谈谈单相电机和三相电机各有哪些调速方法?
能结合实际例子的回答、原创最多、阐述最全的将得大奖。
下周初结贴,9个最优回帖分别获得20MP、10MP、10MP、10MP、20积分、20积分、20积分、20积分、20积分!
MP介绍:gongkongMP即工控币,是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位,类似于大家熟悉的QB,1个MP=1元人民币。
MP有什么用?兑换服务:以1个MP=1元来置换中国工控网的相关服务。 兑换现金:非积分获得的MP可兑换等值现金(满1000MP后、用户可通过用户管理后台申请兑换)。
楼主最近还看过
抛开机械调速方式不谈,只从电气传动调速方式分类:
一、单相电机调速主要是:1、在电动机主绕组前串接有级调速调速电抗器(实际为分级的电感器,比如家用吊扇的调速器就是这样一个电感器)。2、或者是串电阻或频敏电阻调速的,但为防止发热过度烧电机,一般这两种方式不可以做深调速,故其调速范围有限。3、也有的变频器是单相输出的,可以驱动单相交流电动机用于变频调速,不过这种变频器较为少见,而且基本只是用于小功率微特电机的变频驱动。
二、三相电动机调速方式很多:
1、对于三相滑差式电动机,电动机是与滑差调速器连接一体的,可以使用滑差调速器调速,用一个单相整流调压输出装置,输出可变的直流电压给一个刚性安装在筒形软磁钢上的电磁线圈,软磁钢内有个耦合软磁钢,二者通过异步旋转产生的转差形成电磁感应涡流以及电磁旋转转矩,此转矩是“柔性牵手”传递的转矩。当改变滑差调速器输出电压,线圈中的电流随之变化,感应涡流和感应转矩也随之调整,这样滑差输出轴与电机轴上的输出转速之间的转差率s也随着调节,最终实现转速调节;
2、对于三相异步笼形电机,其调速方法可以再细分为:1)变频调速(包括低压变频、中压变频、高压变频、交-交变频、交-直-交等)。2)定子电压调速(一般仅作降压降速调节,调速范围小,不可做深调速,能耗高)。3)定子串电阻调速(一般也是用于降速调速,调速范围小,能耗高不经济)。 4)对于特殊绕组的电动机,如变极电机、延边三角形绕组电机、Y/YY-△电机等,也可以实现变极对数调速(从外部绕组端子的电路结构上切换,实现变极调速,是有极调速,转速只有若干级,电动机一旦制造完成就只能进行固定转速的调节)。 5)多速变极电机也是特殊绕组结构的电动机,通过切换改变绕组端子和中间抽头的外部端接方式(有三者组合),实现三速变极调速。 6)定子串频敏电阻调速方式,与定子串电阻方式的原理思路类似,只不过前者是串电阻,后者是串入的频敏电阻实质上个三相电抗器,此电抗器的电感量会随着电动机转差频率的改变而改变,使得定子回路的各电矢量随转差率变化实现调速,而且也多是做大功率电机改善启动或小范围调速用,能耗经济型也不高;
3、对于三相绕线转子电动机:1)可以用转子回路串电阻方式调速,很多桥式起重机的吊钩起重和大、小车驱动等调速都是用此种方式调速。又可以根据转子三相回路中所串入电阻值大小是否对称细分为对称串阻调速和不对称串阻调速两种方式。 2)绕线转子交流异步电动机还可以使用串级调速方式调速,这一般是大功率大扭矩负荷驱动时可以做无级调速使用的,比如轧钢机轧辊驱动,某些大功率离心压缩机的驱动等,虽然现在已有变频调速、全数字直流调速等叫流行的驱动方式,但由于串级调速具有经济性好、调速精度也不错、制动动能可转化为电能回馈电网节能、可减少启动、制动对电网的冲击等优点,现在还有不少采用此种调速方式的。
一)单相电机调速方法有:串电抗器调速、电动机绕组内部抽头调速、交流晶闸管调、变极调速、调压调速、变频调速等。直流电机适合电压调速,交流电机不适合电压调速。
二)三相电机调速方法有:
1)变极对数调速方法:可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性。适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
2)变频调速方法:改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类,目前国内大都使用交-直-交变频器。适用于要求精度高、调速性能较好场合。
3)串级调速方法: 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的。串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速。适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
4)绕线式电动机转子串电阻调速方法: 绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大,电动机的转速越低。此方法设备简单,控制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速,机械特性较软。
5)定子调压调速方法: 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低。 调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。
6)电磁调速电动机调速方法:磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源(控制器)三部分组成。直流励磁电源功率较小,通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成,改变晶闸管的导通角,可以改变励磁电流的大小。适用于中、小功率,要求平滑动、短时低速运行的生产机械。
7)液力耦合器调速方法:液力耦合器是一种液力传动装置,一般由泵轮和涡轮组成,它们统称工作轮,放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体,当泵轮在原动机带动下旋转时,处于其中的液体受叶片推动而旋转,在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时,就在同一转向上给涡轮叶片以推力,使其带动生产机械运转 。 适用于风机、水泵的调速。
现在变频调速产业逐渐壮大,是主流的调速方式。
三相异步电动机的几种调速方式:
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有1、绕线式电动机的转子串电阻调速。2、斩波调速。3、串级调速;4、应用电磁转差离合器;5、液力偶合器;6、油膜离合器等调速。7、1)改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机;2)改变定子电压;3)频率的变频调速有能无换向电动机调速等。
三相异步电动机转速公式为:
n=60f/p(1-s)
从上式可见,改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看,不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。
从调速时的能耗观点来看,有高效调速方法与低效调速方法两种: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;电磁离合器的调速方法,能量损耗在离合器线圈中;液力偶合器调速,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。
一、变极对数调速方法
这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的,特点如下:
具有较硬的机械特性,稳定性良好;
无转差损耗,效率高;
接线简单、控制方便、价格低;
有级调速,级差较大,不能获得平滑调速;
可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法
变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类,目前国内大都使用交-直-交变频器。其特点:
效率高,调速过程中没有附加损耗;
应用范围广,可用于笼型异步电动机;
调速范围大,特性硬,精度高;
技术复杂,造价高,维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
三、串级调速方法
串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收,再利用产生附加的装置,把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为:
可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高;
装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上;
调速装置故障时可以切换至全速运行,避免停产;
晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
四、绕线式电动机转子串电阻调速方法
绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大,电动机的转速越低。此方法设备简单,控制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速,机械特性较软。
五、定子调压调速方法
当改变电动机的定子电压时,可以得到一组不同的机械特性曲线,从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,其调速范围较小,使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围,当调速在2:1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。
调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点:
调压调速线路简单,易实现自动控制;
调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低。
调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。
六、电磁调速电动机调速方法
电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源(控制器)三部分组成。直流励磁电源功率较小,通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成,改变晶闸管的导通角,可以改变励磁电流的大小。
电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械联系,都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部分,由电动机带动;磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均为静止时,如励磁绕组通以直流,则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极,其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时,由于电枢与磁极间相对运动,因而使电枢感应产生涡流,此涡流与磁通相互作用产生转矩,带动有磁极的转子按同一方向旋转,但其转速恒低于电枢的转速N1,这是一种转差调速方式,变动转差离合器的直流励磁电流,便可改变离合器的输出转矩和转速。电磁调速电动机的调速特点:
装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便;
调速平滑、无级调速;
对电网无谐影响;
速度失大、效率低。
本方法适用于中、小功率,要求平滑动、短时低速运行的生产机械。
七、液力耦合器调速方法
液力耦合器是一种液力传动装置,一般由泵轮和涡轮组成,它们统称工作轮,放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体,当泵轮在原动机带动下旋转时,处于其中的液体受叶片推动而旋转,在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时,就在同一转向上给涡轮叶片以推力,使其带动生产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中,改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速,作到无级调速,其特点为:
功率适应范围大,可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要;
结构简单,工作可靠,使用及维修方便,且造价低;
尺寸小,能容大;
控制调节方便,容易实现自动控制。
本方法适用于风机、水泵的调速。
单相电动机的调速方法:
单相异步电动机有单相电容运转式、单相电容起动式、单相双值电容起动式、单相罩极式等。也可以分为带离心起动开关的单相电动机和不带离心开关的单相电动机。
1、 变极调速
由于同步转速n = 60f1 / p,传统的双速和四速电机就是利用改变极对数p来改变转速n的。显然, 该方法虽然简易,但不能实现无级调速。
2、调压调速
这是常用的调速方法。单相异步电动机通常拖动的是通风性负载,如风扇等。负载转矩不是恒定常数,而是随转速增加而增加的,表示为M∝ na ( a > 1) 。改变供电电压时,电磁转矩特性曲线和机械特性曲线交点也随之改变,故能用改变电压实现调速。但该方法改变电动机转差率, 转矩特性差,稳速性能差, 调速范围小, 一般调速范围为额定转速的70%~100%。过去调压调速须用自耦变压器或电
抗器实现,设备笨重,电能损耗大,且不便于自动调节。目前多采用双向晶闸管对电压作相位控制来实现调压调速,且其相位控制也有诸如KTM03等的集成模块可直接利用(如图1所示) ,但由于负载电压是非正弦的,脉动转矩会增大。
3、模糊调压调速 ;
适当降低异步电动机电压,定子电流会随之减小,而输出功率以几乎保持不变。在负载不变情况下,电压降到一定程度后,定子电流将会增加,这时若电压下降值较大而电流上升值较小,电流在允许范围内,则该控制也是可行的。但若电压下降引起了电流急剧增大,则是不允许的,而且运行中的定子电压也不允许长期低于160 V。因此,这种控制的电压调整范围一般限制在160~220 V,其基本控制方法是:随电动机电压变化,跟踪其电流变化轨迹,电流由缓慢降低到突然增大那一瞬间的定子电压正是所要寻找的最佳电压值,即通过定子电流的大小及电流变化率的变化趋势来控制定子电压。因此,系统通电时,为使电动机获得足够的起动转矩,应使电动机在UN 下起动,同时单片机开始定时计时。当定时结束,即起动完成,单片机指令调压主电路控制电动机,电流检测电路能测出定子电流然后整形,微分电路输出反映定子电流变化率的信号△I。当有过零信号送入单片机,单片机指令启动电流A /D转换,根据所得I和△I值,经模糊推理求得其输出模糊控制信号的合适时间,该时间由单片机的定时器计时,达到定时时间后,单片机即输出晶闸管门极驱动信号完成调压工作。由于当前工控机的计算和事物处理能力,尚难对隶属函数和论域直接处理,故实际电路常用离线推理方法,即预先按照模糊控制规则和算法,求出控制表,把实时控制中复杂的模糊推理过程,简化成普通的单片机查表运算,提高系统的响应速度。对小容量单相异步电动机,由于调压调速模糊节能控制器所需硬件较少,采用集成芯片,控制回路的接线方式简单,控制线路的可靠性和自保护能力大大提高,成本很低。目前,模糊控制主要推理及策略由软件实现。电动机的模糊控制虽然节能效果明显,但毕竟是有差系统,控制品质受到控制规则的影响,推理方式很难保证控制效果的最优性。要实现高性能的控制,还要对模糊控制器软硬件作改进,比如可采用自学习、自组织的模糊控制器。
随着单片机、DSP和仿真技术的发展,一些诸如80x86等的芯片用于工控,及模糊控制专用芯片的开发,现场芯片的编程能力和响应时间会大大提高,模糊控制将逐步由简单查表发展到在线智能推理和预测阶段。
4、采用PWM变频调速器
将单相电容运转式电动机绕组接入单相电源输入/单相输出变频器。若用一般的三相变频器对单相异步电动机调速,可将绕组接于变频器的输出端(U、V、W )的任意两端,进行控制。该方法要解决好高频对电容的危害以及影响副绕组的移相角度等问题,其中电容应使用耐高频耐高压的固定电容。电抗器用于隔离电容对变频器的危害作用,并对高频谐波起滤波作用。变频器在降低频率调速时, I1 增大, I2 减小,旋转磁场的椭圆度增大,电动机绕组的相位、转矩特性变差,可适当提高PWM占空比,对绕组电压进行补偿,改善电动机
转矩特性。此方法调速成本虽低,但范围较小,低速转矩较差。对于起动回路按短时工作设计的单相电容起动式电动机,可将其改为电容运转式电动机后,同样适用上述方法,只不过转矩特性及控制方式要根据电动机性能适当改变。