，符合三相異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速策略的基本思路。串級(jí)調(diào)速就是在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)，以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。串級(jí)電動(dòng)機(jī)調(diào)速策略能夠有效降低調(diào)速損耗，提高電動(dòng)機(jī)效率。而且當(dāng)調(diào)速機(jī)械出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以進(jìn)行全速切換，能有效降低因電動(dòng)機(jī)停車(chē)而造成的損失。

2.3能耗轉(zhuǎn)送調(diào)速策略

能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子上，因此隨著轉(zhuǎn)差率的增加，轉(zhuǎn)差功率的消耗也會(huì)增加，這將引起轉(zhuǎn)子發(fā)熱加劇、效率降低。這種調(diào)速方式稱(chēng)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速，它包括定子調(diào)壓調(diào)速、繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速。定子調(diào)壓調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子電壓，使轉(zhuǎn)子因電流的不同，產(chǎn)生與磁極間不同的扭力，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的動(dòng)力和速度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，定子調(diào)壓調(diào)速最好的方式是采用晶閘管調(diào)壓方式，該種調(diào)壓調(diào)速方式設(shè)備要求簡(jiǎn)單、能耗較低、調(diào)速效果好。繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法是通過(guò)在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)電阻，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速法通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角，以改變勵(lì)磁電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速法具有控制簡(jiǎn)便、便于維護(hù)、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)可行、調(diào)速效果好等優(yōu)點(diǎn)。

2.4液力耦合器調(diào)速策略

液力耦合調(diào)速策略是利用液力耦合調(diào)速器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速操作。液力耦合調(diào)速器是一種基于液力的傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)，主要由泵輪、渦輪和液體組成，并密閉在一起，該傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳輸?shù)墓δ芘c充液量的多少具有一致性。因此，可以通過(guò)改變充液量及比率，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。液力耦合調(diào)速策略具有調(diào)速范圍廣、功能強(qiáng)大、操作方便、便于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.5電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速策略

變頻調(diào)速是改變異步電動(dòng)機(jī)定子電源頻率，從而改變同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的一種方法。這種調(diào)速方法有很大的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和足夠硬度的機(jī)械特性，使異步電動(dòng)機(jī)可獲得類(lèi)似于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速是目前異步電機(jī)調(diào)速的主流方法，這種運(yùn)行方式一般應(yīng)用于拖動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)和升速階段。為了系統(tǒng)盡快起動(dòng)，電機(jī)需要運(yùn)行在比較高的轉(zhuǎn)矩情況下，并且保持恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。變頻調(diào)速策略具有調(diào)速可靠性高、控制精度高、能耗低、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)，也具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)高、成本突出、維護(hù)保養(yǎng)能力大等特點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)，要具體問(wèn)題具體分析，采取變極對(duì)數(shù)電動(dòng)機(jī)調(diào)速、串級(jí)電動(dòng)機(jī)調(diào)速、能耗轉(zhuǎn)送調(diào)速、液力耦合器調(diào)速、電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速等不同的調(diào)速策略，以提高電動(dòng)機(jī)調(diào)速的實(shí)效。

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