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摘要:三相異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。其中變轉(zhuǎn)差串調(diào)速包括繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速、串級調(diào)速和降壓調(diào)速。三相異步電動機(jī)有三種制動狀態(tài)：能耗制動、反接制動(電源兩相反接和倒拉反轉(zhuǎn))和回饋這三種制動狀態(tài)的機(jī)械特性曲線、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系及用途、特點(diǎn)等均與直流電動機(jī)制動狀態(tài)。本文主要針對變頻調(diào)速及能耗制動作出了詳細(xì)研究.

1.電動機(jī)調(diào)速

在電力拖動調(diào)速系統(tǒng)中，特別是在寬調(diào)速和快速可逆拖動系統(tǒng)中，多采用直流電動機(jī)拖動，其原因是直流電動機(jī)具有良好的調(diào)速性能。但是，直流電動機(jī)存在價格高、維護(hù)困難、需要專門的直流電源等一系列缺點(diǎn)。相比之下，交流電動機(jī)具有價格低、遠(yuǎn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在各個應(yīng)用領(lǐng)域都希望盡可能采用交流電動機(jī)拖動。近年來，由于電力電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得+交流調(diào)速技術(shù)日益成熟，交流調(diào)運(yùn)裝置的容量不斷擴(kuò)大，性能不斷提高，使得交流調(diào)速已顯示出逐步取代直流調(diào)速的趨勢。

根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

可知，異步電動機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法

(1)改變定子極對數(shù)多調(diào)速；

(2)改變電源頻率／I調(diào)速；

(3)改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。

其中改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，包括繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)的轉(zhuǎn)子申接電阻調(diào)速、變級調(diào)速及定子調(diào)壓調(diào)速。

1.1變頻調(diào)速

改變異步電動機(jī)定子繞組供電電源的頻率，可以改變同步轉(zhuǎn)速，從而改變轉(zhuǎn)速。如果頻率連續(xù)可調(diào)，則可平滑的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此為變頻調(diào)速原理。

三相異步電動機(jī)運(yùn)行時，忽略定子阻抗壓降時，定子每相電壓為

式中為氣隙磁通在定子每相中的感應(yīng)電動勢；為定子電源頻率；為定子每相繞組匝數(shù)；為基波繞組系數(shù)，為每極氣隙磁通量。

如果改變頻率，且保持定子電源電壓不變，則氣隙每極磁通將增大，會引起電動機(jī)鐵芯磁路飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機(jī)，這是不允許的。因此，降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓，已達(dá)到控制磁通的目的。對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下的調(diào)速和基頻以上調(diào)速兩種情況。

（1）基頻以下變頻調(diào)速

為了防止磁路的飽和，當(dāng)降低定子電源頻率時，保持為常數(shù)，使氣隙每極磁通為常數(shù)，應(yīng)使電壓和頻率按比例的配合調(diào)節(jié)。這時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為

上式對s求導(dǎo)，即，有最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為

由上式可知：當(dāng)常數(shù)時，在較高時，即接近額定頻率時，，隨著的降低，減少的不多；當(dāng)較低時，較小；相對變大，則隨著的降低，就減小了。顯然，當(dāng)降低時，最大轉(zhuǎn)矩不等于常數(shù)。保持常數(shù)，降低頻率調(diào)速時的機(jī)械特征如圖1-1所示。這相當(dāng)于他勵直流電機(jī)的降壓調(diào)速。

（a）基頻以下調(diào)速（常數(shù)）（b）基頻以上調(diào)速（=常數(shù)）

圖1-1變頻調(diào)速的機(jī)械特性

（2）基頻以上變頻調(diào)速

在基頻以上變頻調(diào)速時，也按比例身高電源電壓時不允許的，只能保持電壓為不變，頻率越高，磁通越低，是一種降低磁通升速的方法，這相當(dāng)于它勵電動機(jī)弱磁調(diào)速。

保持=常數(shù),升高頻率時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為

上式求，得最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為

由于較高，、和比大的多，則上式變?yōu)?/p>

因此，頻率越高時，越小，也越小。保持為常數(shù)，升高頻率調(diào)速時的機(jī)械特性如圖1-1(b)所示

1.2變頻調(diào)速的特點(diǎn)和性能

1.變頻調(diào)速設(shè)備（簡稱變頻器）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，容量有限。但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器向著簡單可靠、性能優(yōu)異、價格便宜、操作方便等趨勢發(fā)展；

2.變頻器具有機(jī)械特性較硬，靜差率小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍廣（可達(dá)10：1），平滑性高等特點(diǎn)；可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速；

3.變頻調(diào)速時，轉(zhuǎn)差率較小，則轉(zhuǎn)差功率損耗較小，效率較高；

4.可以證明：變頻調(diào)速時，基頻下的調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；基頻調(diào)速以上時，近似為恒功率調(diào)速方式；

5.變頻調(diào)速器已廣泛用于生產(chǎn)機(jī)械等很多領(lǐng)域內(nèi)。

2電動機(jī)制動

三相異步電動機(jī)除了運(yùn)行于電動狀態(tài)外，還時常運(yùn)行于制動狀態(tài)。運(yùn)行于電動狀態(tài)時，Tem與n同方向，Tem是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)從電網(wǎng)吸收電能并轉(zhuǎn)換成機(jī)械能從軸上輸出，其機(jī)械特性位于第一或第＝象限。運(yùn)行于制動狀態(tài)時，Tem與n反方向，Tem是制動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)從軸上吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電能，該電能或消耗在電機(jī)內(nèi)部，或反饋回電網(wǎng)，其機(jī)械特性位于異步電動機(jī)制動的目的是使電力拖動系統(tǒng)快速停車或者使拖動系統(tǒng)盡快減速，對于位能性負(fù)載，制動運(yùn)行可獲得穩(wěn)定的下降速度。

2.1能耗制動

如果三相異步電動機(jī)定子繞組斷開三相電源后，則電機(jī)內(nèi)無磁通勢。從而電磁轉(zhuǎn)矩＝0，電動機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下，自然停車，這是自然制動過程。

能耗制動的電路原理圖如圖2-1所示，三相異步電動機(jī)定子繞組切斷三相交流電源后（1K斷開），同時，在定子繞組任意兩相上接入直流電流(也稱直流勵磁電流)，即接通開關(guān)2K，從而在電機(jī)內(nèi)形成一個不旋轉(zhuǎn)的空間位置固定的磁通勢，最大幅值為。在三相交流電源切斷后的瞬間，電動機(jī)轉(zhuǎn)子由于機(jī)械慣性其轉(zhuǎn)速不能突變，而繼續(xù)維持原逆時針方向旋轉(zhuǎn)。此時，直流電流產(chǎn)生的空間固定不轉(zhuǎn)的磁通勢相對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子是一個旋轉(zhuǎn)磁通勢；旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，轉(zhuǎn)速大小為。這種相對運(yùn)動導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子繞組有感應(yīng)電動勢，并產(chǎn)生電流和電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)左手定則可知，的方向與磁通勢相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是一樣的，但與轉(zhuǎn)速的方向相反，電動機(jī)處于制動運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，直到轉(zhuǎn)速時，磁通勢與轉(zhuǎn)子相對靜止，＝0,＝0,,減速過程結(jié)束，電動機(jī)將停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了快速制動停車。如果負(fù)載是反抗性負(fù)載，則電機(jī)轉(zhuǎn)速將停車。如果負(fù)載是位能性負(fù)載，則電機(jī)轉(zhuǎn)速時必須立即用機(jī)械抱閘，將電機(jī)軸剎住停車。

圖2-1能耗制動接線圖

由于制動過程，轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，因此，稱為能耗制動。

結(jié)論

本文主要研究了三相異步電動機(jī)變頻調(diào)速和能耗制動。變頻調(diào)速是現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的主要方向，它可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，適用于恒轉(zhuǎn)矩和恒功率負(fù)載。能耗制動廣泛應(yīng)用于要求平穩(wěn)準(zhǔn)確停車的場合，也可應(yīng)用于起重機(jī)一類帶位能性負(fù)載的機(jī)械上，用來限制重物下降的速度，使重物保持勻速下降。

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