三相异步电动机调速策略探讨

摘要：文章阐述了加强三相异步电动机调速策略的研究与探索的重要意义，探讨了三相异步电动机调速基本原理，提出了三相异步电动机调速的对策措施。

关键词：三相异步；电动机；调速；对策

中图分类号：TM32

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）22-0075-03三相异步电动机是一种重要的能量转换机构，其工作原理是内部转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现为外界输送动力的目的。异步电动机与其他类型电动机具有明显的优点，如运行稳定、机构简单、性价比高、便于维护、动力强劲等，因此三相异步电动机在企业电力拖动系统中得到大力推广和广泛运用，为工农业生产、人民生活提供了高效的动力来源。但相对而言，三相异步电动机调速较为困难。近年来，随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅猛发展，交流电机调速日趋完善，其调速性能可以与直流电机媲美，价格也不高。因此交流电机电力拖动系统正逐步取代直流电机拖动系统。加强三相异步电动机调速的研究，根据不同的拖动环境，科学制定三相异步电动机调速策略，可以更好地发挥三相异步电动机的优势，更好地为工农业生产

服务。

1　三相异步电动机调速基本原理

三相异步电动机是通过其内部转子与磁场间发生相对运动而产生电流，并产生磁场，与原有磁场发生相互作用，产生向外输送动力的作用力。三相异步电动机的转速由以下公式进行计算：

n=60f/p(1－s)

式中：

n——电动机转速

f——电动机所采用电源频率

p——电动机的极对数

s——转差率

由上式可知，电动机的转速由电动机所采用的电源频率、电动机的极对数、转差率等因素所决定，因此，进行电动机调速要着重从以上几个方面入手，从而实现对三相异步电动机的调速操作。根据上式中电动机所采用的电源频率f、电动机的极对数p及转差率s的调节，实现三相异步电动机调速，具体而言，三相异步电动机调速方法主要有变极调速、变阻调速和变频调速等几种。变极调速是针对极对数进行调节，就是通过改变定子绕组的磁极对数，以实现调速；变阻调速是通过调节转差率来改变转子电阻，从而实现调速目的；变频调速是通过调节供电频率实现调速的目的。

三相异步电动机调速从能耗、方式等方面，可以进行如下归类：一是从调速的本质分，各种调速方式主要是通过改变交流电动机的同步转速和不改变同步转速两类。不改变同步转速的调速方法主要有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。不改变同步转速的调速方法在生产机械中广泛使用。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。二是从调速时的能耗角度分，主要有高效调速和低效调速两种主要方法：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速方法，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说，转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很

小的。

2　三相异步电动机调速策略探讨

三相异步电动机调速主要涉及上文所述的三个因素，因此，要立足于改善这几项主要因素，审慎实施三相异步电动机调速策略，从而实现科学调速，降低电动机能耗。

2.1　变极对数电动机调速策略

对于一些机床、车床、起重机、鼓风机、抽水机等普通机械设备，对调速没有特殊要求，更没有必要采取无级调速。对于这种设备所采用的三相异步电动机的调速，可以通过改变定子绕组的接红的方式，以改变笼型电动机定子极对数，从而达到调速目的。变极对数的调速策略具有性价比高、损耗低、稳定性高、结构简单、操作简便等优点，对于一些无特殊要求的普通机械设备，可以采用变极对数的调速策略进行电动机调速。

2.2　串级电动机调速策略

绕线式异步电机的双馈调速要求加在电机转子绕组的电压频率与转子绕组感应电动势同频率，这样使控制电机变得复杂了。如果把异步电机转子感应电动势变为直流电动势，同时把转子外加电压也变为直流，这样就免去了对转差频率的检测、控制，主电路和控制系统也相对简单得多，符合三相异步电动机串级调速策略的基本思路。串级调速就是在绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势，以改变电动机的转差，从而实现调速。串级电动机调速策略能够有效降低调速损耗，提高电动机效率。而且当调速机械出现问题时，可以进行全速切换，能有效降低因电动机停车而造成的损失。

2.3　能耗转送调速策略

能耗转差调速时，电机转差功率全部消耗在转子上，因此随着转差率的增加，转差功率的消耗也会增加，这将引起转子发热加剧、效率降低。这种调速方式称转差功率消耗型调速，它包括定子调压调速、绕线式电动机转子串电阻调速和电磁调速电动机调速。定子调压调速是通过调节电动机定子电压，使转子因电流的不同，产生与磁极间不同的扭力，使电动机产生不同的动力和速度。根据经验，定子调压调速最好的方式是采用晶闸管调压方式，该种调压调速方式设备要求简单、能耗较低、调速效果好。绕线式电动机转子串电阻调速方法是通过在转子回路中串联电阻，使电动机的转差率加大，从而实现对电动机的调速。电磁调速电动机调速法通过改变晶闸管的导通角，以改变励磁电流的大小，从而实现电动机的调速。电磁调速电动机调速法具有控制简便、便于维护、机构简单、系统可行、调速效果好等优点。

2.4　液力耦合器调速策略

液力耦合调速策略是利用液力耦合调速器对电动机进行调速操作。液力耦合调速器是一种基于液力的传导机构，主要由泵轮、涡轮和液体组成，并密闭在一起，该传导机构动力传输的功能与充液量的多少具有一致性。因此，可以通过改变充液量及比率，来实现对转速的调节，进而实现对三项异步电动机的速度调节。液力耦合调速策略具有调速范围广、功能强大、操作方便、便于自动控制等优点，具有广泛的应用前景。

2.5　电动机变频调速策略

变频调速是改变异步电动机定子电源频率，从而改变同步转速，实现异步电动机调速的一种方法。这种调速方法有很大的调速范围、很好的调速平滑性和足够硬度的机械特性，使异步电动机可获得类似于他励直流电动机的调速性能。电动机变频调速是目前异步电机调速的主流方法，这种运行方式一般应用于拖动系统的起动和升速阶段。为了系统尽快起动，电机需要运行在比较高的转矩情况下，并且保持恒转矩运行。变频调速策略具有调速可靠性高、控制精度高、能耗低、调速范围广等优点，但同时，也具有结构复杂、技术要求标准高、成本突出、维护保养能力大等特点，需要根据实际情况进行选择。

3　结语

对三相异步电动机，要具体问题具体分析，采取变极对数电动机调速、串级电动机调速、能耗转送调速、液力耦合器调速、电动机变频调速等不同的调速策略，以提高电动机调速的实效。

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