淺談繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制.ppt

淺談繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制,作者：呂教 云南金沙礦業(yè)有限公司濫泥坪公司轉(zhuǎn)運(yùn)工區(qū),摘要,本文主要敘述，三相繞線式異步電機(jī)的幾種簡(jiǎn)單調(diào)速方法，對(duì)比各調(diào)速控制的優(yōu)、劣，為各企業(yè)對(duì)設(shè)備選型和工程造價(jià)，提供一定的理論依據(jù)。,三相繞線式異步電機(jī)應(yīng)用,三相繞線式異步電機(jī)，它具有啟動(dòng)電流小，且啟動(dòng)扭矩大，并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)速度，它適合啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)和啟動(dòng)較頻繁的場(chǎng)合，被廣泛應(yīng)用于礦山、化工等各領(lǐng)域的球磨機(jī)、破碎機(jī)、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等電機(jī)傳動(dòng)設(shè)備中。,交流異步電機(jī)調(diào)速原理,根據(jù)交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式（式一）電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)系 N0=(1s)60f/p （式1） （此公式適合所有的交流電機(jī)調(diào)速） P電機(jī)極對(duì)數(shù)；s電機(jī)轉(zhuǎn)差率；f電機(jī)工作電源頻率；N0電機(jī)同步轉(zhuǎn)速； 然而對(duì)于繞線電機(jī)調(diào)速，一般都是給轉(zhuǎn)子回路中串接電阻（改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率）達(dá)到調(diào)速的目的，接下來(lái)給大家介紹繞線式異步電機(jī)的幾種簡(jiǎn)單調(diào)速方法：,三相繞線式異步電機(jī)的幾種簡(jiǎn)單調(diào)速方法,一、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速啟動(dòng)。 二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器調(diào)速啟動(dòng)。 三、轉(zhuǎn)子串極調(diào)速啟動(dòng) 四、轉(zhuǎn)子串水電阻調(diào)速啟動(dòng) 五、轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速啟動(dòng)。,一、轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)調(diào)速。,原 理 對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電網(wǎng)電壓及頻率不變時(shí)，在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻后，可以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子中串接啟動(dòng)電阻，減小啟動(dòng)電流，根據(jù)公式：I0=U0/R0（式2） 當(dāng)轉(zhuǎn)子串接電阻時(shí)R0,在U0不變的情況下，I0,此分析忽略電機(jī)感抗的損耗。,控制原理,啟動(dòng)前將電阻全部接入轉(zhuǎn)子回路，(附控制回路圖)利用KF控制手柄，使KM吸合，啟動(dòng)電阻被逐級(jí)短接，（如圖一a）KM3,KM2,KM1逐級(jí)吸合，保證始終有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，短接方式可以遵循時(shí)間和電流調(diào)節(jié)原則，KA3,KA2,KA1中間繼電器可以根據(jù)實(shí)際工作 情況而定。,圖一,控制回路圖,優(yōu)劣對(duì)比,優(yōu)點(diǎn)：1、系統(tǒng)穩(wěn)定，手動(dòng)控制簡(jiǎn)單。 2、對(duì)檢修維護(hù)要求低，對(duì)維護(hù)人員技術(shù)要求不高。 缺點(diǎn)：1、手動(dòng)操作、起動(dòng)性能不穩(wěn)定、起動(dòng)電流大（約為35le），轉(zhuǎn)子能耗高。 2、技術(shù)落后，目前已逐漸被淘汰。 3、屬有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。 4、鑄鐵電阻，占地面積大，笨重。,二、串頻敏變阻器調(diào)速啟動(dòng),由于串電阻有以上缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)不斷的總結(jié)和改造，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器調(diào)速啟動(dòng)。 原理：利用電抗器的交流阻抗作用隨著通過(guò)的電流頻率的增大而增大的原理設(shè)計(jì)的，繞線電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子電流頻率（式3），隨著轉(zhuǎn)速逐漸上升，而s下降，當(dāng)很小時(shí)，f0也逐漸下降直到無(wú)窮小。 F0=s*f1（式3） F0轉(zhuǎn)子電流頻率；s電機(jī)轉(zhuǎn)差率；f1定子電流頻率；,控制原理,頻敏變阻器是一種無(wú)觸點(diǎn)電磁原件，可視為帶鐵心的三相電抗器，在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，它的阻抗會(huì)隨著轉(zhuǎn)子電流的頻率變化而逐漸減少，故無(wú)需用人為去控制其阻抗數(shù)值，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，可用接觸器KM1，將頻敏變阻器短接，控制回路多采用時(shí)間作為參量。如圖一b,優(yōu)劣對(duì)比,優(yōu)點(diǎn)：1、實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑啟動(dòng)。 2、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)控制。 3、運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單，目前在低壓、小功率繞線電機(jī)中多采用此啟動(dòng)器。 缺點(diǎn)：1、對(duì)電壓穩(wěn)定性要求高，稍低即難起動(dòng)。 2、不能連續(xù)起動(dòng)，連續(xù)啟動(dòng)時(shí)間間隔為1分鐘左右。 3、頻敏包易燒毀，對(duì)絕緣要求高。,三、串極調(diào)速啟動(dòng),串級(jí)調(diào)速是指繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。 原理：假定異步電機(jī)的外加電源電壓E0不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩都不變，則電機(jī)在調(diào)速前后轉(zhuǎn)子電流近似保持不變。若在轉(zhuǎn)子回路中引入一個(gè)頻率與轉(zhuǎn)子電勢(shì)相同，而相位相同或相反的附加電勢(shì)E1則轉(zhuǎn)子電流I0為： I0=(E0E1)/ R0 （式4） R0= (R2+X0)1/2 E0-轉(zhuǎn)子開(kāi)路相電勢(shì)；R2-轉(zhuǎn)子回路電阻；X0-轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)每相漏抗； 當(dāng)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率s很小，故R2X0，忽略X0，上式中，E0取電動(dòng)機(jī)的一個(gè)常數(shù)，所以改變附加電勢(shì)E1就可以改變轉(zhuǎn)差率s ，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。實(shí)際E0E1常數(shù)（式四） 設(shè)當(dāng)E1=0時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速，即n=n0,s=s0,當(dāng)附件電勢(shì)與轉(zhuǎn)子相電勢(shì)相位相反時(shí)，E1為負(fù)，改變E1的大小，可在額定轉(zhuǎn)數(shù)以下調(diào)速，這稱為低同步串級(jí)調(diào)速（小于額定轉(zhuǎn)數(shù)）（即s0），當(dāng)附件電勢(shì)與轉(zhuǎn)子相電勢(shì)相位相同時(shí)，E1為正，改變E1的大小，可在額定轉(zhuǎn)數(shù)以上調(diào)速，這稱為超同步串級(jí)調(diào)速(大于額定轉(zhuǎn)數(shù))(即s0)。 根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用原則，串級(jí)調(diào)速，多采用晶閘管串級(jí)調(diào)速，晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是在繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)用大功率的晶閘管或整流二極管，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率交流變?yōu)橹绷?，再用晶閘管逆變器將轉(zhuǎn)子電流返回電源以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種方式。晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主回路見(jiàn)圖二。,圖二,控制原理,串級(jí)調(diào)速控制系統(tǒng)效率利用率高，它能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬，但是在運(yùn)行中也必須要注意以下兩點(diǎn)： 1、必須有嚴(yán)格的啟動(dòng)和切換順序，由于硅原件的賴壓和額定電流的影響，必須保證電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定的最低轉(zhuǎn)速以上時(shí)才允許切換至串級(jí)調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)，啟動(dòng)順序是：給控制回路送電，接通逆變器主電源轉(zhuǎn)子接入頻敏變阻器（起保護(hù)作用），接通定子電源，啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)加速至規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)切換至串調(diào)運(yùn)行，此后立即切斷頻敏變阻器。 2、必須有正確的停車順序，由于繞線電機(jī)空載時(shí)磁場(chǎng)電流較大，為電機(jī)額定電流的25%左右，因此在電機(jī)分閘時(shí)不允許轉(zhuǎn)子開(kāi)路，否則將產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)壓，甚至擊穿電機(jī)絕緣，停車時(shí)應(yīng)保證逆變器比整流器遲脫離電網(wǎng)，停車順序?yàn)?，使串調(diào)裝置脫離電機(jī)轉(zhuǎn)子，同時(shí)接入頻敏變阻器，切斷電機(jī)定子電源，切斷逆變器電源，切斷控制回路。,優(yōu)劣對(duì)比,優(yōu)點(diǎn)： 電能有效利用率高，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，機(jī)械特性硬，晶閘管被廣泛應(yīng)用，性能比較完善。 缺點(diǎn)： 對(duì)操作人員要求比較高，一旦損壞，維護(hù)難度大，控制回路要求繁瑣，目前對(duì)可逆吧部分模擬量控制技術(shù)落后。,四、轉(zhuǎn)子串水電阻調(diào)速啟動(dòng),適用范圍 目前在許多礦山設(shè)備中多采用高（0.6KV-10KV）和大功率(650-2000KW)繞線異步電動(dòng)機(jī)，如果繼續(xù)采用以上的啟動(dòng)方式，則對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求更高，系統(tǒng)保護(hù)更繁瑣，面對(duì)此情況，開(kāi)發(fā)出了轉(zhuǎn)子串水電阻和轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速啟動(dòng)。,轉(zhuǎn)子串水電阻調(diào)速啟動(dòng)控制原理,它是通過(guò)在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入液體電阻，自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)整該電阻使其由大變小最后為零，實(shí)現(xiàn)電機(jī)降壓無(wú)沖擊地平滑啟動(dòng)。 水電阻啟動(dòng)的原理是：水電阻是利用一個(gè)水槽，將一定配比的堿性液體（ClNa）置于水槽中，水槽兩邊設(shè)銅質(zhì)極板，一端為定極板，一端為動(dòng)極板，通過(guò)外設(shè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)極板，改變兩極板間的距離達(dá)到改變電阻的目的（電阻的阻值大小與動(dòng)定極板的距離大小近似正比關(guān)系），該電阻的改變是人為通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)定的，電阻的切換時(shí)間利用驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其執(zhí)行時(shí)間來(lái)設(shè)定。通過(guò)程序控制平穩(wěn)移動(dòng)動(dòng)極板，最終達(dá)到電機(jī)平穩(wěn)無(wú)級(jí)啟動(dòng)的目的。,控制原理,具體工作過(guò)程是：在主電機(jī)起動(dòng)前，液體電阻自動(dòng)投入；主電機(jī)起動(dòng)時(shí)，動(dòng)極板在一小功率伺服電機(jī)的帶動(dòng)下緩慢移動(dòng)，改變兩極板之間的距離，使串入轉(zhuǎn)子回路的液體電阻阻值變化滿足電機(jī)啟動(dòng)要求，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，兩極板之間距離最小時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，將液體電阻短接，完成起動(dòng)過(guò)程，轉(zhuǎn)入額定運(yùn)行狀態(tài)。,主要性能特點(diǎn),（1）、軟起動(dòng)，起動(dòng)電流小Iq1.3I（A）；降低了電機(jī)起動(dòng)升溫，有效地延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命； （2）、起動(dòng)過(guò)程平滑，對(duì)機(jī)械設(shè)備無(wú)沖擊；可連續(xù)起動(dòng)510次，起動(dòng)性能優(yōu)于頻敏起動(dòng)器； （3）、對(duì)電網(wǎng)要求不高，不會(huì)產(chǎn)生諧波而影響電網(wǎng)；結(jié)構(gòu)可靠、簡(jiǎn)單，安裝、維護(hù)方便；通用性好，可適用任何負(fù)載狀況下繞線式電機(jī)軟起動(dòng)，特別適用于重載起動(dòng)； 此系統(tǒng)雖然性能好，但工程造價(jià)高，普及率不高，有待推廣 。,五、轉(zhuǎn)子串變頻調(diào)速啟動(dòng),高壓繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)，采用低壓變頻器，給高壓繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子供電，實(shí)現(xiàn)高壓繞線電機(jī)的變頻調(diào)速，使交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，達(dá)到理想的運(yùn)行狀態(tài)。此設(shè)計(jì)新穎，利用成熟的低壓變頻技術(shù)。主回路接線圖如圖三：,圖三,由于高壓繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用上述結(jié)構(gòu)，利用目前比較成熟的低壓通用型矢量控制變頻器技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高壓交流繞線電機(jī)的變頻調(diào)速，因?yàn)楦邏豪@線電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓較低，轉(zhuǎn)子變頻器的電壓等級(jí)只要與電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓匹配即可，這就使用低壓變頻器解決高壓電機(jī)的變頻調(diào)速問(wèn)題，與高壓定子變頻調(diào)速控制相比，設(shè)備簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、可靠性高但 技術(shù)要求高。,優(yōu)劣對(duì)比,優(yōu)點(diǎn)：低壓變頻技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，配套方便；高效節(jié)能，啟動(dòng)電流小，調(diào)速范圍大，靜態(tài)性能好，啟動(dòng)電流小I01.3Ie，機(jī)械特性硬。 缺點(diǎn)：變頻器技術(shù)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)人員很難維護(hù)，設(shè)備成本高。,結(jié)