交流电机调速原理和方法

交流电机简介

“交流电机”是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器（见直流电机的换向），因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。20世纪80年代初，最大的汽轮发电机已达150万千瓦。交流电机是由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉发明的。

电机原理

用单相电容式电机说明：单相电机有两个绕组，即起动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差90度。在起动绕组上串联了一个容量较大的电容器，当运行绕组和起动绕组通过单相交流电时，由于电容器作用使起动绕组中的电流在时间上比运行绕组的电流超前90度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，电机转子中产生感应电流，电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。

调速原理

额定转速n=60f/p（1-s）=同步转速N1（1-S） f电源频率 p电机极对数 s转差率

1.利用变频器改变电源频率调速，调速范围大，稳定性平滑性较好，机械特性较硬。就是加上额定负载转速下降得少。属于无级调速。适用于大部分三相鼠笼异步电动机。

2.改变磁极对数调速，属于有级调速，调速平滑度差，一般用于金属切削机床。3.改变转差率调速。

（1）转子回路串电阻：用于交流绕线式异步电动机。调速范围小，电阻要消耗功率，电机效率低。一般用于起重机。

（2）改变电源电压调速，调速范围小，转矩随电压降大幅度下降，三相电机一般不用。用于单相电机调速，如风扇。

（3）串级调速，实质就是就是转子引入附加电动势，改变它大小来调速。也只用于绕线电动机，但效率得到提高。

 

交流电机调速方法

一、变极对数调速方法 ：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。

二、变频调速方法 ：使用变频器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。

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。

四、绕线式电动机转子串电阻调速方法： 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 ：改变电动机的定子电压时，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。

 

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。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。

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，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。通过不同的液力（润滑油和涡轮）达到调速。

（4）电磁调速。只用于滑差电机。通过改变励磁线圈的电流无极平滑调速，机构简单，但控制功率较小。不宜长期低速运行。

实际应用

在实际应用中，交流电动机总是与生产机械相联系，形成电力拖动系统。不同的生产机械要求不同的速度，即使同一个生产机械在不同的运行工况下，也需要不同的速度，因而需要对拖动系统的运行速度加以调节，即产生了交流电动机调速。交流电动机，尤其是笼型感应电动机，由于没有机械换向装置，结构简单、运行可靠、维护方便、造价低廉，且有良好的节能效果，在单机容量和速度极限等方面都比直流电动机高;特别是在灰尘多、有爆炸危险的恶劣环境里，交流电动机更为适用。但交流电动机的调速性能不如直流电动机好，在很长一段时间内，交流电动机只能作恒速运行。解决交流电动机的调速问题，一直是电力拖动工作者所关注和研究的课题。发展简史早在20世纪30年代，不少学者就提出了各种交流调速系统，企图改善交流电动机的调速性能。