相异步电动机的几种调速控制
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三相异步电动机调速原理
三相异步电动机的调速原理主要基于对转差率的控制。
三相异步电动机的转速公式为n=60f/p(1-s),其中f代表电源频率,p为极对数,n代表电机转速,s代表转差率。
当电动机的三相定子绕组通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
当导体在磁场内切割磁力线时,在导体内产生感应电流,“感应电机”的名称由此而来。
感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。
三相异步电动机的调速方法包括:
1. 改变电源频率:通过改变电源频率可以改变电动机的转速。
2. 改变电动机极数:通过增加或减少电动机的极数可以改变电动机的转速。
3. 改变转差率:通过改变转差率可以改变电动机的转速。
请注意,在具体应用时需要根据实际需求和情况选择适当的调速方法。
同时,也要注意遵守相关的安全操作规程,确保电动机的正常运行和延长其使用寿命。
三相异步电动机调速方法有几种三相异步电动机调速方法有以下几种:1. 变频调速:变频调速是最常见的方法之一,通过控制变频器的输出频率,改变电机的转速。
变频器将电源频率转换为可调的高频交流电,然后供电给电动机,通过改变输出频率,可以使电机的转速达到所需的速度。
2. 电压调节:电压调节是通过改变电机的供电电压来调整其转速。
通过降低或增加电机的供电电压,可以改变电机的转速。
这种调速方法简单、成本低,但是变压器的过载能力有限,不能实现大范围的调速。
3. 电阻调速:电阻调速是通过在电机起动电路中串联电阻器来改变电机的供电电压,进而改变其转速。
通过改变电阻的大小来改变电压降,从而实现调速。
但是这种方法存在能量损耗较大、效率低的问题。
4. 转子电流反馈调速:通过在电机转子绕组上安装传感器,实时测量转子电流,并根据电流大小调整电压信号,控制转速。
这种调速方法适用于小功率电机,具有调速精度高、响应速度快的优点。
5. 励磁调速:励磁调速是通过改变电动机的励磁电流来控制转速。
通过调节励磁电流的大小,可以改变转子感应电动势的大小,从而实现调速。
这种方法适用于大功率电机,但励磁系统较为复杂。
6. 双电源调速:双电源调速是将电机连接到两个不同的电源,通过切换电源来改变电机的供电电压,从而实现调速。
这种调速方法比较灵活,可以实现宽范围的调速,但设计和安装要求较高。
7. 直接耦合调速:直接耦合调速是将电动机与可变载荷直接耦合,在负载端通过改变负载的机械特性来改变电动机的转速。
这种方法在某些特定场合下适用,但对机械系统的设计和操作要求较高。
综上所述,三相异步电动机的调速方法包括:变频调速、电压调节、电阻调速、转子电流反馈调速、励磁调速、双电源调速和直接耦合调速。
每种调速方法都有其适用的场合和优缺点,根据具体的需求和条件选择合适的调速方法。
三相异步电动机分类特点以及调速方法三相异步电动机分类:1、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。
不改变同步转速的调速方法有1)绕线式电动机的转子串电阻调速、2)斩波调速、3)串级调速以及应用电磁转差离合器、4)液力偶合器、5)油膜离合器等调速。
不改变同步转速的调速方法在生产机械中广泛使用。
2、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。
3、从调速时的能耗观点来看,有1)高效调速方法与2)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。
我们清楚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,下面松文机电具体介绍其七种调速方法。
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红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。
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。
特点如下:1、具有较硬的机械特性,稳定性良好;2、无转差损耗,效率高;3、接线简单、控制方便、价格低;4、有级调速,级差较大,不能获得平滑调速;5、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。
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。
三相异步电动机的变频调速改变三相异步电动机电源频率fi,可以改变旋转磁通势的同步转速,从而达到调速的目的。
如果电源频率连续可调,可以平滑调节电动机的转速。
额定频率称为基频,变频调速时可以从基频向上调,也可以从基频向下调,下面分别进行分析。
忽略定子漏阻抗压降,三相异步电动机每相电压U¡≈E¡=4.44fW1kw1Фm(2.63)如果保持电源电压为额定值,降低电源频率,则随着fi的下降,气隙每极磁通Φ增加。
电动机磁路本来就刚进入饱和状态,Φ增加,磁路过饱和,励磁电流会急剧增加,电机的功率因数下降,负载能力减小,甚至导致无法正常运行。
因此,降低电源频率时,必须同时降低电源电压。
降低电源电压U有两种控制方法。
1.保持E/f=常数降低电源频率f1的同时,保持E/f=常数,则Φ=常数,是恒磁通控制方式。
当改变频率f时,若保持E:/f=常数,最大转矩Tm一常数,与频率无关,并且最大转矩对应的转速落降相等,也就是不同频率的各条机械特性曲线是近似平行的,机械特性的硬度相同。
这种调速方法与他励直流电机降低电源电压调速相似,机械特性较硬,在一定的静差率要求下,调速范围宽,而且稳定性好。
由于频率可以连续调节,因此变频调速为无级调速,平滑性好。
另外,电动机在正常负载运行时,转差率s较小,因此转差功率P,较小,效率较高。
2.保持U/fi=常数当降低电源频率f时,保持U/fx=常数,则气隙每极磁通Φ≈常数。
U、/f、=常数时的机械特性不如保持E/fi=常数时的机械特性,特别是当低频低速时,机械特性变坏了。
升高频率向上调速时,升高电源电压是不允许的,只能保持电压UN 不变,频率越高,磁通Φ越低,因此是一种弱磁升速的方法,类似他励直流电机弱磁调速。
三相异步电动机的七种调速方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、斩波调速、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。
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。
三相异步电动机的几种调速控制
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根据异步电动机的转差率S表达式:
可知交流电动机转速公式如下:
式中n---电动机的转速,r/min;
p---电动机极对数;
f1---供电电源频率,Hz;
s---异步电动机的转差率。
由上式分析,通过改变定子电压频率f1、极对数p以及转差率s都可以实现交流异步电动机的速度调节,具体可以归纳为变极调速、变转差率调速和变频调速三大类,而变转差率调速又包括调压调速、转子串电阻调速、串级调速等,它们都属于转差功率消耗型的调速方法。
一、变极调速
1、变极调速的方法
变换异步电动机绕组极数从而改变同步转速进行调速的方式称为变极调速。
其转速只能按阶跃方式变化,不能连续变化。
变极调速的基本原理是:如果电网频率不变,电动机的同步转速与它的极对数成反比。
因此,变更电动机绕组的结线方式,使其在不同的极对数下运行,其同步转速便会随之改变。
异步电动机的极对数是由定子绕组的联接方式来决定,这样就可以通过改换定子绕组的联接来改变异步电动机的极对数。
变更极对数的调速方法一般仅适用于笼型异步电动机。
双速电动机、三速电动机是变极调速中最常用的两种形式。
2.双速电动机的控制线路
双速电动机的定子绕组的联接方式常有两种:一种是绕组从三角形改成双星形,如下图(a)所示的连接方式转换成如图(c)所示的连接方式,另一种是绕组从单星形改成双星形,如图(b)所示的连接方式转换成如图(c)所示的连接方式,这两种接法都能使电动机产生的磁极对数减少一半即电动机的转速提高一倍。
双速电动机的定子绕组的接线图
下图是双速电动机三角形变双星形的控制原理图,当按下起动按钮SB2,主电路接触器KMl的主触头闭合,电动机三角形连接,电动机以低速运转;同时KA的常开触头闭合使时间继电器线圈带电,经过一段时间(时间继电器的整定时间),KMl的主触头断开,KM2、KM3的主触头闭合,电动机的定子绕组由三角形变双星形,电动机以高速运转。
双速电动机的控制原理图
线路工作原理分析:
变极调速的优点是设备简单,运行可靠,既可适用于恒转矩调速(Y/YY),也可适用于近似恒功率调速(△/YY)。
其缺点是转速只能成倍变化,为有极调速。
Y /YY变极调速应用于起重电葫芦、运输传送带等;△/YY变极调速应用于各种机床的粗加工和精加工。
二、变转差率调速
1.变压调速
变压调速是异步电机调速系统中比较简便的一种。
由电气传动原理可知,当异步电机的等效电路参数不变时,在相同的转速下,电磁转矩与定子电压的二次方成正比,因此,改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系,从而改变电机在一定输出转矩下的转速。
调压调速目前主要采用晶闸管交流调压器变压调速,是通过调整晶闸管的触发角来改变异步电动机端电压进行调速的一种方式。
这种
调速方式调速过程中的转差功率损耗在转子里或其外接电阻上效率较低,仅用于小容量电动机。
2.转子串电阻调速
转子串电阻调速是在绕线转子异步电动机转子外电路上接入可变电阻,通过对可变电阻的调节,改变电动机机械特性斜率来实现调速的一种方式。
电机转速可以按阶跃方式变化,即有级调速。
其结构简单,价格便宜,但转差功率损耗在电阻上,效率随转差率增加等比下降,故这种方法目前一般不被采用。
3.串级调速
绕线转子异步电动机的转子绕组能通过集电环与外部电气设备相连接,可在其转子侧引入控制变量如附加电动势进行调速。
前述的在绕线转子异步电动机的转子回路串入不同数值的可调电阻,从而获得电动机的不同机械特性,以实现转速调节就是基于这一原理的一种方法。
电气串级调速的基本原理是在绕线转子异步电动机转子侧通过二极管或晶闸管整流桥,将转差频率交流电变为直流电,再经可控逆变器获得可调的直流电压作为调速所需的附加直流电动势,将转差功率变换为机械能加以利用或使其反馈回电源而进行调速的一种方式。
这是一种节能型调速方式,在大功率风机、泵类等传动电动机上得到应用。
三、变频调速
变频调速是利用电动机的同步转速随频率变化的特性,通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。
在异步电动机诸多的调速方法中,变频调速的性能最好,调速范围广,效率高,稳定性好。
采用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制,由于使用方便,可靠性高并且经济效益显着,所以逐步得到推广应用。
通用变频器是指可以应用于普通的异步电动机调速控制的变频器,其通用性强。
对异步电动机进行调速控制时,电动机的主磁通应保持额定值不变。
若磁通太弱,铁心利用不充分,同样的转子电流下,电磁转矩小,电动机的负载能力下降;而磁通太强,铁心发热,波形变坏。
如何实现磁通不变?
根据三相异步电动机定子每相电动势的有效值为:
E1=Φ(3-3)
式中E1---定子每相由气隙磁通感应的电动势的方均根值(V)
f1----定子频率(Hz)
N1---定子相绕组有效匝数;
Φ----每极磁通量(Wb)
如果不计定子阻抗压降,则U1≈E1=Φ(3-4)
若端电压U1不变,则随着f1的升高,气隙磁通Φ将减小,又从转矩公式:
T=CMΦI2COSφ2
可以看出,磁通Φ的减小势必导致电动机允许输出转矩T下降,降低电动机的出力。
同时,电动机的最大转矩也将降低,严重时会使电动机堵转;若维持端电压U1不变,而减小f1,则气隙磁通Φ将增加。
这就会使磁路饱和,励磁电流上升,导致铁损急剧增加,这也是不允许的。
因此在许多场合,要求在调频的同时改变定子电压U1,以维持Φ接近不变。
下面分两种情况说明:
1.基频以下的恒磁通变频调速
为了保持电动机的负载能力,应保持气隙主磁通Φ不变,这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势,保持E1/f1=常数,即保持电动势与频率之比为常数进行控制,这种控制又称为恒磁通变频调速,属于恒转矩调速方式。
由于E1难
于直接检测和直接控制,可以近似地保持定子电压U1和频率f1的比值为常数,即认为E1≈U1,保持U1/f1=常数。
这就是恒压频比控制方式,是近似的恒磁通控制。
2.基频以上的弱磁变频调速
这是考虑由基频开始向上调速的情况。
频率由额定值向上增大时,电压U1由于受额定电压U1N的限制不能再升高,只能保持U1=U1N不变,这样必然会使主磁通随着f1的上升而减小,相当于直流电动机弱磁调速的情况,即近似的恒功率调速方式。
由上面的讨论可知,异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率,基于这种原理构成的变频器即所谓的VVVF(VariableVoltageVaria bleFreqency)调速控制,这也是通用变频器(VVVF)的基本原理。
根据U1和f1的不同比例关系,将有不同的变频调速方式。
保持U1/f1为常数的比例控制方式适用于调速范围不太大或转矩随转速下降而减小的负载,例如风机、水泵等;保持T为常数的恒磁通控制方式适用于调速范围较大的恒转矩性质的负载,例如升降机械、搅拌机、传送带等;保持P为常数的恒功率控制方式适用于负载随转速的增高而变轻的地方,例如主轴传动、卷绕机等。