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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。 根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速公式（式一）可以得出要想改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以從以下幾點(diǎn)入手：（1）改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)；（2）電機(jī)工作電源頻率；（3）電機(jī)的轉(zhuǎn)差率；但是不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。 N0=(1–s)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)子中接串電阻達(dá)到調(diào)速的目的，接下來介紹幾種繞線電機(jī)的簡(jiǎn)單調(diào)速方法： 一、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，電阻一般接為星形接法，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。 主回路接線圖如圖一(a) 圖一 啟動(dòng)前將電阻全部接入轉(zhuǎn)子回路，隨著啟動(dòng)過程的結(jié)束，啟動(dòng)電阻被逐級(jí)短接，KM1,KM2,KM3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，KA1,KA2,KA3中間繼電器可以根據(jù)實(shí)際工作 情況而定。 串電阻優(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3～5le），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。 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)過不斷的總結(jié)和改造，出現(xiàn)了串頻敏變阻器調(diào)速啟動(dòng)，其原理：利用電感器的交流阻抗隨著通過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； 頻敏變阻器是一種無觸點(diǎn)的電磁原件，可視為帶鐵心的三相電抗器，在電機(jī)起動(dòng)過程中，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，將其短接。如圖一b 優(yōu)點(diǎn)：1、實(shí)現(xiàn)無級(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3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U0，及負(fù)載轉(zhuǎn)矩ML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=(E0±E1)/(R2+X0)1/2（式4） E0-轉(zhuǎn)子開路相電勢(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R2≥X0，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E0±E1≈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（即s>0），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(即s<0)。 根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，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)主回路見圖二。 BT-整流變壓器 R-頻敏變阻器 圖二 此控制調(diào)速系統(tǒng)效率利用率高，它能實(shí)現(xiàn)無級(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，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)勵(lì)磁電流較大，為電機(jī)額定電流的25%，因此在電機(jī)分閘時(shí)不允許轉(zhuǎn)子開路，否則將產(chǎn)生嚴(yán)重的過壓，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)椋勾{(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。 串調(diào)裝置優(yōu)點(diǎn)：電能有效利用率高，能實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，機(jī)械特性硬，晶閘管被廣泛應(yīng)用，技術(shù)難度不大，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。 四、繞線電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串水電阻和轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速啟動(dòng)。 目前在許多礦山設(shè)備中多采用高壓（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，開發(fā)出了轉(zhuǎn)子串水電阻和轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速啟動(dòng)。 1、轉(zhuǎn)子串水電阻啟動(dòng)。 它是通過在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入液體電阻，自動(dòng)無級(jí)調(diào)整該電阻使其由大變小最后為零，實(shí)現(xiàn)電機(jī)降壓無沖擊地平滑起動(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)間來設(shè)定。通過程序控制平穩(wěn)移動(dòng)動(dòng)極板，最終達(dá)到電機(jī)平穩(wěn)無級(jí)啟動(dòng)的目的。 具體工作過程是：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上述條件，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高。當(dāng)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Iq≤1.3I（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)過程平滑，對(duì)機(jī)械設(shè)備無沖擊；可連續(xù)起動(dòng)5~10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。 2、轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速啟動(dòng)。 高壓繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)，采用低壓變頻器，通過高壓繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子供電，將電機(jī)定子短封，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)，以利用目前比較成熟的低壓通用型矢量控制變頻器技術(shù)，對(duì)高壓繞線電機(jī)的定子短封后，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。 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I0≤1.3Ie（A）。 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。 五、結(jié)束語。 綜上所述，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)本人經(jīng)驗(yàn)，在低壓（660V以下）繞線電機(jī)調(diào)速啟動(dòng)控制系統(tǒng)中建議采用，轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)，此調(diào)速啟動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，性價(jià)比高；在高壓（660V以上）繞線電機(jī)調(diào)速啟動(dòng)系統(tǒng)，建議采用轉(zhuǎn)子串水電阻啟動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用情況可根據(jù)安全可靠、經(jīng)濟(jì)的原則選擇最優(yōu)方案。 |
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