三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)_電機(jī)拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)終稿(編輯修改稿)
2024-10-02 17:22 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 子技術(shù)的飛速發(fā)展 ,新器件和新的控制系統(tǒng)的不斷推出 ,使交流電氣傳動(dòng)也具有與直 5 流電氣傳動(dòng)同樣優(yōu)良的調(diào)速性能 ,從而使交流調(diào)速得到了迅速發(fā)展。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 )1(60)1( 1 spfsnn s ???? ，其中 sn 為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度， n 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率， s 為轉(zhuǎn)差率。所以異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可由三個(gè)方 面入手；一是改變定子繞組的極對(duì)數(shù)；二是改變電源頻率；三是改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。此外還有改變定子電壓調(diào)速法。 這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接線方式來(lái)改變籠型電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù)達(dá)到調(diào)速目的。變極調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鼠籠式轉(zhuǎn)子 ,因?yàn)槭蠡\式轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)地隨著定子極對(duì)數(shù)的改變而改變 ,使定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)總是相等而產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩。若為繞線型轉(zhuǎn)子 ,則定子極對(duì)數(shù)改變時(shí) ,轉(zhuǎn)子繞組必須相應(yīng)地改變接法以得到與定子相同的極對(duì)數(shù) , 很不方便。特點(diǎn)如下 : 具有較硬的機(jī)械特性 ,穩(wěn)定性良好 。無(wú)轉(zhuǎn)差損耗 ,效率高 。 接線簡(jiǎn)單、控制方便、價(jià)格低 。有級(jí)調(diào)速 ,級(jí)差較大 ,不能獲得平滑調(diào)速。本方法適用于自動(dòng)化程度要求不高 ,不需要無(wú)級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械 ,如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。 如下圖所示接法，則形成兩級(jí)繞組 若改為下圖接法，則形成四級(jí)繞組 6 改變定子電壓調(diào)速法 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)為恒定時(shí) ,在一定的轉(zhuǎn)差率下 ,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與加在其定子繞組上電壓的平方成正比 ,因此 ,改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓就可改變其機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系 ,從而改變電動(dòng)機(jī)在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比 ,因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多 ,其調(diào)速范圍較小 ,使一般籠型電動(dòng)機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍 ,調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī) ,如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī) ,或者在繞線式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個(gè)能提供電壓變化的電源 ,目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。 晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)是 : 調(diào)壓調(diào)速線路簡(jiǎn)單 ,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 。 調(diào)壓過(guò)程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中 ,效率較低。調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)一般適用于 100KW 以下的生產(chǎn)機(jī)械。目前 ,已成功地大量使用在電梯、卷?yè)P(yáng)機(jī)械與化纖機(jī)械等工業(yè)裝置 ，這種方法只適用于繞線型異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子回路中串入調(diào)速電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)的 Tes 曲線將發(fā)生變化，若此時(shí)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和 空 載 轉(zhuǎn) 矩 7 Tl+ 當(dāng) T0保持不變，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率改變，則轉(zhuǎn)速改變。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍廣，缺點(diǎn)是調(diào)速電阻需要消耗一定功率，此方法主要應(yīng)用于中、小容量的感應(yīng)電機(jī)，例如橋式起重機(jī)所用的電機(jī)。 2串級(jí)調(diào)速 轉(zhuǎn)子回路串入調(diào)速電阻，損耗較大。為了利用這部分電功率，可以在轉(zhuǎn)子回路中接入一個(gè)轉(zhuǎn)差 頻率的功率變換裝置，把這部分功率送回電網(wǎng)，即達(dá)到調(diào)速的目的，又獲得較高的效率。 3雙饋電機(jī) 如圖所示，為一雙饋電機(jī)結(jié)構(gòu)，定子由三相交流電源供電，轉(zhuǎn)子由三相交流電源經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)交 交變頻器把工頻變?yōu)檗D(zhuǎn)差頻率，然后接至轉(zhuǎn)子。此變頻器的頻率、幅值、相位和相序均可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)差率的傳遞方向也可以改變。這種定、轉(zhuǎn)子兩邊均由交流電源供電的電機(jī)，稱為雙饋電機(jī)。 8 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，雙饋電機(jī)的工作情況與普通感應(yīng)電機(jī)相似，此時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率由變頻器回饋給電源，調(diào)節(jié)變頻器的輸出功率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)改 變；調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓和相位，就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子邊的功率因數(shù)。當(dāng)變頻器的頻率調(diào)到 0時(shí)，變頻器將向轉(zhuǎn)子輸出直流，此時(shí)電動(dòng)機(jī)將在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。改變變頻器輸出電壓相序，并將頻率由零上調(diào)，此時(shí)轉(zhuǎn)差功率反向，從電網(wǎng)經(jīng)變頻器輸入到繞線轉(zhuǎn)子，于是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率將變成負(fù)值，電動(dòng)機(jī)將在超同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。 調(diào)速方法 液力 耦合器 是一種 液力傳動(dòng) 裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當(dāng)泵輪在原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于其中的液體受葉片推動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下 沿著泵輪外環(huán)進(jìn)入渦輪時(shí)，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。液力耦合器的動(dòng)力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)相對(duì)充液量的大小是一致的。在工作過(guò)程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無(wú)級(jí)調(diào)速，其特點(diǎn)為： 功率適應(yīng)范圍大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，使用及維修方便，且造價(jià)低； 尺寸小，能容大； 控制調(diào)節(jié)方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 本方法適用于風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速。 例如，某工廠一臺(tái)球磨機(jī)，主軸功率為 145KW，在設(shè)計(jì)選型之前時(shí)，工作機(jī)主軸 與電動(dòng)機(jī)選用直接傳動(dòng)時(shí)，為了要保護(hù)電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)在超載時(shí)不受到損壞，必須要有意加大電動(dòng)機(jī)的選型裕度。一般都會(huì)選擇額定功率為 220 KW 的電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)，選用 YOX 限矩型液力偶合器裝于電動(dòng)機(jī)軸與工作機(jī)主軸之間，根據(jù)液力偶合器選型公式： Pz： PB： Pd=1： ： （ Pz:工作機(jī)軸功率， PB:偶合器額定功率， Pd:電動(dòng)機(jī)額定功率） Pd:電動(dòng)機(jī)額定功率===,查《電工手冊(cè)》，選用額定功率為 160KW 的電動(dòng)機(jī)即可。 由上例可見(jiàn)，選用 YOX 限矩型液力偶合器傳動(dòng)后，應(yīng)該選擇 220KW 的電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)工作機(jī)的，現(xiàn)只用 160KW 的電動(dòng)機(jī)就可以達(dá)到要求。降低了一個(gè)交流異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)，降低裝機(jī)容量 15%~20%。電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)降低后，其節(jié)能效果顯著，在電氣上分析，會(huì)帶來(lái)多方面的好處如下： 1) 提高了功率因數(shù)，減少了電源容量和導(dǎo)線截面積，降低線路上的電壓損失和電壓 波動(dòng)，降低成本，提高供電質(zhì)量。 220KW 的電動(dòng)機(jī)選擇的導(dǎo)線截面積為BVR120, 160 KW 的電動(dòng)機(jī)選擇的導(dǎo)線截面積為 BVR95。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)接觸器，斷路器，等裝機(jī)容 量也要相應(yīng)降低一個(gè)等級(jí)。 2) 降低了電機(jī)的正常運(yùn)行電流。 220KW 的電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行電流約為 440A，16
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