淺析三相異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速

（大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠，黑龍江 大慶 163314）

淺析三相異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速

梁永成

（大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠，黑龍江 大慶 163314）

串級(jí)調(diào)速即將可調(diào)節(jié)電勢(shì)附加至繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，通過(guò)附加電勢(shì)的串入，對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差進(jìn)行改變，用以調(diào)整電動(dòng)機(jī)速度。附加電勢(shì)會(huì)將其所在電路中大部分的轉(zhuǎn)差功率吸收掉，再將電勢(shì)吸收的反差功率通過(guò)附加裝置轉(zhuǎn)換能量再次利用，或返還回電網(wǎng)。

串級(jí)調(diào)速：轉(zhuǎn)差率；電動(dòng)機(jī)

1 原理概述

電阻調(diào)速在繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中調(diào)速效率極低，將調(diào)速電阻串聯(lián)入轉(zhuǎn)子回路中，回路中會(huì)產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)差功率損耗，轉(zhuǎn)差功率會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的降低而不斷的增加，換言之，轉(zhuǎn)差功率的損耗量便會(huì)越高，但是由于調(diào)速電阻的串入便會(huì)造成轉(zhuǎn)差功率的消耗，因此系統(tǒng)效率便無(wú)法提升。

2 調(diào)速方法

三相異步式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)“60f/p（1-s）”公式進(jìn)行計(jì)算求得，式中f代表供電頻率，P代表極對(duì)數(shù)，s則為轉(zhuǎn)差率。通過(guò)改變f、p、s值中的任何一個(gè)，均能夠?qū)D(zhuǎn)速予以改變。串級(jí)調(diào)速是在傳統(tǒng)的串電阻調(diào)速基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，其原理繼承了一部分原有調(diào)速結(jié)構(gòu)的原理，但在轉(zhuǎn)差功率的利用上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于串電阻調(diào)速的方式。使得轉(zhuǎn)差功率被最大程度的加以利用，提高了電機(jī)的整體效率。并且將控制量引入電動(dòng)轉(zhuǎn)子側(cè)，即并將一個(gè)同轉(zhuǎn)子的相數(shù)相附加且回路頻率相同的電勢(shì)串入繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的回路中，通過(guò)附加電勢(shì)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。

而轉(zhuǎn)差功率的大部分則被串入的附加電勢(shì)所吸收，再利用產(chǎn)生附加電勢(shì)的裝置設(shè)法把所吸收的這部分轉(zhuǎn)差功率回饋入電網(wǎng)，就能使電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有較高的效率。

以下通過(guò)分析對(duì)附加電勢(shì)的改變是如何對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)的，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理是什么。異步電動(dòng)機(jī)在云狀過(guò)程中具有自然機(jī)械性，此時(shí)附加電勢(shì)為零，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定且接近額定轉(zhuǎn)速值，若是電動(dòng)機(jī)對(duì)恒轉(zhuǎn)矩進(jìn)行拖動(dòng)而負(fù)載，那么轉(zhuǎn)子每項(xiàng)的電流為

由于定子電壓相對(duì)較為恒定，因此氣隙磁通始終不會(huì)改變，電動(dòng)機(jī)中電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)電勢(shì)串入到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，且轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電勢(shì)同相位之間的差角不小于90°，那么電動(dòng)機(jī)主要向下進(jìn)行調(diào)速。由于串入了，轉(zhuǎn)子回路合成電勢(shì)將會(huì)發(fā)生改變，由轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子電流會(huì)因此而發(fā)生變化，從而造成呢個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩的變化，相位差角為180°時(shí)，則轉(zhuǎn)子電流

此時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩亦相應(yīng)增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，迫使電動(dòng)機(jī)加速，s值減小，可以看出，隨著s值減小，亦減小。當(dāng)所串入的足夠大時(shí)，電機(jī)必然要加速超過(guò)同步速，使s＜0，，式（5）中的分子項(xiàng)變?yōu)橐鄿p小，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩復(fù)原到與負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩相平衡時(shí)，加速過(guò)程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)處在高于同步速的某值下穩(wěn)定運(yùn)行。所串入同相位的附加電勢(shì)幅值越大，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速就越高。

3 如何獲得附加電勢(shì)

轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電勢(shì)頻率變化會(huì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而發(fā)生改變，那么串入電動(dòng)機(jī)電路的附加電勢(shì)大小必須可調(diào)且頻率跟蹤對(duì)于成本以及控制難度以及設(shè)計(jì)都有所增加。在設(shè)計(jì)的應(yīng)用中主要需要將交流電勢(shì)同直流電勢(shì)進(jìn)行比較，在此之前需要將交流電勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱?shì)，而對(duì)于速度的調(diào)整只需對(duì)直流電勢(shì)幅值大小進(jìn)行調(diào)整，便能夠有效進(jìn)行調(diào)速。而應(yīng)用逆變電壓器則是為保證得到同調(diào)速范圍相互匹配的電勢(shì)。

4 傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)效率分析

在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，基本不變，上式分子和分母中的隨著s得增大而減小，因此系統(tǒng)效率不會(huì)過(guò)多的受到轉(zhuǎn)差率的影響，因此系統(tǒng)效率能夠保持在較高的狀態(tài)。

5 傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)的分析

雖然傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速的方式效率較高，但是串入電阻會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的公因數(shù)現(xiàn)將，因而隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降就會(huì)造成功率因數(shù)隨之降低，功率因數(shù)其實(shí)質(zhì)為系統(tǒng)吸收有功功率同視在功率的比值，其公式表示為

所以異步電機(jī)功率因數(shù)才會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生改變。

結(jié)語(yǔ)

文章在對(duì)串級(jí)調(diào)速原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其系統(tǒng)等效電路進(jìn)行了推導(dǎo)，通過(guò)對(duì)逆變導(dǎo)通角β的改變從而對(duì)理想空載轉(zhuǎn)速予以改變，以此調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。該種調(diào)速方式可以將系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)差功率予以回收利用，電機(jī)轉(zhuǎn)速越低其回饋的功率便會(huì)越大，因而從轉(zhuǎn)換效率來(lái)說(shuō)，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)比傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)更加節(jié)能高效。

[1]佟純厚．交流電動(dòng)機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京∶機(jī)械工業(yè)出版社，1998．

[2]朱震蓮．現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)[M]．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1994．

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