閆丹，閆紅

(1佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯154005；2佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

特殊電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

閆丹1，閆紅2

(1佳木斯防爆電機(jī)研究所，黑龍江佳木斯154005；2佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

介紹了幾種特殊電動(dòng)機(jī)，如雙速電動(dòng)機(jī)、齒輪電動(dòng)機(jī)、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)、盤式制動(dòng)電動(dòng)機(jī)、機(jī)車牽引電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的選擇及特點(diǎn)，為從業(yè)人員提供了可靠的技術(shù)參考。

特殊電動(dòng)機(jī)；變頻調(diào)速；特點(diǎn)

0 引言

電力拖動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)選擇特殊電動(dòng)機(jī)，由變頻器供電作為電力拖動(dòng)的動(dòng)力，是由于兩個(gè)方面的原因：其一為節(jié)省資金進(jìn)行設(shè)備改造權(quán)宜之計(jì)；其二由于調(diào)速的需要而選擇。為適應(yīng)變頻調(diào)速特殊電動(dòng)機(jī)要面對(duì)很多問題要解決，否則無法正常工作，下面逐一進(jìn)行介紹。

1 雙速電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

選用直流機(jī)作為調(diào)速的動(dòng)力，價(jià)格昂貴、維修困難，有些設(shè)備選擇了雙速電動(dòng)機(jī)以滿足有級(jí)調(diào)速，也能初步滿足使用要求。目前變頻調(diào)速技術(shù)非常成熟，性價(jià)比高，所以選擇變頻調(diào)速是方向。新設(shè)計(jì)的設(shè)備一般不可能選雙速電機(jī)，舊設(shè)備雙速電機(jī)尚未損壞，如何利用好，通常有兩種方案。

1.1 雙速電動(dòng)機(jī)是具有兩種磁極對(duì)數(shù)的電動(dòng)機(jī)，具有兩種不同的同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，高低速檔的功率也不同，高速檔的功率大于低速檔的功率，雙速電動(dòng)機(jī)在采用變頻調(diào)速時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

(1)與同容量的普通電動(dòng)機(jī)相比，雙速電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都低，故額定電流大，在選配變頻器時(shí)，應(yīng)充分注意。

(2)在切換磁極對(duì)數(shù)瞬間，因電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與切換前的同步轉(zhuǎn)速接近和切換后的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的轉(zhuǎn)速差很大，將會(huì)產(chǎn)生很大的過電流，導(dǎo)致跳閘，所以磁極換檔，必須在停車時(shí)的情況下進(jìn)行，這一點(diǎn)有時(shí)很難滿足使用要求。

1.2 根據(jù)功率及轉(zhuǎn)矩情況選擇只使用其中一種轉(zhuǎn)速，另一種轉(zhuǎn)速不使用，比較合理。

2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

2.1 轉(zhuǎn)子繞組是一組星形聯(lián)結(jié)的三相對(duì)稱繞組。繞組的引線分別接三個(gè)集電環(huán)，集電環(huán)與電刷和外接的電阻(起動(dòng)調(diào)速用)連接，繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的調(diào)速為有級(jí)調(diào)速，終將被淘汰。

2.2 為節(jié)省費(fèi)用，將繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)用于變頻調(diào)速應(yīng)注意的事項(xiàng)：就是將繞線轉(zhuǎn)子變成類似籠型電動(dòng)機(jī)，只不過繞組不是鑄鋁的。辦法是將三相繞組短接，集電環(huán)、電刷及外接電阻均不用，改造以后要特別注意低頻起動(dòng)電流不能超額定電流的2倍，如果超出必須降低起動(dòng)頻率。待電動(dòng)機(jī)報(bào)廢后，再更換正規(guī)的變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。

3 盤式制動(dòng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

3.1 盤式制動(dòng)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

由普通電動(dòng)機(jī)與盤式制動(dòng)器組成；制動(dòng)器的勵(lì)磁繞組通入直流電流，制動(dòng)器閘松開，斷電后抱緊實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。直流電由整流器輸出側(cè)供電，整流器輸入端為交流電，取自電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)的端子。

3.2 盤式制動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速時(shí)的注意事項(xiàng)

變頻調(diào)速時(shí)處于恒轉(zhuǎn)矩段，電壓不是固定的，隨著頻調(diào)的降低而降低，會(huì)引起勵(lì)磁電流過小。制動(dòng)器閘不能松開，所以整流器交流電不能取自電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)接線端(實(shí)際為變頻器輸出側(cè))，而應(yīng)取自變頻器的輸入側(cè)交流電壓是固定的。盤式制動(dòng)電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)是經(jīng)常用的，而不像雙速電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)將被淘汰。

4 齒輪電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

通常稱齒輪電動(dòng)機(jī)為減速機(jī)，由減速機(jī)與電動(dòng)機(jī)連為一體，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，屬于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不可缺的設(shè)備。在該系統(tǒng)中完成調(diào)速預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)，通過改變頻率，完成再輔以電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)的選擇，當(dāng)工作機(jī)械要求轉(zhuǎn)速為幾轉(zhuǎn)時(shí)，變頻電動(dòng)機(jī)將頻率調(diào)到最低，也滿足不了要求，如將電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)加大，雖然可滿足要求，但電動(dòng)機(jī)體積過大，費(fèi)用太高。齒輪電動(dòng)機(jī)可解決這一問題，為滿足負(fù)載要求大轉(zhuǎn)矩要求，功率不增大，齒輪電動(dòng)機(jī)是最適合的。

4.1 齒輪電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

(1)由于齒輪箱的傳動(dòng)效率很高，故齒輪箱輸出軸上的功率和電動(dòng)機(jī)軸上的功率基本相等，相差很少。

(2)齒輪箱的減速比λ要大很多，因?yàn)辇X輪箱軸上的輸出功率不變，輸出軸的轉(zhuǎn)矩被放大了λ倍。

4.2 齒輪電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，滿足生產(chǎn)工藝更高要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，通過變頻可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)短調(diào)速。

(1)頻率上限。轉(zhuǎn)速過高，會(huì)引起齒輪箱磨損和振動(dòng)的增加，故一般情況下工作頻率以不超過90Hz為宜。

(2)頻率下限。取決于潤滑劑的種類：①如果采用潤滑脂潤滑，可在任意低速運(yùn)行。②如果采用潤滑油潤滑，轉(zhuǎn)速低會(huì)影響上半部齒輪潤滑，故不低于25Hz為宜。

5 牽引電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

牽引電動(dòng)機(jī)用于鐵路機(jī)車的驅(qū)動(dòng)力，分直流牽引電動(dòng)機(jī)和交流牽引電動(dòng)機(jī)，本文只涉及交流牽引電動(dòng)機(jī)，屬于交流異步電動(dòng)機(jī)范疇。由于用戶使用要求具有特殊性，所以普通異步電動(dòng)機(jī)有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件自成體系有其自己的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件，不適用牽引電動(dòng)機(jī)。

內(nèi)燃機(jī)車并非用內(nèi)燃機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)車，而是驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電后，利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)車。20世紀(jì)90年代以前均被直流傳動(dòng)壟斷，之后交流傳動(dòng)開始用于機(jī)車牽引。發(fā)展至今，采用交流電直接輸入機(jī)車進(jìn)行變頻傳動(dòng)的電力機(jī)車開始推廣，出現(xiàn)電氣化鐵道是一個(gè)飛躍。變頻調(diào)速牽引電動(dòng)機(jī)成為驅(qū)動(dòng)主角，與直流傳動(dòng)機(jī)相比，采用變頻調(diào)速的交流傳動(dòng)具有很大的優(yōu)越性，主要有以下幾點(diǎn)。

5.1 變頻牽引電動(dòng)機(jī)的恒功率區(qū)比直流電動(dòng)機(jī)大許多，轉(zhuǎn)速更高，起動(dòng)牽引力大，持續(xù)功率大，有利于實(shí)現(xiàn)重載和高速牽引。

5.2 牽引性能好。由于機(jī)車起動(dòng)牽引力不是依靠過載電流來實(shí)現(xiàn)，所以起動(dòng)時(shí)無過載，但牽引力大于直流傳動(dòng)，并允許長期發(fā)揮大的牽引力，適用于重載及客貨機(jī)車。

5.3 交流變頻傳動(dòng)可以很容易實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，大大減少制動(dòng)閘瓦的消耗，并可利用制動(dòng)時(shí)反饋的能量，達(dá)到節(jié)能目的，另外交流傳動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的粘著特性，這是個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，由于變頻牽引電動(dòng)機(jī)具有很硬的機(jī)械特性，因此車輪不容易發(fā)生打滑或空轉(zhuǎn)。

5.4 交流傳動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)可接近1。

5.5 機(jī)車簧下重量大大減輕，可改善發(fā)送輪軌動(dòng)力學(xué)性，降低機(jī)車輪緣磨耗。

6 結(jié)語

特殊電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，就是將其有級(jí)調(diào)速改為無級(jí)調(diào)速，以便于提高工藝水平提高產(chǎn)品質(zhì)量，但選用雙速電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，已經(jīng)有了正常變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行替代，利舊改造只是暫時(shí)的。由此可見，齒輪電動(dòng)機(jī)、盤式制動(dòng)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)成為變頻調(diào)速系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

20世紀(jì)90年代后，牽引電動(dòng)機(jī)尚可稱為特種電動(dòng)機(jī)，但到目前為止，已經(jīng)采用了高大容量變頻器供電的變頻調(diào)速牽引電動(dòng)機(jī)，屬于創(chuàng)新產(chǎn)品，為我國的電氣化鐵路提供可靠的驅(qū)動(dòng)力。

[1] 曾先文.變頻調(diào)速技術(shù)基礎(chǔ)教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 劉洪文.變頻調(diào)速技術(shù)在節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用.防爆電機(jī)，2010.3.

[3] 劉衛(wèi)星，邵文娟.變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的控制.防爆電機(jī)，2010.5.

[4] 于淑華，王君實(shí).變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)繞組損壞原因分析.防爆電機(jī)，2013.2.

Frequency Variation and Speed Adjustment of Special Motor

YanDanandYanHong

(1.Jiamusi Explosion-Proof Electric Machine Institute, Jiamusi 154005, China；2.Jiamusi Electric Machine Co., Ltd., Jiamusi 154002, China )

This paper introduces variable-frequency adjustable-speed selection and characteristics of some kinds of special motors such as two-speed motor, gear motor, wound-rotor induction motor, disc braking motor and locomotive traction motor. It can provide technical reference for employed persons.

Special motor；frequency variation and speed adjustment；characteristic

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.01.10

TM301.2

B

1008-7281(2017)01-0036-002

閆丹 女 1978年生；畢業(yè)于哈爾濱師范大學(xué)漢語言文學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)技術(shù)等相關(guān)工作.

2016-03-18