异步电机的串级调速原理及应用

三相异步电动机具有结构简单 价格低廉 维护方便 运行可靠等许多优点 因而获得了广 泛应用 但在采用较简单的方法调速时 性能远 不如直流电动机 随着科学技术的发展 特别是 半导体制造技术的长足进步 以变频调速和串级 调速为代表的复杂调速技术因控制电路日趋成 熟 性能不断提升 成本不断下降而获得了广泛 的应用
整流器的输入端是加到电动机转子的反相位 交流电动势 输出端是逆变器的直流电源 逆变 器的输入端是整流器的直流负载 输出端是逆变 变压器的交流电源 电网是逆变变压器的负载 也就是逆变器的负载 当电动机在一定负载下稳
图 3 晶闸管串级调速系统主电
串级调速的优点主要是 1 调速范围较 大 但是过载能力随转速降低而减小 限制了调 速范围的扩大 另外因转速越低 转差功率越 大 所需整流器 逆变装置的容量也越大 这也 成了限制调速范围扩大的一个因素 对于鼓风机 类负载 负载转矩随转速降低而减小 能够用较 小容量的整流器 逆变装置获得较大的调速范 围 2 调速的平滑性好 晶闸管调速电路很容 易通过对导通角的平滑调节改变转速 3 调节 的稳定性好 因为串级调速时的机械特性的直线 部分的硬度较大 如图2 甚至较固有机械特性 大 4 调速的经济性好 由前面内容可知 串 级调速回收了大部分转差功率 保证了电动机的 效率 减小了电能的浪费 另外 由于整流逆变 电路只需要对转差功率进行调节 因此其容量要 求低 可以明显节省调速电路成本
式内反馈串级调速方式
3 传统串级调速的改进 针对前述传统串级调速方法的缺点 现代调
速技术对绕线式异步电动机及串级调速的电路作 了有效的改进 从而有效的提高了其性能 拓宽 了其应用范围
为了省去逆变变压器 进一步降低损耗并减 小调速系统体积 同时也回收利用转差功率 现 在产生了所谓内反馈串级调速电机 即在国家标 准系列电机JR系列或YR系列绕线式三相感应电机 的基础上 在定子上增设一套辅助的三相对称绕 组 称为调节绕组 原来的定子绕组则称为主绕 组 并进行了优化设计 因此 相同规格的电机 具有相同(或相近)的安装尺寸 且结构相似 该调 速电机也可作为普通绕线式感应电机使用 并且 各项指标不低于对应的国家标准 该调节绕组所 起的作用 接线与传统串级调速系统中的逆变变 压器相似 用来吸收转子的转差功率 并通过与 转子旋转磁场相互作用产生正向的驱动转矩 使 电机从电网吸收的有功功率减少 如图4所示为内 反馈串级调速电机系统示意图
图 2 串级调速电机的机械特性图
2 晶闸管串级调速的工作原理与性来自百度文库特点 图3是晶闸管串级调速系统主电路的方框图
电动机定子从电网吸取功率P1 其中一部分转换成 机械功率 (1 s) PM 另一部分是转差功率sPM 转 差功率经转子送到半导体整流器并转换成直流 再经晶闸管逆变器及逆变变压器回馈给电网 因 此整个电动机及调速系统从电网吸取的功率是P1 sPM ( 是整个调速逆变电路的总效率 由于转 差功率大部分馈送给电网 所以效率较高
I21 =
s1E2 r22 + (s1x2 )2
电磁转距 T = CT ΦmI21 cosϕ21
现在引入电动势 E&ad 转差率为S 2 且 E&ad 与
s2E&2 相位相反
则转子电流为 I22 =
s2 E2 − Ead r22 + (s2 x2 )2
电磁转距 T = CT Φm I22 cosϕ22
师 大学 主要从事电力工程教学研究
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电机的转速越低 则转差
功率越大 显然此转差功率将
变成热能白白浪费 很不经
济 利用串级调速的方法就可
有效回收利用转差功率
串级调速实质上就是在绕
线式异步电动机转子电路串联
外加电势调速 如图1所示
图 1 串级调速原理图
设电动机原来在外加电动
势 Ead = 0 的条件下运行 转差率是s1 转子电流
可见 在引入外加电动势后 转子电流将减 小 电磁转矩将小于负载转距 电动机减速 经
万方数据
朱华杰 异步电机的串级调速原理及应用
历一个短暂的过渡过程后在较大的转差率s2下稳定
运行 而且 外加电动势越大 转差率s2越大 转 速越低 因此 改变与转子电动势相反的外加电 动势的大小 就能够在基速以下调节转速 这种 情况称为低同步串级调速
2.期刊论文 瞿丹晨.姚融融.陈玮.QU Dan-chen.YAO Rong-rong.CHEN Wei 交流异步电动机串级调速的应用 -物理测试2006,24(2)
交流电动机的串级调速是一种将绕线式异步电动机的转差功率利用起来的一种高效、经济的调速方法.它可以把转差率转变为机械功率反馈回电动机机械轴上,或把转差功率反馈 至交流电网中,使得具有良好的调速性能和较好的功率利用性.本文研究的是异步电动机串级调速的原理以及串级调速的机械特性.
内反馈串级调速与变频调速同属高效调速方 式 但其通过电动机转子绕组将高压问题转化成 低压问题来处理 所以控制功率仅为被控电机容 量的50% 解决了目前电力半导体器件的耐压问 题 是高压恒速电机改成调速电机的最佳方案 采用这种调速方案可以用比变频调速低得多的成 本获得非常好的节电效果 例如 应用于风机 水泵调速运行时平均节电率达40% 通常经一两年 即可通过节电效益回收全部设备投资
另外 当绕线式异步电动机在固有特性上运 行时 如果在转子电路中引入与转子电动势同相 位的外加电动势 则转子电流增大 电磁转矩将 大于负载转距 电动机加速至一个更小的转差率 下稳定运行 如果外加电动势较大 电动机的转 速就会超过同步转速 由定子和转子同时输入电 能 工作在双馈状态 输出机械能 外加电动势 越大 转速越高 调节外加电动势的大小 就可 以在同步转速以上调节转速 这种情况称为超同 步串级调速 由于超同步串级调速比较复杂 目 前还没有低同步串级调速应用广泛
第24卷第2期 2007年 6月
长江工程职业技术学院学报 Journal of Changjiang Engineering Vocational College
Vol.24 No.2 June 2007
异步电机的串级调速原理及应用
朱华杰
长江工程职业技术学院 湖北 赤壁 437302
摘 要 分析了异步电动机串级调速的工作原理与性能特点 介绍了内反馈串级调速电机及其装置的系统结构
为了提高电动机工作时的功率因数 及减小 谐波对电网的污染 在内反馈串级调速系统中还 装设有滤波装置 同时调节绕组的分布作用和短 距作用也能有效抑制谐波 如图4所示 为了兼顾 电动机的起动 采用频敏变阻器起动方式 起动 电流小 起动转矩大 能保证电机稳定起动 而 且过程自动切换 若要进一步提高电机调速系统 的功率因数 可使用PWM 脉冲宽度调制 整流
本文将结合异步电动机串级调速的原理探讨 其性能特点和实际应用
1 串级调速的基本工作原理 绕线式异步电动机转子串联电阻调速时 转
差功率全部损耗在转子电路的电阻上 即 2 sP M = m2 I 2 r 2+R S 式中 R S 是转子串联的电阻
收稿日期 2007 01 15
作者简介 朱华杰 1971
男 湖北天门人 讲
通过与变频调速装置的比较 指出了采用内反馈调速电机及其装置的适用场合
关键词 绕线式异步电动机 机械特性 串级调速 内反馈 补偿绕组
中图分类号
+
TM343 .4
文献标识码 A
文章编号 1673 0496 2007 02 0032 03
Principle and Application of Cascade Velocity Modulation of Asynchronous Motor
ZHU Hua-jie
(Changjiang Engineering Vocational College, Chibi 437302, China) Abstract :The working principle and performance characteristic of asynchronous motor cascade velocity modulation are analyzed, and the inner feedback cascade velocity modulation is introduced systematically. How to choose asynchronous motors according to needs are given through a comparison between the both ones. Key words: line circle asynchronous motor; characteristic of machine; cascade velocity modulation; inner feedback; compensated series motor
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1.期刊论文 胡家勤.HU Jia-qin 电力拖动系统能量转换的统一分析方法 -电气电子教学学报2005,27(6)
以他励直流电动机和三相绕线式异步电动机构成的电力拖动系统为例,借助它们的机械特性,用统一的方法研究电机在各种运行状态下,内部能量的转换关系.对这两种拖动系统得 到了类似的结论.该方法的主要特点是,刻画电能、机械能的物理量都可以直接从电机的机械特性上获取,并利用所定义的正负关系,直接确定能量的转换方向,而且该方法物理概念清 晰、易于学习掌握.
由图3不难发现串级调速的3个缺点 (1) 逆变 变压器本身体积较大 成本偏高 在向电网馈送 有功功率的同时还要从电网吸取无功功率 建立
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万方数据
2007 年 6 月
长江工程职业技术学院学报
第 24 卷第 2 期
内部磁场 造成整个调速系统功率因数偏低 如高速满载运行时 其功率因数只有0.6 这是不 能达到 全国供用电规则 相关规定的 (2) 逆变 装置将直流逆变成交流时 将附带产生较多谐波 分量 会对电网造成污染 (3) 串级调速只能用于 绕线式异步电动机
图 4 内反馈串级调速电机系统图
此外 内反馈串级调速电机系统通常采用微 机监控和PLC控制 不仅使维护量减少 大大降低 了整个系统故障几率 而且容易配备完善的保护 措施和更加灵活 方便的调速控制方式
4 与变频调速方式的比较及应用 变频调速是交流电机调速中最优越的调速方
式 调速性能好 具有恒转矩调速特性 适合各 种类型交流电动机 但由于其控制功率是被控电 机的视在功率 受电力半导体器件耐压水平的限 制 高压变频调速装置非常昂贵 性能价格比随 电动机电压升高和容量增大而明显下降 甚至需 要节电10余年才可回收设备投资 因此只适合工 艺上要求高性能调速的场合 如轧钢等 不适合 以节电为主要目的调速运行
图2所示为串级调速电机的机械特性 从机械 特性上可以看出 低同步串级调速时 外加电动 势越大 转速越低 在改变外加电动势进行调速 时 最大转矩 临界转差率和起动转矩都要发生 变化 增大外加电动势使过载能力和起动转矩减 小
定运行时 如果调节逆变器 使它的输出电动势 增大 由于电网电压是恒定的 逆变器输出电动 势增大 这就增大了整流器的负载 相当于使转 子外加电动势减小 因而使转子电流增大 转子 电流增大使电磁转矩大于负载转矩 电动机加 速 随着转速升高 转子电动势减小 整流器输 出的直流电压降低 逆变器输出的交流电动势减 小 通过逆变变压器向电网馈送的电流也减小 因此 电动机的转子电流和电磁转矩也减小 当 电磁转矩减小到重新与负载转矩相平衡时 转速 不再升高 电动机在较高的转速下稳定运行 这 就是将转速调高的基本原理 如果调节逆变器 使它的输出电动势减小 便可将电动机的转速调 低 由此可见 晶闸管串级调速是靠调节逆变器 的输出电动势来调节电动机转速的 在晶闸管的 控制电路中通过改变其导通角大小即可调节电动 机转速
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异步电机的串级调速原理及应用
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
朱华杰， ZHU Hua-jie 长江工程职业技术学院,湖北,赤壁,437302
长江工程职业技术学院学报 JOURNAL OF CHANGJIANG ENGINEERING VOCATIONAL COLLEGE 2007，24(2) 1次