交流電機(jī)調(diào)速原理和方法

“交流電機(jī)”是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機(jī)已成為最常用的電機(jī)。交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒有換向器（見直流電機(jī)的換向），因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)。交流電機(jī)功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。20世紀(jì)80年代初，最大的汽輪發(fā)電機(jī)已達(dá)150萬千瓦。交流電機(jī)是由美籍塞爾維亞裔科學(xué)家尼古拉·特斯拉發(fā)明的。

用單相電容式電機(jī)說明：?jiǎn)蜗嚯姍C(jī)有兩個(gè)繞組，即起動(dòng)繞組和運(yùn)行繞組。兩個(gè)繞組在空間上相差90度。在起動(dòng)繞組上串聯(lián)了一個(gè)容量較大的電容器，當(dāng)運(yùn)行繞組和起動(dòng)繞組通過單相交流電時(shí)，由于電容器作用使起動(dòng)繞組中的電流在時(shí)間上比運(yùn)行繞組的電流超前90度角，先到達(dá)最大值。在時(shí)間和空間上形成兩個(gè)相同的脈沖磁場(chǎng)，使定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)互相作用產(chǎn)生電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。

額定轉(zhuǎn)速n=60f/p（1-s）=同步轉(zhuǎn)速N1（1-S） f電源頻率 p電機(jī)極對(duì)數(shù) s轉(zhuǎn)差率

1.利用變頻器改變電源頻率調(diào)速，調(diào)速范圍大，穩(wěn)定性平滑性較好，機(jī)械特性較硬。就是加上額定負(fù)載轉(zhuǎn)速下降得少。屬于無級(jí)調(diào)速。適用于大部分三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。

2.改變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速，屬于有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑度差，一般用于金屬切削機(jī)床。3.改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。

（1）轉(zhuǎn)子回路串電阻：用于交流繞線式異步電動(dòng)機(jī)。調(diào)速范圍小，電阻要消耗功率，電機(jī)效率低。一般用于起重機(jī)。

（2）改變電源電壓調(diào)速，調(diào)速范圍小，轉(zhuǎn)矩隨電壓降大幅度下降，三相電機(jī)一般不用。用于單相電機(jī)調(diào)速，如風(fēng)扇。

（3）串級(jí)調(diào)速，實(shí)質(zhì)就是就是轉(zhuǎn)子引入附加電動(dòng)勢(shì)，改變它大小來調(diào)速。也只用于繞線電動(dòng)機(jī)，但效率得到提高。

一、變極對(duì)數(shù)調(diào)速方法 ：改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù)達(dá)到調(diào)速。

二、變頻調(diào)速方法 ：使用變頻器改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。

三、串級(jí)調(diào)速方法 ：串級(jí)調(diào)速是指繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢(shì)所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級(jí)調(diào)速可分為電機(jī)串級(jí)調(diào)速、機(jī)械串級(jí)調(diào)速及晶閘管串級(jí)調(diào)速形式，多采用晶閘管串級(jí)調(diào)速。

四、繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法： 線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。

五、定子調(diào)壓調(diào)速方法 ：改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動(dòng)機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī)，或者在繞線式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。

六、電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法 ：電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)由籠型電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵(lì)磁電源。直流勵(lì)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(dǎo)通角，可以改變勵(lì)磁電流的大小。

七、液力耦合器調(diào)速方法 ：液力耦合器是一種液力傳動(dòng)裝置，一般由泵輪和渦輪組成，當(dāng)泵輪在原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于其中的液體受葉片推動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進(jìn)入渦輪時(shí)，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。通過不同的液力（潤(rùn)滑油和渦輪）達(dá)到調(diào)速。

（4）電磁調(diào)速。只用于滑差電機(jī)。通過改變勵(lì)磁線圈的電流無極平滑調(diào)速，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但控制功率較小。不宜長(zhǎng)期低速運(yùn)行。

在實(shí)際應(yīng)用中，交流電動(dòng)機(jī)總是與生產(chǎn)機(jī)械相聯(lián)系，形成電力拖動(dòng)系統(tǒng)。不同的生產(chǎn)機(jī)械要求不同的速度，即使同一個(gè)生產(chǎn)機(jī)械在不同的運(yùn)行工況下，也需要不同的速度，因而需要對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行速度加以調(diào)節(jié)，即產(chǎn)生了交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。交流電動(dòng)機(jī)，尤其是籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于沒有機(jī)械換向裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、造價(jià)低廉，且有良好的節(jié)能效果，在單機(jī)容量和速度極限等方面都比直流電動(dòng)機(jī)高;特別是在灰塵多、有爆炸危險(xiǎn)的惡劣環(huán)境里，交流電動(dòng)機(jī)更為適用。但交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能不如直流電動(dòng)機(jī)好，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，交流電動(dòng)機(jī)只能作恒速運(yùn)行。解決交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題，一直是電力拖動(dòng)工作者所關(guān)注和研究的課題。發(fā)展簡(jiǎn)史早在20世紀(jì)30年代，不少學(xué)者就提出了各種交流調(diào)速系統(tǒng)，企圖改善交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能。