三相交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速
驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī),大多數(shù)為三相交流異步電動(dòng)機(jī),也有的是三相交流同步電機(jī)。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。常用三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)為圖 1 所示。定子由鐵心及繞組構(gòu)成,轉(zhuǎn)子繞組做成籠型(見圖2),俗稱鼠籠型電動(dòng)機(jī)。當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時(shí),在定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場,它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢,出現(xiàn)感應(yīng)電流,此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用,產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。電機(jī)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速,用 N 表示
N=60f/p(r/min) | (1) |
式中:f—三相交流電源頻率,一般為 50Hz;p—磁極對(duì)數(shù)。當(dāng) p=1 時(shí),
N=3000r/min;p=2 時(shí),N=1500r/min??梢姶艠O對(duì)數(shù) p 越多,轉(zhuǎn)速 N 越慢。
轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速 n 比磁場的同步轉(zhuǎn)速 N 要慢一點(diǎn),所以稱為異步電機(jī),這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率 s 表示:
s=[n1-n)/n1]×100% |
當(dāng)加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間,n=0,這時(shí) s=1;起動(dòng)后的極端情況 n=N,則s=0,即 s 在 0~1 之間變化。一般異步電機(jī)在額定負(fù)載下的 s=(1~6)%。
綜合式(1)和式(2)可以得出
n=60f(1-s)/p |
1—機(jī)座;2—定子鐵心;3—定子繞組;4—轉(zhuǎn)子鐵心;5—轉(zhuǎn)子繞組
圖 1 三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
1—銅環(huán);2—銅條
圖 2 籠型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組
由式(3)可以看出,對(duì)于成品電機(jī),其磁極對(duì)數(shù) p 已經(jīng)確定,轉(zhuǎn)差率 s 變化不大,則電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與電源頻率 f 成正比,因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。
變頻調(diào)速
變頻器的工作原理是把市電(380V、50Hz)通過整流器變成平滑直流,然后利用半導(dǎo)體器件(GTO、GTR 或 IGBT)組成的三相逆變器,將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電,由于采用微處理器編程的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)方法,使輸出波形近似正弦波,用于驅(qū)動(dòng)異步電機(jī),實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。上述的兩次變換可簡化為 AC-DC-AC(交-直-交)變頻方式。
圖 3 芬蘭 vacon 變頻器的原理圖
圖 3 給出了典型的變頻器結(jié)構(gòu)原理圖。
利用變頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑的增速或減速,基本保持異步電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn),具有效率高、范圍寬、精度高且能無級(jí)變
速的優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述,風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速的特點(diǎn)是效率高,沒有因調(diào)速帶來的附加轉(zhuǎn)差損耗,調(diào)速范圍大,精度高可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速,而且容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制。由于可以利用原鼠籠式電動(dòng)機(jī),所以特別適合對(duì)舊設(shè)備的技術(shù)改造,它既保持了原電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,可靠耐用,維修方便的優(yōu)點(diǎn),又能達(dá)到節(jié)電的顯著效果,是風(fēng)機(jī)交流調(diào)速節(jié)能的理想方法。
其它調(diào)速方式
1、改變極對(duì)數(shù)的調(diào)速
旋轉(zhuǎn)磁場的速度與定子的極對(duì)數(shù)有關(guān),定子繞組進(jìn)行切換就可以改變極對(duì)數(shù),從而改變轉(zhuǎn)速;但是從低極對(duì)數(shù)(高速)變換到高極對(duì)數(shù),電機(jī)的實(shí)際速度會(huì)大幅度下降;但是如果切換速度很快,電機(jī)將會(huì)經(jīng)歷一個(gè)發(fā)電階段,從而在電機(jī)及機(jī)械裝置上產(chǎn)生較大的反向轉(zhuǎn)矩;屬于有極調(diào)速,調(diào)速范圍小。
2、轉(zhuǎn)差率調(diào)速
1)改變定子電壓: 通過調(diào)節(jié)電源電壓來實(shí)現(xiàn),這主要是因?yàn)榻涣鳟惒诫妱?dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與輸入電壓的平方成正比; 調(diào)壓調(diào)速屬于低效率,耗能型的調(diào)速方式
2)通過轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn): 轉(zhuǎn)子串電阻,增加了轉(zhuǎn)子的功率消耗,導(dǎo)致轉(zhuǎn)差值增加,轉(zhuǎn)速下降;另外就是采用串極耦合,轉(zhuǎn)子回路通過集電環(huán)與直流裝置或可控整流電路連接,采用直流裝置向電機(jī)轉(zhuǎn)子提供一個(gè)附加的可調(diào)電壓,從而影響轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的磁化.這種方式局限于泵和風(fēng)機(jī)類負(fù)載.