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(chǎng)，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(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用 N 表示

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(chǎng)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：

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

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(jiǎn)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(jiǎn)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(chǎng)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.