孫宇峰 高超

[摘 要]三相異步電動機(jī)以其價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、容易操作、方便維護(hù)等特點(diǎn)得到了現(xiàn)代企業(yè)的一致認(rèn)可，因此，為了更好的讓交流拖動設(shè)備為現(xiàn)代企業(yè)服務(wù)，當(dāng)務(wù)之急是選擇并不斷改進(jìn)調(diào)速方法。本文 主要是對三相異步電動機(jī)及其工作原理進(jìn)行了概述，并詳細(xì)的探討了調(diào)速的原理和方法。

[關(guān)鍵詞]三相異步電動機(jī)；調(diào)速；原理；方法

中圖分類號：S493 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）18-0258-01

1.三相異步電動機(jī)的概述

三相異步電動機(jī)以其價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、容易操作、方便維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了現(xiàn)代企業(yè)的一致認(rèn)可。在實(shí)際應(yīng)用過程中，三相異步電動機(jī)充當(dāng)原動力進(jìn)行拖動機(jī)械生產(chǎn)，在此拖動系統(tǒng)中，生產(chǎn)機(jī)械需要根據(jù)生產(chǎn)工藝規(guī)范及技術(shù)要求，進(jìn)行必要的變速運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的變速運(yùn)行手段主要有兩種：一是電氣調(diào)速，二是機(jī)械調(diào)速。所謂電氣調(diào)速是指在負(fù)載保持不變的情況下，通過改變電動機(jī)的電氣參數(shù)實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行的方法；機(jī)械調(diào)速顧名思義即是改變機(jī)械的傳動結(jié)構(gòu)方式實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)行。本文主要針對三相異步電動機(jī)應(yīng)用電氣調(diào)速的方式方法進(jìn)行探討。在社會的生產(chǎn)和實(shí)踐過程中，比較常用的電氣調(diào)速法基本上都是依據(jù)三相異步電動機(jī)的調(diào)速原理展開的。為了滿足當(dāng)今各企業(yè)對于交流拖動系統(tǒng)的需求，如何科學(xué)合理的發(fā)展，探究，創(chuàng)新與開發(fā)更加先進(jìn)的調(diào)速方式方法，以及對三相異步電動機(jī)工作原理的掌握、分析與應(yīng)用已成為現(xiàn)代化電動機(jī)專業(yè)技術(shù)人員的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。

2.三相異步電動機(jī)工作原理

在現(xiàn)實(shí)生活中三相異步電動機(jī)有時也被人們稱之為感應(yīng)電動機(jī)，在工作原理上三相異步電動機(jī)與直流電動機(jī)有所不同，其轉(zhuǎn)子繞組是通過在旋轉(zhuǎn)的磁場中受切割作用產(chǎn)生感應(yīng)電流，同時在磁場中還會受磁力的作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到讓轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的目的。若想要了解三相異步電動機(jī)的工作原理，研究分析磁場的產(chǎn)生是關(guān)鍵，磁場的產(chǎn)生就是根據(jù)“電生磁、磁生電”的相互轉(zhuǎn)化原理產(chǎn)生的。三相繞組在定子槽彼此成120度位置依次排列，簡單的說，當(dāng)A相電壓最大時，此時對應(yīng)A槽磁力最強(qiáng)；稍后B相電壓最大時，B槽內(nèi)磁力變?yōu)樽畲螅贿@樣就形成了最強(qiáng)磁極從A槽轉(zhuǎn)移至B槽，依此循環(huán)，便產(chǎn)生了“旋轉(zhuǎn)的磁場”旋轉(zhuǎn)的方向由相序決定，交流電頻率與旋轉(zhuǎn)速度成正比關(guān)系，磁極對數(shù)與交流電頻率成反比例關(guān)系。

3.三相異步電動機(jī)的調(diào)速原理

3.1 電氣調(diào)速

所謂電氣調(diào)速即是在保證負(fù)載不變的情況下，通過改變電動機(jī)的電氣參數(shù)，以獲得多種運(yùn)行速度的方式方法。如果出現(xiàn)負(fù)載的變化，那么電動機(jī)的轉(zhuǎn)速會隨之發(fā)生相應(yīng)改變，這種情況屬于三相異步電動機(jī)自身固有的特性，在此條件下，電動機(jī)因負(fù)載的變化而使轉(zhuǎn)速發(fā)生的改變不能稱之為調(diào)速。真正的調(diào)速是根據(jù)相應(yīng)指標(biāo)而定義的，具體可以參照以下：平滑性指標(biāo)指的是系統(tǒng)上下級轉(zhuǎn)速比值，當(dāng)比值接近于1時，則說明相鄰兩級的轉(zhuǎn)速越接近，這就意味著調(diào)速的平滑性較好；調(diào)速范圍指的是系統(tǒng)最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，針對不同的生產(chǎn)機(jī)械，其所需的調(diào)速范圍也相應(yīng)的不同，當(dāng)然，較大的調(diào)速范圍是每個機(jī)械生產(chǎn)的共同需求；經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)就是指調(diào)速設(shè)備的維護(hù)維修、設(shè)備投資等費(fèi)用是否高于標(biāo)準(zhǔn)以及調(diào)速的環(huán)節(jié)是否符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 三相異步電動機(jī)的調(diào)速原理

三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的速度可以用公式來進(jìn)行表示：

n=n0（1-s）=（1-s）

其中，公式中的的n表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；n0表示為電動機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)數(shù)；s表示轉(zhuǎn)差率；f表示定子電源的頻率；p表示定子磁極對數(shù)。通過上述公式，我們可以清晰的看到三相異步電動機(jī)中轉(zhuǎn)差率、電源的頻率、定子磁極對數(shù)均對三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生著影響，如若想要對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變，我們只需要對轉(zhuǎn)差率、電源的頻率、定子磁極對數(shù)進(jìn)行改變就可以實(shí)現(xiàn)。

4.三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法

4.1 變頻調(diào)速

所謂變頻調(diào)速即通過改變電動機(jī)定子繞組電源頻率，達(dá)到最終的調(diào)速目的。實(shí)踐生產(chǎn)過程中，只單純的改變電源頻率是不能完成電動機(jī)的調(diào)速特征的，而是需要在調(diào)節(jié)電源頻率的同時，進(jìn)行電源電壓的相應(yīng)調(diào)整，保持調(diào)節(jié)過程中二者比值相互平衡，在這樣的狀態(tài)下，才能使電動機(jī)的運(yùn)行時刻處在良好的環(huán)境中；三相異步電動機(jī)在應(yīng)用改變頻率進(jìn)行調(diào)速時，必須有一套能夠同時改變電源頻率和電壓的供電設(shè)備，這個設(shè)備的專業(yè)名稱叫做變頻器，其工作原理是將頻率和電壓不變的交流電轉(zhuǎn)化成頻率和電壓可變的交流電，以供電動機(jī)調(diào)速使用。

4.2 變極調(diào)速

所謂變極調(diào)速即通過改變電動機(jī)定子磁極對數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的方式方法。定子繞組的磁極對數(shù)主要是通過改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)定子繞組的接線方式而改變的。另外一個原因是只有電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子擁有相同極數(shù)時，才能確保電動機(jī)具有恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，所以，若想通過改變極數(shù)來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，必須同時進(jìn)行電子極數(shù)和定子極數(shù)的統(tǒng)一改變。鼠籠型電動機(jī)就是應(yīng)用這一方法的典型設(shè)備，其自身轉(zhuǎn)子極數(shù)能夠根據(jù)定子極數(shù)的變化智能的做出相應(yīng)變化，以保證其合理的調(diào)速目的，確切的說，這種通過變極調(diào)速的電動機(jī)只適用于鼠籠電動機(jī)。

4.3 通過改變轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)速

就是通過控制三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率來進(jìn)行調(diào)速。

4.3.1 調(diào)壓調(diào)速：電機(jī)轉(zhuǎn)速通過改變電動機(jī)定子繞組電壓實(shí)現(xiàn)的方式方法。將電壓調(diào)低，將會減小電動機(jī)兩級的磁通量，進(jìn)而較小了電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，在負(fù)載不變的前提下，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，此時的旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組速度加快，增加了轉(zhuǎn)子的電流，使負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩保持平衡，使得電動機(jī)在此狀態(tài)下趨于穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的最終目的。此種方法也存在一定弊端，三相異步電動機(jī)降低電壓的同時其本身的輸出轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)的降低（因三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與定子繞組端電壓平方成正比），所以該方法只適用于風(fēng)機(jī)，泵類和輕載類負(fù)載應(yīng)用進(jìn)行調(diào)速。

4.3.2 轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速：繞線式電動機(jī)通過在轉(zhuǎn)子回路中設(shè)置串電阻，使電流降低，同時電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)降低，在負(fù)載不變的情況下降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的速度增大，使得轉(zhuǎn)子的電流相應(yīng)增加，使負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩保持平衡，繼而電動機(jī)在此狀態(tài)下轉(zhuǎn)速將會趨于穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。應(yīng)用該方法進(jìn)行電動機(jī)的調(diào)速其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)；不足之處在于該調(diào)速方法的平滑性差，而且屬于有級調(diào)速，轉(zhuǎn)差率過低時容易導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備的損耗磨損嚴(yán)重，運(yùn)行效率大大降低。

4.3.3 串級調(diào)速：繞線式轉(zhuǎn)子電動機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子不串入電阻，而是對應(yīng)的串接一個附加電動勢，該附加電動勢與轉(zhuǎn)子電動勢保持同頻率，從而平衡了因串入電阻所消耗的轉(zhuǎn)差功率。繞線式電子電動機(jī)的串級調(diào)速進(jìn)一步克服了轉(zhuǎn)子回路串接其他電阻調(diào)速的缺點(diǎn)，保證了其無極平滑調(diào)速、低速機(jī)械特性、高效率的調(diào)速優(yōu)點(diǎn)。

5.結(jié)束語

三相異步電動機(jī)有三種主要的調(diào)速方式：變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變極調(diào)速和變頻調(diào)速。其中，變極調(diào)速主要是根據(jù)定子繞組接線方式的改變，根據(jù)其工作原理進(jìn)一步改變了電動機(jī)的極數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的相應(yīng)變化，此種調(diào)速方法屬于有級調(diào)速；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速包括繞線式電動機(jī)電子回路串級調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速和串電阻調(diào)速；變頻調(diào)速屬于無級調(diào)速模式，也是現(xiàn)代交流電調(diào)速的主要發(fā)展研究方向；回路串電阻調(diào)速的特點(diǎn)是方法簡便，容易實(shí)現(xiàn)，但也存在著不足之處，其性質(zhì)屬于有級調(diào)速，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，效率低等；串級調(diào)速相對而言就是有優(yōu)勢的，它能夠克服轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的缺點(diǎn)，但是設(shè)備相對復(fù)雜；降壓調(diào)速局限性較大，主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備系統(tǒng)。

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