第二章 鼠笼型感应电动机的调速

第二章 鼠笼型感应电动机的调速 §2-1概述

§2-2中压电动机的变频调速 §2-3功率单元串联多电平型变频调速

§2-4功率单元串联多电平型变频调速装置在火电厂的应用

§2-1概述

鼠笼型感应电动机的优点是结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便，因此在各个工业领域的生产机械上得到了广泛地应用。而在实际生产中，许多生产机械的负载状况往往是随着生产任务、工艺要求不同而变化，因此，根据生产机械、负载特点合理选择调速方式，实现电动机调速运行，提高电动机使用效率，可收到显著节电效果。

根据鼠笼型感应电动机的转速表达式为

()s p

f

n -=

160 式中： n ——异步电动机转速； f ——电源频率； p ——定子绕组极对数； s ——异步电动机转差率；

由式中可以看出，感应电动机有三种基本的调速方法：变极调速、变转差率调速和变频调速。 一、变极调速

1、改变电动机的极对数P 可以改变同步转速n ，从而使转速得

到调节，极对数的改变是通过改变定子绕组的接线方式来实现的。

因为改变定子极数时，转子极数也必须同时改变，笼型转子本身没有固定的极数，它的极数随定子磁场的极数而定。为下避免在转子方面进行变极改接，故变极调速不用于绕线转子异步电动机。

改变定子绕组极对数，一般有三种方法：

1）单一绕组，改变不同的接线组合，得到不同的极对数；

2）在定于槽内安放两种有不同极对数的独立绕组；

3）在定子槽内安放两种有不同极对数的独立绕组，而且每种绕组又有不同的接线组号，得到不同的极对数。

2、变极调速的主要优点：变速控制简单，操作方便，可靠性高，功率因数高，无附加损耗，效率高，可获得恒转矩和恒功率调速。

3、变极调速的主要缺点：只能有级调速，而且级差和调速等级有限。

基于上述优缺点，变极调速适用于不要求平滑调速的场合。

二、电磁调速电动机

电磁调速电动机又称滑差调速电动机，它与测速发电机和控制装置—一起组成交流无级调速系统，适用于恒转矩负载，特别是风机．泵类机械的调速。

1、基本原理：

由鼠笼型感应电动机、电磁转差离合器、测速发电机和控制装置组成，电动机本身并不调速，通过改变电磁转差离合器的励磁电流来实现调速，电磁转差离合器是将电动机转轴和生产机械作软性连接以传递功率的一种装置

2、电磁调速的优点：调速平滑，可以进行无级调速，当负载或电动机受到突然的冲击时，离合器可以起缓冲的作用，结构简单，造价低廉，运行可靠，维护容易。

3、电磁调速的缺点：因传递效率较低，故最大输出功率达不到电动机的额定功率，并且随着输出转速的降低，传递效率相应降低，故不适宜于长时期处于低速的生产机械上，由于摩擦和剩磁的存在，当负载转矩小于10%额定转矩时可能失控，不适用于恒功率负载。

三、变频调速

1、基本原理：电动机的转速与电源的频率成正比，通过变频装置将电网50Hz 的固定频率转换为可调频率，即可实现交流电动机无极调速。为使电动机变频时磁通保持一致，则：

1

144.4N fK U

=

Φ

式中： Φ——定子磁通； 1K ——定子绕组系数； 1N ——定子绕组砸数。

必须保证（定子输入）U/f 按一定比例变化。因此，变频调速又有变压变频调速（即VVVF ）之称。变频方式分为交—直—交变频和交—交变频两大类型。交—直—交变频方式又有电压型、电流型和脉宽调制型三种类型之分，均由整流器、滤波器和逆变器所组成，完成交流（工频）—直流—交流（变频）转换。

四、几种调速方式的比较

.. .

§2-2中压电动机的变频调速

中压变频调速的技术分类：

从主回路结构上分为交交变频和交直交变频

从储能方式上分为电流源型和电压源型

从电平数上分为二电平、三电平和多电平

从控制方式上分压频比控制、矢量控制和直接转矩控制

三电平高压变频如图

电流源型高压变频如图

功率单元串联型多电平高压变频主回路如图

目前，虽然有人提出了其他不同的高压变频器解决方案，但大都

不具有明显的可行性，或者说不具有将上述三种主流变频器结构取而代之的潜力。随着高压变频器成本的进一步降低，在中等功率市场，高低型变频器将会退出竞争，而只关注于较小功率的场合。三电平型变频器由于输出电压不高的问题，主要的应用范围应该是在一些特种领域，如轧钢机、轮船驱动、机车牵引、提升机等等，这些领域的电机都是特殊定制的。

由于上述的技术特征，通用型高压变频器将会是功率单元串联多电平型变频器占多数，成为主流产品。

§2-3功率单元串联多电平型变频调速

1、工作原理：

功率单元串联多电平型变频调速装置属于“高－高”电压源型变频器，由移相变压器柜、功率单元柜和控制柜组成。6000V系列有15个功率单元，每5个功率单元串联构成一相。10000V系列有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相，每个功率单元由移相变压器二次线圈供电，功率单元输出PWM波形，输出电压为690V，相间功率单元输出电压波形合成后相电压达到交流额定电压，移相变压器二次线圈相互间存在相位差，实现多重化串联整流供电来消除对电网的谐波干扰。

人机界面

控制器DSP+FPGA

变压器

◇6KV

6KV系列一般有15个功率模块，每5个功率模块串联成一相

6KV系列结构图

M

控制器DSP+FPGA

人机界面

◇10KV

10KV系列一般有24个功率模块，每8个功率模块串联成一相

10KV系列结构图

M

各功率单元输出电压波形图