周谷珍/重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式節(jié)能效果探討

周谷珍/重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本文對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速兩種調(diào)速方式的節(jié)能效果進(jìn)行分析，提出了一種新的調(diào)速方案，即轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速。采用這種調(diào)速方案，對(duì)于節(jié)約電能有一定價(jià)值。

串電阻調(diào)速；串級(jí)調(diào)速；斬波調(diào)速；節(jié)能

1.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式節(jié)能效果分析

繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式，通常是在轉(zhuǎn)子回路中串接附加電阻，通過改變其轉(zhuǎn)差率以達(dá)到調(diào)速的目的。這種方法簡(jiǎn)單方便，但卻存在一些問題，調(diào)速不平滑，是有級(jí)調(diào)速；低速時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大；轉(zhuǎn)子電阻及其開關(guān)設(shè)備體積大，屬于有觸點(diǎn)控制，帶電流切換電阻時(shí)故障率高；其轉(zhuǎn)差功率消耗在附加電阻上，電機(jī)運(yùn)行能耗大，效率低，很不經(jīng)濟(jì)。

2.串級(jí)調(diào)速方式節(jié)能效果分析

串級(jí)調(diào)速采用有源逆變的原理，用一套有源逆變?cè)O(shè)備代替轉(zhuǎn)子電阻及相應(yīng)的開關(guān)設(shè)備，把原來消耗在附加電阻上功率發(fā)送到電網(wǎng)，用改變逆變角的方法來改變轉(zhuǎn)速。這種方法提高了效率，節(jié)省了部分電能，但系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，投資大。

3.調(diào)速方式改進(jìn)方案

3.1 改進(jìn)思路

采用斬波電路，通過改變斬波電路的工作率，從而達(dá)到改變轉(zhuǎn)子的等效電阻的目的。

3.1.1 斬波開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)

電路如圖1所示，為并聯(lián)型斬波開關(guān)電路

圖1 并聯(lián)型斬波開關(guān)電路

3.1.2 斬波電路的工作原理

觸發(fā)導(dǎo)通VT1、VT3，電阻R2被VT1短接，同時(shí)，電容C開始充電直至U2，極性是上負(fù)下正，將VT3關(guān)斷。VT1導(dǎo)通一段ton的時(shí)間后，給VT2加觸發(fā)脈沖，因VT2承受著電容C上的正向電壓，VT2被觸發(fā)導(dǎo)通，于是電容C對(duì)VT1反向放電，使VT1關(guān)斷，電阻R2被接入主電路，接入的時(shí)間為VT1關(guān)斷時(shí)間toff。VT1關(guān)斷后，電容C繼續(xù)放電，并反向充電到Ud，其極性是上正下負(fù)，為再次觸發(fā)導(dǎo)通VT1、VT3提供條件。以上過程按一定的周期重復(fù)進(jìn)行。

假設(shè)斬波電路的導(dǎo)通時(shí)間為ton，斷開時(shí)間為toff，則通斷周期為T，通斷周期為T=ton+toff，且恒定不變，則轉(zhuǎn)子的等效電阻

RAB=R2ton/T，令Kx= ton/T，則RAB= R2Kx

Kx為斬波電路的工作率。

改變斬波電路的工作率，就可以改變轉(zhuǎn)子的等效電阻R2。

3.2 改進(jìn)后的斬波調(diào)速主電路分析

3.2.1 斬波調(diào)速主電路結(jié)構(gòu)

如圖2所示，為并聯(lián)型斬波調(diào)速主電路接線圖

圖2 并聯(lián)型斬波調(diào)速主電路接線圖

圖2中，M是被調(diào)速的交流電動(dòng)機(jī)，VD1～VD6構(gòu)成轉(zhuǎn)子整流橋，R2是調(diào)速電阻，VT1是主晶閘管元件用作斬波開關(guān)，VT1、VT2、VT3、輔助電容C和整流橋VD7～VD12構(gòu)成并聯(lián)型斬波開關(guān)電路，L1、L2是限流電感，LG是平波電抗器，T是電源變壓器。

3.2.2 斬波調(diào)速主電路的工作原理

從以上斬波開關(guān)電路的工作原理分析可知, 斬波電路相當(dāng)于一個(gè)功率開關(guān)，主要起導(dǎo)通、關(guān)斷VT1的作用。當(dāng)斬波電路導(dǎo)通時(shí)，R2被VT1短接，接到AB兩端的等效電阻為零；當(dāng)斬波電路斷開時(shí)，接到AB兩端的等效電阻為R2；若斬波電路按一定的周期不斷的接通和斷開，則AB兩端的等效電阻就在零和R2之間變化，就相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子回路接入了一個(gè)變化的電阻，從而達(dá)到了調(diào)速的目的。

由此可見，該斬波調(diào)速方式實(shí)質(zhì)上為轉(zhuǎn)子無級(jí)串電阻調(diào)速。

3.3 節(jié)能效益分析

3.3.1 電動(dòng)機(jī)的輸出功率分析

假設(shè)電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載為通風(fēng)機(jī)負(fù)載，其轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)速平方成正比，其功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。在額定轉(zhuǎn)速nN下，電動(dòng)機(jī)軸上的輸出機(jī)械功率為PN，則在轉(zhuǎn)速為n時(shí)，輸出機(jī)械功率為P2的標(biāo)么值為：

如認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速近似同步轉(zhuǎn)速，則sN≈0，(1)式成為

3.3.2 節(jié)能分析

如果忽略電機(jī)本身損耗，則輸入功率近似為輸出功率，調(diào)速前軸上的輸入功率近似為額定功率PN；調(diào)速后電機(jī)輸出功率為P2，相應(yīng)的輸入功率為故調(diào)速所節(jié)約的功率為節(jié)約的功率標(biāo)么值為：

根據(jù)式（2）和（3），現(xiàn)列出電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載時(shí)的節(jié)能效益對(duì)照表：

s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 n/n01 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 P2★1 0.729 0.512 0.343 0.216 0.125 0.064 0.02 0.008 0.01 0△P★0 0.19 0.36 0.54 0.64 0.75 0.84 0.91 0.96 0.99 1

從表中可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速從額定轉(zhuǎn)速nN降到0.8 nN時(shí)，△P★=0.36，

節(jié)能36％PN，并且隨著轉(zhuǎn)速降低，節(jié)能效果更加明顯。

4.結(jié)論

綜上所述：繞線式異步電動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)子斬波調(diào)速方式，是利用晶閘管組成的斬波電路對(duì)轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行連續(xù)的無觸點(diǎn)調(diào)節(jié)，是繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案中一種初期投資少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、功率因素高的調(diào)速方案，在繞線式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的通風(fēng)機(jī)以及水泵系統(tǒng)中，采用這種調(diào)速方案，對(duì)于節(jié)約電能有一定價(jià)值。

[1]楊威 ，張金棟 .電力電子技術(shù)［M］.重慶大學(xué)出版社，2003.