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交流电机调速方法:

交流电机刚好相反。交流电机结构简单、惯量小、维护方便,可在恶劣环境中运行,容易实现大容量化、高压化、高速化,而且价格低廉。

从节能的角度看,交流电机的调速装置可以分为高效调速装置和低效调速装置两大类。高效调速装置的特点是:调速时基本保持额定转差,不增加转差损耗,或可以将转差动率回馈至电网。

低效调速装置的特点是:调速时改变转差,增加转差损耗。

高效调速方法包括:改变极对数调速—鼠笼式电机变频调速—鼠笼式电机串级调速—绕线式电机换向器电机调速—同步电机。

低效调速方法包括:定子调压调速—鼠笼式电机电磁滑差离合器调速—鼠笼式电机转子串电阻调速—绕线式电机。

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直流电机调速方法:

直流电机是指将直流电送到直流电机,把直流电机的电能转换成机械能。这里首先要介绍如何将市电的交流电转换成需要的直流电。六十年代以前采用的是发电机——电机系统(F-D),这种方法只有在电机由专用的发电机供电时才有可能。另一种是可控硅——电机系统(SCR-D)。

直流电机的调速还比较方便,可以通过调节电枢供电电压,电枢中串联电阻,激磁回路串联电阻来实现。

可见直流电机调速有三种方法,而且调节电枢供电电压的方法容易实现平滑、无级、宽范围、低损耗的要求。直流电动机电磁转矩中的两个可控参量和是互相独立的,可以非常方便地分别调节,这种机理使直流电动机具有良好的转矩控制特性,从而有优良的转速调节性能。

尽管直流电机调速就其性能而言,可以相当满意,但因其结构夏杂,惯量大,维护麻烦,不适宜在恶劣环境中运行,不易实现大容量化、高压化、高速化,而且价格昂贵。

举例说明:

在直流电动机中,根据励磁绕组连接方式的不同,可分为他励、并励、串励和复励四类电动机、而在调速系统中用得最多的是他励电动机。

下图为为直流他励电动机与直流并励电动机的原理图。

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电枢回路中的电压平衡方程式为:

U=E IaRa (1)

式中:U-电动机的端电压(V);

Ia-流经电枢的电流(A);

Ra-电枢绕组的电阻(Ω);

E-直流电动机电刷间的电动势,它是由于电枢绕组在磁场中旋转而产生的感应电动势

E=KeΦn (2)

式中:Φ-对磁极的磁通(WL);

n-电枢的转速(r/min);

Ke-与电动机结构有关的常数。

以式(2)代入式(1),并加整理可得:

n= U/KeΦ- IaRa/KeΦ (3)

为改善直流电动机的起动特性,限制电枢电流,在电枢回路中应串接外加电阻Rad,式(1-2)则为:

U=E Ia(Ra Rad) (4)

式(3)则变为:

n= U/KeΦ- Ia(Ra Rad)/KeΦ (5)

由式(1)可得:

Id=T/KmΦ

代入式(1-6),则可得:

n= U/KeΦ- T(Ra Rad)/KeKmΦ2 (6)

由式(6)可知,调节串入电枢回路的外加电阻Rad,电枢的供电电压U或磁极间的磁通(主磁通)Φ,都可以在负载转矩不变的情况下,调节电动机的转速;而改变电枢的供电电压U的方向,或电枢绕组中的电流Ia的方向,就可以改变电动机的旋转方向。

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即直流电动机的一般调速方法有三种:

1.调节串入电枢回路的外加电阻Rad,(调阻调速法或电阻控制法)

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保持电动机的供电电压U和磁极的磁通由不变,调节电枢回路的电阻,就可得到不同的转速。

如图所示,在电枢回路中,串入R1、R2、R3不同的电阻,依靠控制接触器KMl、KM2和KM3,依次将外接的外加电阻Rad (如R1、R2、R3)接入,从而使Ra Rad的阻值由Ra变为R1,(=Ra R1)、R2,(=Ra R1 R2)和R3,(=Ra R1 R2 R3)。这样,就可以得到对应于A、C、E、G点的不同转速nA、nC、nE、nG。

当负载转矩TL相同时,转速随外加电阻Rad的增大而降低。

若不考虑电枢电路的电感,电动机调速时(降低转速)的机电过程将如图中所示,沿着A→B→C→D→E→F→G变化。电动机从稳定的转速nA降低到新的稳定转速nC,再降低至nE、nG。。如串接的附加电阻减小,也可使转速上升。

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这种调速方法具有以下一些特点:

1)当Rad=0时,电动机运行于固有机械特性的“基速”上,随着串入的外加电阻Rad的增大,转速降低,即从基速下调。若减小串入电阻,也可使转速上升,但永远不会超过基速。

2)调阻调速,电动机工作于一组机械特性上,各条特性均经过相同的理想空载点nA,而斜率不同。机械特性较软,平滑性较差,Rad越大,斜率越大,即特性越软。电动机在低速运行时稳定度变差。3)这种调速方法虽然能够调节转速,仅它一般只在需要降低转速时使用且多采用分级调速(一般最大为六级),而实现无级调速闲难。4)在空载或轻载时,调速范围不大;在重载时会产生堵转现象。5)由于电枢电流流过调速电阻,因而消耗电能较大,转速越低,损耗越大。因此,这种调速方法只适用于对调速性能要求不高的中、小电动机,大容量电动机不宜采用。

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2.调节电动机的电枢供电电压U (调压调速法或电压控制法)

保持直流电动机励磁磁通和电枢回路的电阻不变,调节电动机的电枢供电电压U,由式(6)可见,转速n即随之发生变化。如图所示,在负载转矩TL一定的情况下,加上不同的电枢电压UN、U1、U2、U3、…(UN>U1>U2>U3>…),

改变电枢电压调速的特性

可以得到不同的转速na、nb、nc、nd、…(na>nb>nc>nd>…),并随着电压的降低,转速相应地降低。这种调速方法具有以下一些特点:

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1)当供电电压连续变化时、转速也可以连续平滑地变化。即可实现无级调速,且调运范围较大。但供电电压不能超过电动机的额定电压。因此.调节的速度均低于额定转速。

2)降低电压时,电动机的机械特性与固有特性相平行,斜率不变、即硬度不变,调速的稳定度较高。

3)调速时,因电枢电流与电压U无关,且磁通未变化,故电磁转矩T=KmΦId不变,即为恒转矩调速。

4)可以用调节电枢电压的办法来起动电动机,而不用其它起动设备。

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3.调节电动机的主磁通Φ (调磁调速法或励磁控制法)

保持电动机的电枢电压和电枢回路的电阻不变,调节励磁磁通,即改变了电动机的主磁通Φ,由式(6)可见,转速n随着磁通Φ的降低而升高。

图4所示为在负载转矩TL一定的情况下,在不同的主磁通ΦN、Φ1、Φ2、…

得到的不同转速na、nb、nc、…。图中

ΦN>Φ1>Φ2.因而得到na<nb<nc。这种调速方法具有以下一些特点:

1)可以平滑无级调速,但由于设计时一般总是取磁通工作在饱和区域,再增大主磁通的可能性不大,所以,调磁调速一般只能以削弱磁通来实现,即弱磁调速、而调节的速度将超过额定转速。

2) 调速特性较软,且受电动机换向条件等的限制、普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的1.2—1.5倍,所以,调速范围不大。

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3) 调速时维持电枢电压U和电枢电流Id不变.即功率P=UId不变。所以,调磁调速适合于带恒功率负载,实现恒功率调速。但电动机的转矩T=KmΦId将随着主磁通Φ的减小而减小。

4) 由于削弱主磁通后.转速增长较快,过分地弱磁,甚至可能造成“飞车”事故。因此,不得过分地弱磁,速度不能调得过高。使用中还必须具有弱磁保护安全措施。基于弱磁的调速范围很小,一般不单独使用,需和调压调速配合使用。在额定转速(基速)以下,用降压调运;而在额定转速以上时,则用磁调速。这样,可得到很宽的调速范围,而且调速损耗小,运行效率高,并可获得较好的调速方式与负载的配合关系。

目前,对调速性能要求较高的电力拖动系统、大多以闭环控制的调压调速方法为主。

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