1. 交流异步电动机调速
单相电机调速方法:
1、串电抗器调速:将电抗器与电动机定子绕组串联,利用电抗器上产生的压降使加到电机定子绕组上的电压低于电源电压,从而达到降低电动机转速的目的。
此种调速方法,只能是由电机的额定转速往低调。多用在吊扇及台扇上。
2、电动机绕组内部抽头调速:通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及工作绕组的接线方法,从而达到改变电动机内部气隙磁场的大小,达到调节电动机转速的目的。有L型和T型两种接法。
3、交流晶闸管调速:利用改变晶闸管的导通角,来实现调节加在单相电动机上的交流电压的大小,从而达到调速的目的。
此方法可以实现无级调速,缺点是有一些电磁干扰。常用于电风扇的调速上。
4,变频器调速。
5,变极调速。(比如二极变四极,六极八极)
2. 交流异步电动机调速控制系统
交流伺服电机的变频调速 根据交流电机的转速公式,实现交流电机的调速有三种方式: 1) 改变极对数(p),只能实现有级变速; 2) 控制滑差率(s),交流异步电机才能实现,且调速范围窄,不易控制; 3) 改变交流频率(f),可实现宽范围的无级调速,且转速与频率成正比; 变频调速时,需要同时改变定子的相电压,以维持Φ接近不变,使输出转矩也接近不变(恒转矩)。 调频调压电源通常采用交流----直流----交流的变换电路实现,这种电路的主要组成部分是三相电流逆变器。
3. 交流异步电动机调速方法应用最广
1.
变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的,特点如下: 具有较硬的机械特性,稳定性良好; 无转差损耗,效率高; 接线简单、控制方便、价格低; 有级调速,级差较大,不能获得平滑调速; 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
2.
变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类,目前国内大都使用交-直-交变频器。其特点: 效率高,调速过程中没有附加损耗; 应用范围广,可用于笼型异步电动机; 调速范围大,特性硬,精度高; 技术复杂,造价高,维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
3.
串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收,再利用产生附加的装置,把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为: 可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高; 装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上; 调速装置故障时可以切换至全速运行,避免停产; 晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大。 本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
4.
绕线式电动机转子串电阻调速方法 绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大,电动机的转速越低。此方法设备简单,控制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速,机械特性较软。
4. 交流异步电动机调速方法的优缺点
优点:
1.结构简单稳定性好,抗震动性能优越。
2.不存在衰退现象,因为它的磁场并不依靠磁铁产生,这就使得它的工作温度和退磁性都比永磁同步电机要好。只要不损坏,就不存在动力下降的问题。
3.功率大,恒速性能强,因为它的磁场会根据输入的电流变化而变化(一个可变过程),这就使得它在空载到满载的过程中能够接近恒速变化。
缺点:
1.可调速性不好,因为恒速性能好,自然调速就比较困难,所以装备交流异步电机的特斯拉控制器极其昂贵。
2.需要交流电才能运转,新能源汽车都采用电池供电,电池属于直流电,这里就设计直流转交流的过程,而这一过程处理在世界上都还没有一个较为满意的解决办法,更何况特斯拉这种1.9秒破百的电机瞬间电流能够达到上百安倍,这又将是一个挑战。
5. 交流异步电动机调速方法按照转差功率变化情况可以分成
异步机转速公式的质疑
公式是客观规律的数学表达形式,它只能产生于已有的定律、公式,而不能产生于人为的定义。
经典电机学的异步机转速公式是这样建立的。
首先定义转差率S
令S=(n1-n)/n1(1)
式中:n1为同步转速
n为电机转速
显然,式1是定义式而非公式
由式1,经代数变换得
n=n1·(1-S)(2)
可见式2仍然是定义式,它只不过是式1的另外一种表达形式。
又,由于
n1=60f1/p(3)
这是公式,将式3代入定义式2,于是
n=60f1/p·(1-S)(4)
我们注意到,式4与式2没有本质变化,尽管式3是公式,但它仅仅起到参数变换作用,并没有改变式1、2的定义式性质。因此,我们认为的转速公式4只不过是人为的定义式,在没有经过公式化论证之前,是不能称其为公式的。
2、电机转速的通用公式
异步机转速公式应该严格遵循相关的定理和公式推导得出。作为电动机的一种,异步机转速必然遵循电机转速的普遍规律。
根据动力学,电动机的转速可普遍表为
Ω=PM/M(5)
式中:Ω电动机角速度
PM——机械功率
M——电磁转矩
按电机能量转换守恒,调速状态下电动机的转子(或电枢)功率方程为
PM=ΣPem-Σ△P2(6)
式中:ΣPem——净电磁功率
Σ△P2净损耗功率
因此电机转速为
Ω=ΣPem/M-Σ△P2/M
=Ωok-ΔΩ(7)
其中:Ω=ΣPem/M称为调速理想空载转速
ΔΩ=Σ△P2/M称为转速降
可见,电机转速均可表达为理想空载转速与转速降差值。其中,理想空载转速决定于转子(或电枢)的净电磁功率,转速降则决定于净损耗功率。电机调速有改变理想空载转速和转速降两种方法,异步机的同步转速与电机转速没有直接、必然的联系。
3、理想空载转速与净电磁功率
理想空载转速的含义是:假定在无损耗的理想状态下,电机的全部电磁功率都转化为机械功率所能获得的速度。由于这种假设只有在理想空载条件下才能实现,故称理想空载转速。
在转矩平衡条件下,理想空载转速取决于转子(或电枢)的净电磁功率并与其成正比,考虑到调速的普遍情况,净电磁功率应为
P2=ΣPem
=Pem±Pes(8)
式中Pem为电磁感应输送的电磁功率,Pes为转子控制调速的电传导附加功率。当Pes由外部馈入转子时符号取正,它将使转子净电磁功率增大,实现超同步调速。而当Pes自转子馈出,则符号取负,它使转子净电磁功率减小,调速为低同步。
由式8决定的理想空载转速为
Ωok=(Pem±Pes)/M(9)
公式9表明,电机调速时的理想空载转速可以通过Pem和Pes的控制是到改变。
式9可以写成=Ω0±Ωk(10)
其中Ω0为Pem单独作用下的理想空载转速,ΩK为Pes引起的附加理想空载转速,如果不考虑ΩK的符号
Ωk=Ω0–Ωok
=(Ω0–Ωok)/Ω0·Ω0
=Sk·Ω0(11)
其中
Sk=(Ω0–Ωok)/Ω0
=(n0-n)/n0(12)
称为电转差率,于是有
Ωok=(1±SK)Ω0
及nok=(1±SK)n0(13)
对于自然运行的理想空载转速Ω0,按电机学有
Ω0=Pem/M(14)
且
Pem=m2E2I2COSΦ2(15)
M=CMΦmI2COSΦ2(16)
可得
Ω0=2πf1/p
折算成每分钟转速
n0=60/2π·Ω0
=60f1/p(19)
说明自然运行状态下的异步机理想空载转速与同步转速相等,将式18代入式12,异步机调速的理想空载转速为
nok=(1±SK)·60f1/p(20)
4、转速降与静差率
调速状态的转速降为
ΔΩ=Ωok-Ω
或Δn=nok-n
=(nok–n)/nok·nok
=jnok(21)
式中j=(nok–n)/nok称为静差率,该式表明,转速降与静差率成正比,可以证明,净损耗功率亦正比于静差率,即
ΣΔP2=jΣPem(22)
故净损耗功率亦称静差功率。
同样亦可证明,
Pes=SKPem(23)
附加电功率故亦称电转差功率。
回顾电机学中的转差功率,由
S=(n1-n)/n1
及PS=SPem
可得PS=Pem-PM
转差功率系指电磁功率与机械功率的差值。对于转差功率的成份属性,表达式没有加以区分,这样就混淆了电功率和损耗功率对电机转速的不同作用。显然,电转差功率影响的是理想空载转速,而静差功率影响的是转速降,前者调速效率高属节能型,后者使调速效率降低属耗能型,而且调速的机械特性也完全不同,前者为改变理想空载转速点的平行曲线族,后者为理想空载转速点不变的汇交曲线族。可见笼统地用转差率和转差功率是无法准确评价调速性能的。例如异步机转子串电阻和串级调速,两者均使转差率改变,但调速效率和特性却明显不同。
5、结论
①异步机转速公式由式20、21可表达为
n=nok(1-j)
=60f1/p·(1±SK)·(1-j)(24)
②凡是高效率的调速,必然是通过净电磁功率改变理想空载转速,同步转速改变与否与调速效率没有必然联系。
③转差率应区分为电转差率和静差率,前者影响理想空载转速,后者影响转速降,改变电转差率的调速是高效率的,而增大静差率的调速是低效率的。
④电机调速的实质在于功率控制,任何调速方法都必然通过对电机轴功率的控制才能实现转速调节。
Ωok=Pem/M±Pes/M
6. 交流异步电动机调速的依据是公式()
三相异步电动机转速公式为: n=60f/p(1-s)从上式可见,改变供电频率 f 、电动机的极对数 p 及转差率 s 均可太到改变转速 的目的。从调速的本质来看, 不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速 或不改变同步转两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电 阻调速、转波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合 器等调速。 改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机, 改变定子电压、 频 率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看, 有高效调速方法与低效调速方法两种: 高效调速指时 转差率不变, 因此无转差损耗, 如多速电动机、 变频调速以及能将转差损耗回收 的调速方法(如串级调速等) 。有转差损耗的调速方法属低效调速,如转子串电 阻调速方法, 能量就损耗在转子回路中; 电磁离合器的调速方法, 能量损耗在离 合器线圈中; 液力偶合器调速, 能量损耗在液力偶合器的油中。 一般来说转差损 耗随调速范围扩大而增加,如果调速范围不大,能量损耗是很小的。 一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到 调速目的,特点如下: 具有较硬的机械特性,稳定性良好; 无转差损耗,效率高; 接线简单、控制方便、价格低; 有级调速,级差较大,不能获得平滑调速; 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械, 如金属切削机床、 升降机、起重设备、 风机、水泵等。 二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率, 从而改变其同步转速的调速方法。 变频调速系统主 要设备是提供变频电源的变频器, 变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频 器两大类,目前国内大都使用交-直-交变频器。其特点: 效率高,调速过程中没有附加损耗; 应用范围广,可用于笼型异步电动机; 调速范围大,特性硬,精度高; 技术复杂,造价高,维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。 三、串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差, 达到调 速的目的。 大部分转差功率被串入的附加电势所吸收, 再利用产生附加的装置, 把吸收的转 差功率返回电网或转换能量加以利用。 根据转差功率吸收利用方式, 串级调速可分为电机串 级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为: 可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高; 装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速 70%- 90%的生产机械 上; 调速装置故障时可以切换至全速运行,避免停产; 晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大。 本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。 四、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻, 使电动机的转差率加大, 电动机在较低的转速下运行。 串入的电阻越大,电动机的转速越低。此方法设备简单, 控制方便,但转差功率以发热的形 式消耗在电阻上。属有级调速,机械特性较软。 五、定子调压调速方法当改变电动机的定子电压时, 可以得到一组不同的机械特性曲线, 从而获得不同转速。 由于 电动机的转矩与电压平方成正比, 因此最大转矩下降很多, 其调速范围较小, 使一般笼型电 动机难以应用。 为了扩大调速范围, 调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机, 如专供调 压调速用的力矩电动机, 或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。 为了扩大稳定运行范围, 当 调速在 2:1 以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗 器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点: 调压调速线路简单,易实现自动控制; 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低。 调压调速一般适用于 100KW 以下的生产机械。 六、电磁调速电动机调速方法电磁调速电动机由笼型电动机、 电磁转差离合器和直流励磁电源(控制器) 三部分组成。直 流励磁电源功率较小, 通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成, 改变晶闸管的导通角, 可 以改变励磁电流的大小。 电磁转差离合器由电枢、 磁极和励磁绕组三部分组成。 电枢和后者没有机械联系, 都能自由 转动。 电枢与电动机转子同轴联接称主动部分, 由电动机带动; 磁极用联轴节与负载轴对接 称从动部分。 当电枢与磁极均为静止时, 如励磁绕组通以直流, 则沿气隙圆周表面将形成若 干对 N、S 极性交替的磁极,其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时,由于电枢与磁 极间相对运动, 因而使电枢感应产生涡流, 此涡流与磁通相互作用产生转矩, 带动有磁极的 转子按同一方向旋转,但其转速恒低于电枢的转速 N1,这是一种转差调速方式,变动转差 离合器的直流励磁电流,便可改变离合器的输出转矩和转速。电磁调速电动机的调速特点: 装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便; 调速平滑、无级调速; 对电网无谐影响; 速度失大、效率低。 本方法适用于中、小功率,要求平滑动、短时低速运行的生产机械。 七、液力耦合器调速方法液力耦合器是一种液力传动装置, 一般由泵轮和涡轮组成, 它们统称工作轮, 放在密封壳体 中。壳中充入一定量的工作液体, 当泵轮在原动机带动下旋转时, 处于其中的液体受叶片推 动而旋转,在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时,就在同一转向上给涡轮叶片以推力, 使其带动生产机械运转。 液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。 在 工作过程中,改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速,作到无级调速,其特点为: 功率适应范围大,可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要; 结构简单,工作可靠,使用及维修方便,且造价低; 尺寸小,能容大; 控制调节方便,容易实现自动控制。 本方法适用于风机、水泵的调速。
7. 交流异步电动机调速方式主要是
①调压调速这种办法能够无级调速,但调速范围不大
②转子电路串电阻调速这种方法简单可靠,但它是有机调速,随着转速降低特性变软,转子电路电阻损耗与转差率成正比,低速时损耗大
③改变极对数调速这种方法可以获得较大的启动转矩,虽然体积稍大,价格稍高,只能有机调速,但是结构简单,效率高特性高,且调速时所需附加设备少。
④变频调速可以实现连续的改变电动机的转矩,是一种很好的调速方法。
8. 交流异步电动机调速方法有哪些
电机调速中时,希望尽量保持主磁通Φm 不变:磁通太弱,铁芯利用不充分,同样的转子电流下,电磁转矩小,电机负载能力下降。磁通太强,则铁芯处于过励磁饱和状态,励磁电流过大,电机负载能力没有增加。主磁通也即气隙磁通是由定子、转子合成磁势产生的。三相异步电动机定子每相电动势的有效值为:E1=4.44f1N1Φm N1~定子相绕组有效匝数 Φm ~每极磁通量(Wb) 那么E1和f1共同决定了每相电动势的有效值,对E1和f1进行适当的控制,就可以使电机保持最佳额定值不变。根据以上分析可知,基频(电机额定频率)以下调速时,为保证电机负载能力,应尽量保持主磁通Φm 不变,这就要求在降低供电电源频率f1的同时,也应降低感应电动势E1,使E1/f1等于常数,这种恒磁通控制属于恒转矩控制方式。由于感应电动势E1难于检测和直接控制,且当E1和f1值较高时,定子漏阻抗压降相对较小,可近似认为E1/f1≈V1/f1。因此,按恒定比例控制V1/f1,即可以达到恒磁通目的,实际应用中应补偿绕组压降来达到满意的特性曲线。基频以上的弱磁调速,由于V1受电机额定电压限制不能继续升高,只能通过减小转矩来获得基频以上的调速特性,这种定子电压V1不变,提高f1调速,必须减小电机负载的调速段称为弱磁调速,也叫恒功率调速。此时随着速度的不断升高,电机输出转矩是在逐渐减小的。
9. 交流异步电动机调速原理
异步电动机变频调速的基本理论,改变电源的频率来控制电机的转数。
10. 交流异步电动机调速的理论根据是
三相异步电动机调速原理是感应电动机的一种,是靠同时接入三相交流电流(相位差度)供电的一类电动机,由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转,存在转差率,所以叫三相异步电动机。
三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换。