三相异步电动机几种调速方式Word格式.docx
《三相异步电动机几种调速方式Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相异步电动机几种调速方式Word格式.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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。
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，其特点为：
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；
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；
调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；
晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
四、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。
五、定子调压调速方法
当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。
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。
调压调速的特点：
调压调速线路简单，易实现自动控制；
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。
压调速一般适用于100KW以下的生产机械。
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（控制器）三部分组成。
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。
电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。
电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。
电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；
磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。
当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。
当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。
电磁调速电动机的调速特点：
装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；
调速平滑、无级调速；
对电网无谐影响；
速度失大、效率低。
本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。
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，它们统称工作轮，放在密封壳体中。
壳中充入一定量的工作液体，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。
液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。
在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无级调速，其特点为：
功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；
结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低；
尺寸小，能容大；
控制调节方便，容易实现自动控制。
本方法适用于风机、水泵的调速。
直流电动机参数术语解释
直流电动机作为机电执行元部件，内部有一个闭合的主磁路。
主磁通在主磁路中流动，同时与第二个电路交链，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路，另外一个是用来传递功率，称为功率回路或者电枢回路。
现行的直流电动机都是旋转电枢式，也就是说激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电枢绕组和电枢铁芯结合构成直流电动机的转子。
１．转矩：
电动机得以旋转的力矩，单位为kg.m或N.m；
２．转矩系数：
电动机所产生转矩的比例系数，一般表示每安培电枢电流所能产生的转矩大小；
３．摩擦转矩：
电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引起的转矩损失；
４．启动转矩：
电动机启动时所产生的旋转力矩；
５．转速：
电动机旋转的速度，工程单位为r/min，即转每分，在国际单位制中为rad/s，即弧每秒；
６．电枢电阻：
电枢内部的电阻，在有刷电动机里一般包括电刷与换向器之间的接触电阻，由于电阻中流过电流时会发热，因此总希望电枢电阻尽量小些；
７．电枢电感：
因为电枢绕组是由金属线圈构成，必然存在电感，从改善电动机运行性能的角度来说，电枢电感越小越好。
８．电气时间常数：
电枢电流从零开始达到稳定值的63.2%时所经历的时间。
测定电气时间常数时，电动机应处于堵转状态并施加阶跃性质的驱动电压。
电气时间常数工程上常常利用电枢绕组的电阻Ｒａ和电感Ｌａ求出：
Ｔｅ＝Ｌａ/Ｒａ
９．机械时间常数：
电动机从启动到转速达到空载转速的63.2%时所经历的时间。
测定机械时间常数时，电动机应处于空载运行状态并施加阶跃性质的阶跃电压。
机械时间常数工程上常常利用电动机转子的转动惯量Ｊ和电枢电阻Ｒａ以及电动机反电动势系数Ｋｅ、转矩系数Ｋｔ求出：
Ｔｍ＝Ｊ*Ｒａ／Ｋｅ*Ｋｔ
１０．转动惯量：
具有质量的物体维持其固有运动状态的一种性质。
１１．反电动势系数：
电动机旋转时，电枢绕组内部切割磁力线所感应的电动势相对于转速的比例系数，也称为发电系数或感应电动势系数。
１２．功率密度：
电动机每单位质量所能获得的输出功率值，功率密度越大，电动机的有效材料的利用率就越高。
１３．转子：
rotor
１４．定子：
stator
１５．电枢：
armature
１６．励磁：
excitation
同步电动机的原理
同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。
它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电动机。
正由于这样，同步电动机的电流在相位上是超前于电压的，即同步电动机是一个容性负载。
为此，在很多时候，同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。
同步电动机在结构上大致有两种：
1、转子用直流电进行励磁。
这种电动机的转子如图1所示，从图中可看出来，它的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。
磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励，在大多数同步电动机中，直流发电机是装在电动机轴上的，用以供应转子磁极线圈的励磁电流。
由于这种同步电动机不能自动启动，所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。
鼠笼绕组放在转子的周围，结构与异步电动机相似。
当在定子绕组通上三相交流电源时，电动机内就产生了一个旋转磁场，鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流，从而使电动机旋转起来。
电动机旋转之后，其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速，此时转子磁场线圈经由直流电来激励，使转子上面形成一定的磁极，这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极，这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。
2、转子不需要励磁的同步电机
转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上，也能运用于多相电源上。
这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面，如图2所示。
所以是属于显极转子，转子磁极是由一种磁化钢做成的，而且能够经常保持磁性。
鼠笼绕组是用来产生启动转矩的，而当电动机旋转到一定的转速时，转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。
显极的极性是由定子感应出来的，因此它的数目应和定子上极数相等，当电动机转到它应有的速度时，鼠笼绕组就失去了作用，维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极，使之同步。
同步电动机的基本工作原理和结构（图）
1
结构
同步电机有旋转磁极式和旋转电枢式两种结构形式。
由于旋转磁极式具有转子重量小、制造工艺较简单、通过电刷和滑环的电流较小等优点，大中容量的同步电动机多采用旋转磁极式结构。
根据转子形状的不同，旋转磁极式又可分为凸极式和隐极式两种，如图6.1所示。
凸极式多用于要求低转速的场合，其转子粗而短，气隙不均匀。
隐极式多用于要求高转速的场合，其转子细而长，气隙均匀。
同步电机与其他旋转电机一样，由定子和转子两大部分组成。
旋转磁极式同步电机的定子主要由机座、铁心和定子绕组构成。
为减小磁滞和涡流损耗，定子铁心采用薄硅钢片叠装而成，定子铁心的内表面嵌有在空间上对称的三相绕组。
转子主要由转轴、滑环、铁心和转子绕组构成。
为兼顾导磁性能和机械强度的要求，转子铁心常采用高强度合金钢锻制而成。
转子铁心上装有励磁绕组，其两个出线端与两个滑环分别相接。
为便于启动，凸极式转子磁极的表面还装有用黄铜制成的导条，在磁极的两个端面分别用一个铜环将导条连接起来构成一个不完全的笼形启动绕组。
2
工作原理
同步电动机工作时，定子的三相绕组中通入三相对称电流，转子的励磁绕组通入直流电流。
在定子三相对称绕组中通入三相交变电流时，将在气隙中产生旋转磁场。
在转子励磁绕组中通入直流电流时，将产生极性恒定的静止磁场。
若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。
定子旋转磁场与转子的速度为
，称为同步转速。
它的大小只决定于电源频率
的大小和定、转子的极对数p，不会因负载变化而改变。
定子旋转磁场或转子的旋转方向决定于通入定子绕组的三相电流相序，改变其相序即可改变同步电动机的旋转方向。
同步电动机的工作原理
同步电动机的原理同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同。
这种电动机的转子做成显极式的，安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的，接成具有交替相反的极性，并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。
这种电动机中，有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似，同时有一个鼠笼转子，而转子的表面切成平面。
发电机简介
一、汽轮发电机绝缘结构简介：
汽轮发电机是双环氧玻璃纱包多股扁铜线。
其绝缘有“B”级和“F”两种。
其绝缘又分为股间绝缘、排间绝缘、层间绝缘、对地绝缘及绕组端部绝缘。
其填充料为石英粉、环氧树脂和云母粉加环氧树脂。
通过加热、挤压成型，然后涂刷半导体漆和绝缘漆。
汽轮发电机转子绕组的匝间绝缘是用玻璃漆布和环氧树脂制成的板条构成的，其槽间绝缘是用玻璃漆布和环氧树脂制成的“U”型材料。
其中匝间绝缘板中有和绕组通风孔相同的风孔。
汽轮发电机的定子贴心是由0.5mm或0.35mm厚的硅钢片叠加而成的。
因为定子铁心中磁场是交变的，为了减少铁心的涡流损耗，硅钢片间也需要加以绝缘。
其绝缘结构主要是起消除环流作用的，所以每片硅钢片之间要喷涂均匀的绝缘漆。
汽轮发电机在长期运行过程中，由于受到电、热、机槭力的作用和不同环境条件的影响，绝缘会逐渐老化，以至丧失其应有的绝缘性能，因而使发电机不能继续安全的运行。
汽轮发电机常见的故障如定子相间短路、定子匝间短路、定子接地以及转子匝间短路和接地等事故均是因为绝缘损害所造成的。
汽轮发电机故障的检修内容大都是对绝缘结构的检查、修复和更换。
因此对于从事发电机检修工作的人员来说，了解汽轮发电机绕组的绝缘结构，掌握各种常用绝缘的性能及施工工艺是十分必要的。
二、汽轮发电机绕组绝缘结构的基本要求：
1、耐热性：
汽轮发电机再运行中要发热，导致其温度升高，因而要求其绝缘能耐高温，既要求绕组绝缘应采用相应耐热等级的绝缘材料。
汽轮发电机常用的绝缘材料一般为啊A、EB、F、H五个耐热等级。
各级绝缘材料允许最高温度已经在绝缘材料里介绍过了，这里就不在论述。
汽轮发电机绝缘的寿命随工作温度升高而急剧下降，运行中绕组绝缘最热点的温度不得超过规定。
普通汽轮发电机绕组的绝缘一般选用B级。
其耐热温度为130度。
2、耐电性：
汽轮发电机的绕组绝缘要长期处在几千伏到几万伏的强电场作用之下，所以必须要具有很好的耐电性能。
耐电性能是指耐电强度和耐电晕性能而言，耐电强度通常用单位厚度绝缘的击穿电压来衡量。
汽轮发电机在运行中，受工作电压的长期作用同时又受到大气过电压和内部过电压冲击波的瞬时作用，当电压达到某一值时，绝缘将产生电击穿、热击穿或化学击穿的现象。
这个击穿电压值与绝缘的厚度、温度、散热条件以及本身老化程度和固有缺陷等许多因素有关。
所以随着绝缘厚度增加，材料利用率有所下降。
因此，绕组绝缘厚度也不是可以随意增加的。
3、耐电晕性：
在6KV及以上的汽轮发电机定子绕组，在运行中都可能发生电晕现象，即由于绝缘表面电场分布的不均匀，则在局部电场强度达到一定数值时，其周围气体局部电离，产生辉光放电，就叫电晕。
电晕将产生热效应和臭氧，氮等化合物，同时损坏绝缘。
因此对电压在6KV以上的汽轮发电机绕组均要采取防电晕措施。
良好的绝缘在直流电压作用下形成三种电流，电容充电形成的电容电流，介质极化形成的吸收电流和传导电流。
由于电容和吸收电流随所加的电压时间增加而衰减，因而测得的绝缘电阻随加压时间的增加而增大，这种绝缘电阻随加压时间的增加而增大的现象称为绝缘的吸收现象，这部分电流叫做吸收电流。
当绝缘受潮污损时，传导电流成份大大增加，吸收现象变得不明显。
于是可以利用吸收现象来判别绝缘是否受潮。
所谓吸收比就是指加压60s时的绝缘电阻与加压15s时绝缘电阻阻值之比。
4、介质损失角：
在外施交流电压下，绝缘将产生介质损耗。
介质损耗的存在使流过绝缘的安全电流超前于外施电压的相位角略小于90度，由于介质损耗的存在，会使绝缘发热，因此对于高压汽轮发电机，其绝缘层厚、散热差，必须严格控制其介质损耗，以防止因介质损耗过大而发生热击穿的绝缘损坏事故。
5、机槭性能：
在运行中，汽轮发电机绕组的绝缘要求受频率为100Hz的电磁力的频振作用，因而引起汽轮发电机绕组振动。
尤其是在三相突然短路形成的强大电流冲击下，绕组绝缘槽部和端部将受到强大电磁力的作用，有可能使其定子绕组损坏，甚至严重损坏。
因此，要求其绕组的绝缘结构要具有良好的机槭性能，绕组的槽部和端部要固定牢靠、结实，以限制其变形。
二、定子绕组的绝缘结构：
汽轮发电机定子绕组的结构有两种形式，一种是框式，另一种为条式。
所谓框式线圈既把两个线圈边和端部都做在一起如框型。
这种线圈因成型、嵌线都很麻烦，目前大中型汽轮发电机中已不采用。
条式线圈称为线棒，他的元件仅为一个线圈边。
一般中型以上汽轮发电机都采用这种线棒，其每槽内嵌入两个线圈边。
1、股间绝缘：
条式线圈由多股铜线并联而成，同时为使各股导线的感应电势均衡，以防止形成环流，所以股间不仅要有绝缘，而且还要经过换位嵌放。
股间绝缘的损坏造成股间短路，会失去换位效果。
短路严重时会使线棒局部过热，引起线棒主绝缘损坏。
为了实现股间绝缘和换位的效果，其股间绝缘一般采用一根绝缘铜线与一根裸铜线相间编织的方式。
股间绝缘材料多为醇酸树脂侵渍的玻璃丝。
在换位处绝缘易损坏，应加垫绝缘薄块，并进行胶化，使其完全胶固成一个整体，然后再包主绝缘。
2、排间绝缘和层间绝缘：
同一线棒的两排铜线之间的直线部分需垫用环氧酚醛玻璃丝板，端部垫以醇酸玻璃软云母板，构成排间绝缘，同一槽内上、下线棒之间垫以酚醛玻璃板构成层间绝缘。
3、对地绝缘：
由多股铜线组成线棒的线心经过胶化成型之后，外面再包敷多层云母带组成对地绝缘。
对地绝缘是线棒的主绝缘，其质量好坏将决定汽轮发电机能否可靠运行，所以应特别注意检查与试验。
汽轮发电机线棒主绝缘必须采用机槭强度高，化学性能稳定、耐高温和电气绝缘性能好的材料，目前主要使用云母和云母制品。
线棒主绝缘有两种结构形式，一种是烘卷式绝缘，另一种是连续式绝缘。
由于烘卷式绝缘有较大的缺点，目前我国已不采用。
检修老型号汽轮发电机时，可能会遇到这种绝缘结构，届时可以查阅有关资料、检修记录、检修总结来确定检修方案。
连续式绝缘的槽部及端部都是由云母带连续包绕的，然后侵胶而成。
这种绝缘最大的优点是槽部与端部绝缘之间没有接头，也就没有了烘卷式绝缘的弱点，因此连续式绝缘得到广泛的应用。
在主绝缘层的外面,为了防止绝缘的损坏,还要添加一层保护层.保护层采用的是无碱玻璃丝带,在直接线部分应平包,在端部应用半叠绕的方式。
为了改善槽部元件四个棱角的电场集中现象，常在元件上下两窄面充填半导体材料，相当于增大了导体的圆角半径，从而消弱了该处电场集中效应，来提高绝缘安全运行的环境水平。
4、端部绝缘结构和斜边间隙：
对于采用连续式绝缘结构的线圈，其端部的绝缘厚度可以比槽部绝缘厚度减薄20%或更多一些。
端部斜边间隙不但要考虑通风散热，嵌线操作方便，还要注意异相间隙，起防电晕电压以及在耐压试验时不发生闪络。
5、线圈端部连接绝缘及端部绝缘间距：
线圈端部连接有连接线、铜排引线、极间连线和冷却水管，固定件包括端部支架和端箍。
对于大容量汽轮发电机，其端部连接件绝缘一般采用5438-1玻璃粉云母带半叠绕包绝缘，最后再半叠绕包一层包带。
并头套的绝缘一般采用环氧玻璃纤维压制的绝缘盒，套在外面。
盒内的填充料为环氧树脂和石英粉等。
为了满足嵌线的工艺要求和防止耐压试验时对地放电，线圈端部绝缘间距应符合汽轮发电机安全运行的要求。
6、电晕及其防止：
高压汽轮发电机定子线圈在通风口及端部出槽口处绝缘表面的电场分布是不均匀的，容易发生电晕现象。
当线圈绝缘表面经低电阻防晕层处理后，电场分布变得较为均匀这样就基本上可以避免电晕的产生。
防晕层处理可以在线棒直线部分主绝缘的表面先涂刷一层半导体漆至伸出槽口40至50mm处为止。
然后平包一层无碱玻璃丝带，再涂刷一次半导体漆，并让漆渗入玻璃丝带内。
再线圈端部也先涂一层半导体漆，使之与槽绝缘重叠10-20mm。
然后半叠包一层玻璃丝带，再在外面涂一次半导体漆即可。
三、隐极式转子绕组绝缘结构：
这里只以气体外冷的隐极式转子绕组为例，气体外冷式隐极转子绕组的绝缘结构其转子绕组由裸扁铜线绕制而成，匝间绝缘用环氧玻璃布板或复合纸垫条外包薄膜粘带构成。
槽衬可用塑性槽衬，也可用环氧玻璃刚性槽衬，楔下垫条及槽底垫条均采用环氧玻璃布板制成。
隐极式转子的端部线圈绝缘是环氧玻璃布板制成的弧型瓦块。
其匝间绝缘是环氧玻璃布垫块等组成的。
异步电动机的保护
异步电动机的保护是个复杂的问题。
在实际使用中，应按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及起动设备。
电动机的保护与控制关系
电动机的保护往往与其控制方式有一定关系，即保护中有控制，控制中有保护。
如电动机直接起动时，往往产生4—7倍额定电流的起动电流。
若由接触器或断路器来控制，则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断考核，即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧，以致损坏电器；
对塑料外壳式断路器，即使是不频繁操作，也很难达到要求。
因此，使用中往往与起动器串联在主回路中一起使用，此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考核，而其他电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考核，至于保护功能，由配套的保护装置来完成。
此外，对电动机的控制还可以采用无触点方式，即采用软起动控制系统。
电动机主回路由晶闸管来接通和分断。
有的为了避免在这些元件上的持续损耗，正常运行中采用真空接触器承载主回路（并联在晶闸管上）负载。
这种控制有程控或非程控；
近控或远控；
慢速起动或快
升级会员 