繞線式異步電動機調速方式節能效果探討

周谷珍/重慶工程職業技術學院

繞線式異步電動機調速方式節能效果探討

周谷珍/重慶工程職業技術學院

本文對繞線式異步電動機轉子串電阻調速和串級調速兩種調速方式的節能效果進行分析，提出了一種新的調速方案，即轉子斬波調速。采用這種調速方案，對于節約電能有一定價值。

串電阻調速；串級調速；斬波調速；節能

1.轉子串電阻調速方式節能效果分析

繞線式異步電動機轉子串電阻調速方式，通常是在轉子回路中串接附加電阻，通過改變其轉差率以達到調速的目的。這種方法簡單方便，但卻存在一些問題，調速不平滑，是有級調速；低速時轉速波動大；轉子電阻及其開關設備體積大，屬于有觸點控制，帶電流切換電阻時故障率高；其轉差功率消耗在附加電阻上，電機運行能耗大，效率低，很不經濟。

2.串級調速方式節能效果分析

串級調速采用有源逆變的原理，用一套有源逆變設備代替轉子電阻及相應的開關設備，把原來消耗在附加電阻上功率發送到電網，用改變逆變角的方法來改變轉速。這種方法提高了效率，節省了部分電能，但系統設備復雜，投資大。

3.調速方式改進方案

3.1 改進思路

采用斬波電路，通過改變斬波電路的工作率，從而達到改變轉子的等效電阻的目的。

3.1.1 斬波開關電路的結構

電路如圖1所示，為并聯型斬波開關電路

圖1 并聯型斬波開關電路

3.1.2 斬波電路的工作原理

觸發導通VT1、VT3，電阻R2被VT1短接，同時，電容C開始充電直至U2，極性是上負下正，將VT3關斷。VT1導通一段ton的時間后，給VT2加觸發脈沖，因VT2承受著電容C上的正向電壓，VT2被觸發導通，于是電容C對VT1反向放電，使VT1關斷，電阻R2被接入主電路，接入的時間為VT1關斷時間toff。VT1關斷后，電容C繼續放電，并反向充電到Ud，其極性是上正下負，為再次觸發導通VT1、VT3提供條件。以上過程按一定的周期重復進行。

假設斬波電路的導通時間為ton，斷開時間為toff，則通斷周期為T，通斷周期為T=ton+toff，且恒定不變，則轉子的等效電阻

RAB=R2ton/T，令Kx= ton/T，則RAB= R2Kx

Kx為斬波電路的工作率。

改變斬波電路的工作率，就可以改變轉子的等效電阻R2。

3.2 改進后的斬波調速主電路分析

3.2.1 斬波調速主電路結構

如圖2所示，為并聯型斬波調速主電路接線圖

圖2 并聯型斬波調速主電路接線圖

圖2中，M是被調速的交流電動機，VD1～VD6構成轉子整流橋，R2是調速電阻，VT1是主晶閘管元件用作斬波開關，VT1、VT2、VT3、輔助電容C和整流橋VD7～VD12構成并聯型斬波開關電路，L1、L2是限流電感，LG是平波電抗器，T是電源變壓器。

3.2.2 斬波調速主電路的工作原理

從以上斬波開關電路的工作原理分析可知, 斬波電路相當于一個功率開關，主要起導通、關斷VT1的作用。當斬波電路導通時，R2被VT1短接，接到AB兩端的等效電阻為零；當斬波電路斷開時，接到AB兩端的等效電阻為R2；若斬波電路按一定的周期不斷的接通和斷開，則AB兩端的等效電阻就在零和R2之間變化，就相當于在轉子回路接入了一個變化的電阻，從而達到了調速的目的。

由此可見，該斬波調速方式實質上為轉子無級串電阻調速。

3.3 節能效益分析

3.3.1 電動機的輸出功率分析

假設電動機所帶負載為通風機負載，其轉距與轉速平方成正比，其功率與轉速的三次方成正比。在額定轉速nN下，電動機軸上的輸出機械功率為PN，則在轉速為n時，輸出機械功率為P2的標么值為：

如認為電動機的額定轉速近似同步轉速，則sN≈0，(1)式成為

3.3.2 節能分析

如果忽略電機本身損耗，則輸入功率近似為輸出功率，調速前軸上的輸入功率近似為額定功率PN；調速后電機輸出功率為P2，相應的輸入功率為故調速所節約的功率為節約的功率標么值為：

根據式（2）和（3），現列出電動機在不同負載時的節能效益對照表：

s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 n/n01 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 P2★1 0.729 0.512 0.343 0.216 0.125 0.064 0.02 0.008 0.01 0△P★0 0.19 0.36 0.54 0.64 0.75 0.84 0.91 0.96 0.99 1

從表中可以看出，當轉速從額定轉速nN降到0.8 nN時，△P★=0.36，

節能36％PN，并且隨著轉速降低，節能效果更加明顯。

4.結論

綜上所述：繞線式異步電動機采用轉子斬波調速方式，是利用晶閘管組成的斬波電路對轉子電阻進行連續的無觸點調節，是繞線式異步電動機調速方案中一種初期投資少、結構簡單、運行可靠、功率因素高的調速方案，在繞線式異步電動機拖動的通風機以及水泵系統中，采用這種調速方案，對于節約電能有一定價值。

[1]楊威 ，張金棟 .電力電子技術［M］.重慶大學出版社，2003.