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异步电动机变频调速(异步电动机变频调速控制技术)是一种先进的电动机调速技术,通过改变电动机的供电频率,从而改变电动机的转速。这种调速方式在工业生产中被广泛应用,它可以提高电动机的运行效率,降低能源消耗,减少机械设备的损耗,提高生产效益。

异步电动机变频调速

异步电动机是目前工业生产中最常用的电动机类型,它具有结构简单、成本低廉、可靠性高等优点。在实际应用中,电动机常常需要根据生产过程的需要来调整转速,以达到最佳工作状态。传统的调速方法往往采用机械方式,例如通过变齿轮、皮带等来改变电机的机械传动比例,但这种方式存在调速范围有限、响应速度慢等问题。

异步电动机变频调速技术的出现,解决了传统调速方式的诸多问题。它通过改变电源频率来改变电动机的转速,实现了调速范围广、精度高、响应速度快的优点。异步电动机变频调速还具有节能环保的特点。在传统的调速方式中,因为调速过程中会产生大量的机械能损耗,从而造成能源的浪费。而异步电动机变频调速技术可以根据实际需求调整电机的转速,避免了这种能源浪费现象的发生。

在工业生产中,异步电动机变频调速技术的应用已经非常广泛。在石化行业中,通过异步电动机变频调速可以实现对泵、风机等设备的精确控制,达到最佳的节能效果。在制造业中,通过异步电动机变频调速可以实现对生产线的自动控制,提高生产效率。在交通运输领域中,异步电动机变频调速也被广泛应用于电动汽车和高铁等领域。

异步电动机变频调速技术具有显著的优势和广阔的应用前景。随着科技的不断进步和工业生产的不断发展,异步电动机变频调速技术将继续发挥其重要作用,为工业生产带来更大的效益。

异步电动机变频调速(异步电动机变频调速控制技术)

(1)变极对数调速方法

这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼式电动机定子极对数达到调速目的。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。其特点为:

①具有较强的机械特性,稳定性良好。

②无转差损耗,效率高。

③接线简单、控制方便、价格低。

④有级调速,级差较大,不能获得平滑调速。

⑤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。

(2)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。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。其特点为:

①效率高,调速过程中没有附加损耗。

②应用范围广,可用于笼式异步电动机。

③调速范围大,机械特性强,精度高。

④技术复杂,造价高,维护检修困难。

(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。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。本方法适合于在风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。其特点为:

①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。

②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。

③调速装置故障时可以切换至全速运行,避免停产。

④晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大。

(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

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,使一般笼式电动机难以应用。为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼式电动机,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。调压调速一般适用于100kW以下的生产机械。调压调速的特点为:

①调压调速线路简单,易实现自动控制。

②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。

异步电动机变频调速的机理是什么

采用变频器对三相异步电动机实行变频变压调速,在额定频率以下可得恒转矩特性;在额定频率以上可得恒功率特性。无论何种形式的变频器,其输出电压和电流中,均含有高次谐波,与通常电网供电的正弦波有着较大的差别。由于调速过程中供电频率需在一个较大的范围内变化,因而电动机的运行特性会有相应的改变。1 变频调速异步电动机转矩转速特性?根据电机原理和三相异步电动机的T型等值电路,异步电动机的转矩M与转差率S的关系为:式中 m1——相数;?P1——极对数;?Em——感应电势,Em=4.44f1Kdp1W1∮;?f1——电源频率;?r2′、L2′——T型等值电路中算到定子边的转子电阻和电感;?f1′——T型等值电路中的频率;?Kdp1——定子绕组的绕组系数;?W1——定子绕组的每极匝数;??∮——磁通量。最大转矩Mm与产生最大转矩时的转差率(即临时转差)Sm分别为:由此可见,变频调速异步电动机的转矩特性,应是Em/f1与转子电流频率Sf1的函数,只要保持Em/f1不变,即保持气隙磁通不变,转矩就成为转差频率(即转子电流频率)Sm的函数。而最大转矩则直接与Em/f1相关。如能保持Em/f1为常数,那么最大转矩就可保持恒定。由于临界转差率Sm是电源频率的函数,当电源频率改变时,Sm也随之改变。就为异步电动机的起动创造了良好的条件。如果能保持Em/f1不变,并选择适当的起动频率,使Sm接近于1,电机就有可能在较低的起动频率和相应电压下以最大转速起动,不会像恒频恒压供电时那样由于全压起动,而给电网带来数倍于电机额定电流的启动电流的冲击。

在变频器中,若用U1/f1代替Em/f1进行恒转矩控制,当电压U1随f1成比例地减小时,由于定子阻抗压降的存在,将使Em/f1磁通减小,转矩降低。为了补偿这一变化,一般变频器都采用了在低速范围内适当提高U1/f1的控制方式。必须注意,U1/f1值太大会造成轻载时的过激励,使电路饱和,励磁电流增加。?以上用恒定磁通实现恒转矩调速的分析,仅限于额定功率以下的情况。当速度调节达到额定转速时,电压已经达到额定值,不能再随着频率的升高而增加。在变频调速系统中,当频率从额定值往上调时,电压需保持稳定。故磁通及转矩将随着频率的升高而减小,即对电机进行“弱磁控制”,传动系统将处于恒功率状态下运行。2 变频调速对电机的影响?目前,普通异步电动机都是按恒压设计的,它不完全适应变频调速的要求,具体反映在以下方面。

2.1 电动机的效率和升温问题?不论何种型式的变频器,在工作中均会产生不同程度的谐波电压和谐波电流,使异步电动机在非正弦电流下运动。以目前比较普遍使用的正弦波PWM变频器为例,其低次谐波基本上为零,剩下的是比载波频率(晶体管开关频率)高1倍左右的高次谐波分量2μ+1(μ为调制比)。

高次谐波会引起定子铜耗、转子铝耗、铁耗及附加损耗的增加,其中最为显著的是转子损耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的,因而高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后便产生很大的转子损耗。?

除此以外,还必须考虑到因集肤效应所产生的附加铜耗。若是异步电动机为改善起动性能而采用了深槽、刀形槽或瓶形槽等转子槽形时,转子铝耗的增加将更大。这些损耗都会使电机额外发热,效率降低,输出下降,如将普通异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下,其升温一般约增加10%~12%。

2.2 电动机绝缘结构承受冲击电压的能力?目前中小容量变频器绝大多数采用PWM控制方式。其载波频率约为几kHz到十几kHz,这就使电动机线圈需要承受很高的电压上升率,即dU/dt值很高,相当于电动机线圈上反复施加电压陡度极大的冲击电压,使电机匝间绝缘承受考验。?由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上,会对电机的对地绝缘形成威胁,在高电压的反复冲击下加速老化。

2.3 谐波电磁噪声与震动?当采用变频器供电时,普通异步电动机上由电磁机械和通风等原因所引起的震动和噪音将变得更加复杂。变频器电源中含有的各次谐波与电机电磁部分的固有谐波相互干扰,形成各种电磁激震力,当电磁力波的频率和结构件的固有震动频率一致或接近时,将产生共振现象,加大噪声。由于电机工作的频率范围宽,转速变化的范围大,各种电磁力波的频率很难避开电机各种结构件的固有频率。普通异步电动机用变频器供电时的噪声,比用电网供电时一般约增加1015dB左右。

2.4 电动机对频繁起制动的适应能力?采用变频器供电后,电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式起动,并可以利用变频器所提供的各种制动方式进行快速制动,为实现频繁起制动创造了良好的条件。例如:应用在钢厂辊道上及转炉倾动上的变频电动机,起制动或正反转的次数可达到数百上千次,因而,电动机的结构系统和电磁系统处于循环交变的作用下,给电动机的机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。

2.5 低速时的冷却问题在电源频率较大时,因普通异步电动机的阻抗不尽理想,使电源中高次谐波所引起的损耗较大;自带风扇的普通异步电动机在转速降低时,冷却风量将与转速的3次方成比例减少,这必将使电动机的低速温升急剧增加,而难以实现恒转矩输出。3 变频调速三相异步电动机的改进?通过上面的分析可以看出,普通异步电动机不适宜运行在变频调速系统下。需研究和设计新的供变频调速专用的异步电动机系列。

3.1 电磁特性的改进?对于恒频恒电压供电的普通异步电动机,在电磁设计中,主要考虑的性能参数是过载能力、起动特性、效率和功率因数。在变频调速的异步电动机中,由于临界转差与电源频率成反比,因此只要选择转子参数r′2、L′2,就可降低频率,在临界转差接近于1时直接起动,从而提高电动机对非正弦电源波形的适应能力。可以考虑:

(1)降低定子电阻,提高转子电阻。降低定子电阻既可以减少基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增加,又可减小低速时的定子电阻压降,使最大转矩有所上升。变频电机采用较大的转子电阻不但可以减少由基波和高次谐波所产生的转子铝耗,还可以依靠L2/r2的加大,在一定程度上抑制低速时的转矩脉动。

(2)目前一般市售通用变频器,以电压型居多,为抑制电流中的高次谐波,需要适当增加电机的电感量。但由于电机转子槽有漏抗较大的槽形,集肤效应也大,故高次谐波铜耗也增大。从式(2)可知,具有较大转子电感的电动机,在恒功率调速区域,最大转矩将随电源频率的增加而降低,有可能使电机难以维持恒功率运行。因此,电机漏电感的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

(3)变频调速异步电动机的主磁路设计一般均不十分饱和。这一方面是考虑到电源中的高次谐波会加深磁路饱和;另一方面也考虑到低频时为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

3.2 结构改进

由于电源的非正弦波特性对变频电动机的绝缘结构、震动、噪音、冷却方式等多有影响,在结构设计中必须考虑:

(1)在把电动机耐热等级提高的基础上,还必须对地绝缘强度和导线匝间绝缘的耐冲击电压能力有充分的考虑。

(2)在震动和噪声的问题上,除了选择合适的定、转子槽配合之外,对定转子部件的加工和装配精度也应有较高的要求,以提高气隙均匀度、转子的动平衡精度和电磁对称性,对结构件要充分考虑刚性问题。

3.3 改进效果在1997~1998年间,济南钢铁集团总公司(简称济钢)对部分电动机调速系统进行了改造,最初是使用“变频器+普通异步电动机”进行调速。但在电动机频繁正反转、起制动的场合,存在着如上所述的弊端,因此造成了电机绝缘降低、老化,以致于烧损。1999年之后,济钢在炼钢氧枪升降、转炉倾动、方坯连铸以及风机水泵上使用了“变频器+变频电动机”的调速新工艺。使用后不仅大大降低了电机烧损率,同时也保证了生产的顺利进行。

在额定频率以下

当电源电压为额定值时,由感应电势公式知,定子电动势基本不变,必然引起电动机每极磁通增加,也就是产生磁通的励磁电流增加。励磁电流是无功电流,它的增加导致电动机的功率因数降低。另一方面由于电源频率的降低时,同步转速降低,异步电动机转速随之降低,引起电动机风扇风量减少,散热困难,使电动机的温升增加。由此可见,频率下降,会使电动机的定子电流增加,功率因数下降,效率下降而温升增加。所以规定,电源频率低于额定值的0.5HZ时,不允许电动机投入运行。

异步电动机变频调速控制技术

1、直接启动——方式简单,成本低,小容量的电动机绝大部分都是直接启动。2、自偶变压器降压启动——优点是可以直接人工操作控制,也可以用交流接触器自动控制,经久耐用,维护成本低,适合所有的空载、轻载启动异步电动机使用。3、星-三角降压启动——启动电流小,启动转矩小,优点是不需要添置启动设备,有启动开关或交流接触器等控制设备就可以实现,缺点是只能用于△连接的电动机,大型异步电机不能重载启动。4、转子串电阻启动——这种启动方式,由于电阻是常数,将启动电阻分为几级,在启动过程中逐级切除,可以获取较平滑的启动过程。5、软启动——优点是降低电压启动,启动电流小,适合所有的空载、轻载异步电动机使用;缺点是启动转矩小,不适用于重载启动的大型电机。6、变频启动——变频启动的优点是频率与电压成比例地改变,即改变频率的同时控制变频器输出电压,使电动机的磁通保持一定,近似于恒功率调速方式,避免弱磁和磁饱和现象的产生。变频器价格虽贵但性能良好,结构复杂但使用简单。三相异步电动机的七种调速方式: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线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。

异步电动机变频调速系统PPT

1、研究背景节能环保通过变频调速可以实现电机的高效节能运行,减少不必要的能源浪费。生产自动化变频调速技术可以实现电机的精准控制,提高生产效率和质量。电力系统稳定性电力系统配备变频器后可以平衡负荷,降低电网峰值负荷,提高电网稳定性。

2、提高动力系统效率变频调速技术可以让电动机在不同负载下都处于较高的效率区间,从而提高整个动力系统的效率。降低能耗成本通过变频调速可以实现电机的节能运行,减少能耗成本,尤其是对于长时间、小负荷的运行情况下更为明显。

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