交流電機調速原理和方法
2021-01-04 電子發燒友發表於 2017-12-23 14:21:16
「交流電機」是用於實現機械能和交流電能相互轉換的機械。由於交流電力系統的巨大發展，交流電機已成為最常用的電機。交流電機與直流電機相比，由於沒有換向器（見直流電機的換向），因此結構簡單，製造方便，比較牢固，容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋範圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。20世紀80年代初，最大的汽輪發電機已達150萬千瓦。交流電機是由美籍塞爾維亞裔科學家尼古拉·特斯拉發明的。
用單相電容式電機說明：單相電機有兩個繞組，即起動繞組和運行繞組。兩個繞組在空間上相差90度。在起動繞組上串聯了一個容量較大的電容器，當運行繞組和起動繞組通過單相交流電時，由於電容器作用使起動繞組中的電流在時間上比運行繞組的電流超前90度角，先到達最大值。在時間和空間上形成兩個相同的脈衝磁場，使定子與轉子之間的氣隙中產生了一個旋轉磁場，在旋轉磁場的作用下，電機轉子中產生感應電流，電流與旋轉磁場互相作用產生電磁場轉矩，使電機旋轉起來。
調速原理額定轉速n=60f/p（1-s）=同步轉速N1（1-S） f電源頻率 p電機極對數 s轉差率
1.利用變頻器改變電源頻率調速，調速範圍大，穩定性平滑性較好，機械特性較硬。就是加上額定負載轉速下降得少。屬於無級調速。適用於大部分三相鼠籠異步電動機。
2.改變磁極對數調速，屬於有級調速，調速平滑度差，一般用於金屬切削工具機。3.改變轉差率調速。
（1）轉子迴路串電阻：用於交流繞線式異步電動機。調速範圍小，電阻要消耗功率，電機效率低。一般用於起重機。
（2）改變電源電壓調速，調速範圍小，轉矩隨電壓降大幅度下降，三相電機一般不用。用於單相電機調速，如風扇。
（3）串級調速，實質就是就是轉子引入附加電動勢，改變它大小來調速。也只用於繞線電動機，但效率得到提高。
一、變極對數調速方法 ：改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數達到調速。
二、變頻調速方法 ：使用變頻器改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。
三、串級調速方法 ：串級調速是指繞線式電動機轉子迴路中串入可調節的附加電勢來改變電動機的轉差，達到調速的目的。大部分轉差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產生附加的裝置，把吸收的轉差功率返回電網或轉換能量加以利用。根據轉差功率吸收利用方式，串級調速可分為電機串級調速、機械串級調速及晶閘管串級調速形式，多採用晶閘管串級調速。
四、繞線式電動機轉子串電阻調速方法： 線式異步電動機轉子串入附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉差功率以發熱的形式消耗在電阻上。屬有級調速，機械特性較軟。
五、定子調壓調速方法 ：改變電動機的定子電壓時，從而獲得不同轉速。由於電動機的轉矩與電壓平方成正比，因此最大轉矩下降很多，其調速範圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速範圍，調壓調速應採用轉子電阻值大的籠型電動機，如專供調壓調速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。
六、電磁調速電動機調速方法 ：電磁調速電動機由籠型電動機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。
七、液力耦合器調速方法 ：液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，當泵輪在原動機帶動下旋轉時，處於其中的液體受葉片推動而旋轉，在離心力作用下沿著泵輪外環進入渦輪時，就在同一轉向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產機械運轉。通過不同的液力（潤滑油和渦輪）達到調速。
（4）電磁調速。只用於滑差電機。通過改變勵磁線圈的電流無極平滑調速，機構簡單，但控制功率較小。不宜長期低速運行。
實際應用在實際應用中，交流電動機總是與生產機械相聯繫，形成電力拖動系統。不同的生產機械要求不同的速度，即使同一個生產機械在不同的運行工況下，也需要不同的速度，因而需要對拖動系統的運行速度加以調節，即產生了交流電動機調速。交流電動機，尤其是籠型感應電動機，由於沒有機械換向裝置，結構簡單、運行可靠、維護方便、造價低廉，且有良好的節能效果，在單機容量和速度極限等方面都比直流電動機高;特別是在灰塵多、有爆炸危險的惡劣環境裡，交流電動機更為適用。但交流電動機的調速性能不如直流電動機好，在很長一段時間內，交流電動機只能作恆速運行。解決交流電動機的調速問題，一直是電力拖動工作者所關注和研究的課題。發展簡史早在20世紀30年代，不少學者就提出了各種交流調速系統，企圖改善交流電動機的調速性能。
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