眾所周知,電動機有兩大類,一類是直流電動機:另一類是交流電動機。交流電動機中用得最多的是異步電動機(感應(yīng)電動機),轉(zhuǎn)別是鼠籠式異步電動機。
兩類電動機有不同的調(diào)速方法:
一、直流電動機調(diào)速
直流電動機是指將直流電送到直流電動機,把直流電動機的電能轉(zhuǎn)換成機械能。這里首先要介紹如何將市電的交流電轉(zhuǎn)換成需要的直流電。六十年代以前采用的是發(fā)電機--電動機系統(tǒng)(F-D),這種方法只有在電動機由專用的發(fā)電機供電時才有可能。
另一種是可控硅--電動機系統(tǒng)(SCR-D)。
兩種系統(tǒng)的原理示意圖如下:
直流電動機的調(diào)速還比較方便,可以通過調(diào)節(jié)電樞供電電壓,電樞中串聯(lián)電阻,激磁回路串聯(lián)電阻來實現(xiàn)。
可見直流電動機調(diào)速有三種方法,而且調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方法容易實現(xiàn)平滑、無級、寬范圍、低損耗的要求。盡管直流電動機調(diào)速就其性能而言,可以相當滿意,但因其結(jié)構(gòu)夏雜,慣量大,維護麻煩,不適宜在惡劣環(huán)境中運行,不易實現(xiàn)大容量化、高壓化、高速化,而且價格昂貴。
二、交流電動機調(diào)速
交流電動機剛好相反。電動機結(jié)構(gòu)簡單、慣量小、維護方便,可在惡劣環(huán)境中運行,容易實現(xiàn)大容量化,高壓化、高速化,而且價格低廉。
從節(jié)能的角度看,交流電動機的調(diào)速裝置可以分為高效調(diào)速裝置和低效調(diào)速裝置兩大類。高效調(diào)速裝置的特點是:調(diào)速時基本保持額定轉(zhuǎn)差,不增加轉(zhuǎn)差損耗,或可以將轉(zhuǎn)差動率回饋至電網(wǎng)。低效調(diào)速裝置的特點是:調(diào)速時改變轉(zhuǎn)差,增加轉(zhuǎn)差損耗。
(一)具體的交流調(diào)速裝置有:
高效調(diào)速方法包括:
改變極對數(shù)調(diào)速——鼠籠式電機
變頻調(diào)速——鼠籠式電機
串級調(diào)速——繞線式電機
換向器電機調(diào)速——同步電機
低效調(diào)速方法包括:
定子調(diào)壓調(diào)速——鼠籠式電機
電磁滑差離合器調(diào)速——鼠籠式電機
轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速——繞線式電機
(二)各種調(diào)速裝置的特點:
(1)改變極對數(shù)調(diào)速
優(yōu)點:
①無附加轉(zhuǎn)差損耗,效率高;
②控制電路簡單,易維修,價格低;
③與定子調(diào)壓或電磁轉(zhuǎn)差離合器配合可得到效率較高的平滑調(diào)速。
缺點:
有級調(diào)速,不能實現(xiàn)無級平滑的調(diào)速。且由于受到電機結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制,通常只能實現(xiàn)2~3種極對數(shù)的有級調(diào)速,調(diào)速范圍相當有限。
(2)變頻調(diào)速
優(yōu)點:
①無附加轉(zhuǎn)差損耗,效率高,調(diào)速范圍寬;
②對于低負載運行時間較長,或起、停較頻繁的場合,可以達到節(jié)電和保護電機的目的。
缺點:技術(shù)較復(fù)雜,價格較高。
(3)換向器電機調(diào)速
優(yōu)點:
①具有交流同步電動機結(jié)構(gòu)簡單和直流電動機良好的調(diào)速性能;
②低速時用電源電壓、高速時用電機反電勢自然換流,運行可靠;
③無附加轉(zhuǎn)差損耗,效率高,適用于高速大容量同步電動機的啟動和調(diào)速。
缺點:過載能力較低,原有電機的容量不能充分發(fā)揮。
(4)串級調(diào)速
優(yōu)點:
①可以將調(diào)速過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差能量加以回饋利用。效率高;
②裝置容量與調(diào)速范圍成正比,適用于70%~95%的調(diào)速。
缺點:功率因素較低,有諧波干擾,正常運行時無制動轉(zhuǎn)矩,適用于單象限運行的負載。
(5)定子調(diào)壓調(diào)速
優(yōu)點:
①線路簡單,裝置體積小,價格便宜;
②使用、維修方便。
缺點:
①調(diào)速過程中增加轉(zhuǎn)差損耗,此損耗使轉(zhuǎn)子發(fā)熱,效率較低;
②調(diào)速范圍比較小;
③要求采用高轉(zhuǎn)差電機,比如特殊設(shè)計的力矩電機,所以特性較軟,一段適用于55kW以下的異步電動機。
(6)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速
優(yōu)點:
①結(jié)構(gòu)簡單,控制裝置容量小,價值便宜。
②運行可靠,維修容易。
③無諧波干擾。
缺點:
①速度損失大,因為電磁轉(zhuǎn)差離合器本身轉(zhuǎn)差較大,所以輸出軸的最高轉(zhuǎn)速僅為電機同步轉(zhuǎn)速的80%~90%;
②調(diào)速過程中轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化成熱能形式的損耗,效率低。
(7)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速
優(yōu)點:
①技術(shù)要求較低,易于掌握;
②設(shè)備費用低;
③無電磁諧波干擾。
缺點:
①串鑄鐵電阻只能進行有級調(diào)速。若用液體電阻進行無級調(diào)速,則維護、保養(yǎng)要求較高;
②調(diào)速過程中附加的轉(zhuǎn)差功率全部轉(zhuǎn)化為所串電阻發(fā)熱形式的損耗,效率低。
③調(diào)速范圍不大。
綜上所述,交流電動機最理想的調(diào)速方法應(yīng)該是改變電動機供電電源的頻率,這就是變頻調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,變頻調(diào)速的性能指標完全可以達到甚至超過直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。