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(多图) 交流异步电动机调速装置发展浅析

阜新晶体管有限责任公司 车存仁?? 2011年03月22日 ?? 收藏0

?  自控工作方式中,转子侧变频电源的频率是通过系统内的调节环节,根据电动机的运行状态(由位置检测器PS测出)自动控制的。该方式稳定性好,适用于轧钢机之类的冲击负荷。

  他控方式中,由专门的频率给定装置独立地控制变频器的输出频率。通常由独立的频率可调的低频三相正弦信号发生器产生给定信号。每个控制信号的给定值,对应一个确定的转速。

  改变转子绕组电源的频率、幅值和相位,就可以调节电动机的转矩、转速、和无功功率。双馈调速不仅可以在低于同步转速以下运转,还可以在高于同步转速以上运转,具有优良的调速性能,过载能力大、转动惯量小、效率要高于串级调速。它在很宽的调速范围内都可以得到电动转矩和制动转矩。其突出优点就是在保证调速要求的同时,还可以独立地调节电动机定子侧的无功功率,使调速系统具有很高的功率因数。其功率转换是采用交—交变频器,直接进行能量交换,所以效率很高,是比较完善的调速装置。适用于多种生产机械,发展前途非常广阔。国外在20世纪80年代投入运行,我国上个世纪90年代开始应用。但它也存在谐波电流大的问题。

  6)斩波式内反馈调速这是我国独有的,近十几年才兴起的新方法。它也是通过引入附加电势改变转差率的方法。它在串级调速的基础上又有所突破,把着眼点放在调速主体——电动机上,在电动机定子槽中通过多层嵌套方式安装了反馈调节绕组(这等于把逆变变压器和电动机巧妙地结合在一起)。内反馈调速的实质在于将部分转子功率PS(转差功率,见图4),通过调速装置反馈给电动机内部的调节绕组,反馈的功率越多,则轴输出功率的就越少,电机转速越低,即通过改变反馈的转差功率的多少使电动机转速得以连续调节。而调节绕组接受反馈功率则意味P1的减少,电能的节省。

斩波式内反馈调速装置主电路原理图

图4斩波式内反馈调速装置主电路原理图

  图中:1KM、2KM、3KM—开关,L1、L2、L3—电抗器,R—整流桥,

  I—逆变桥,S—关断桥,Sc—斩波晶闸管,Rf—启动频敏电阻,C—电容,

  D—逆阻二极管,F—保险,Load—电动机负载。?

  该方法是在常规串级调速的直流回路中,加入并联型直流斩波器。利用它对转子整流后的直流电流进行脉宽调制。控制斩波器的占空比就能调节直流侧的短路电流,从而间接地控制了反馈给调节绕组的转差功率,达到调速的目的。关断桥S的作用是关断斩波晶闸管Sc。逆阻二极管D、电感L2和电容C起隔离缓冲作用。加入斩波器使逆变器的触发角(β)不用调节,且固定在很小的角度,这样既大大提高了功率因数,减少了谐波电流对电网的污染,提高了系统的可靠性,又使逆变器的容量小很多(逆变器的容量=0.148P1)。因此,它具有结构简单、效率高、成本低、谐波幅值低的优点。但它只能在同步转速以下运行,而且不能利用原有的电动机,需购置专用的内反馈电动机(但却省掉了昂贵的逆变变压器)。在高电压、大容量的水泵、风机用绕线电动机调速中,显示出突出的优势。

  2.2改变极对数p的调速方法

  通过改变定子绕组的接线来改变极对数,就改变了同步转速。它可以获得恒转矩调速特性和恒功率调速特性。这种方法效率高,操作筒单、成本低廉,机械特性硬。为得到好的调速精度与稳定性,常用速度反馈的控制方式。缺点是有级调速。它和调压调速结合起来形成“变极调压调速”。可以大大改善低速运行性能,扩大调速范围。

  2.3改变频率f的调速方法

  变频调速是用变频电源改变电动机定子绕组的频率,从而改变同步转速来实现调速。这种方法具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。规格系列齐全,可以满足各种不同需求,因而被广泛采用,是最具发展前途的理想调速方法。它可分为两大类:

  1)交-直-交变频调速电网中的交流电先被整流成直流电,再通过逆变器逆变为频率可调的交流电。根据直流滤波方式不同,又分为电压型(电容器滤波)和电流型(电感滤波)两种。

  2)交-交变频调速由于它只有一级功率变换,省去了直流环节,减少了损耗,进一步提高了效率。也因此结构复杂、额定工作频率较低,造价较高。但它能够提供比较逼近正弦的交流电流,可以四象限运行,常用于大容量的交流调速设备中(国外单台变频装置容量已超过10MW)。变频调速的不足之处是造价较高、结构复杂、低速时功率因数低、谐波较大。

  3调速性能分析

  通过半导体电力变流器对电动机的电压、频率、功率进行调节来实现调速,虽具有转换效率高的优点,但也具有功率因数低、谐波电流大的缺点。所以,提高调速效率、提高功率因数、减少高次谐波、提高性能价格比始终是人们关注的重点。

  3.1调速效率

  图5是异步电动机能量流图。其中P2和PSC之间的功率差PS,即转差功率是上述几种节能调速的着眼点。

异步电动机能量流图

图5异步电动机能量流图


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交流异步电动机? 调速装置? 转速?

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