探讨电机调速的方法与性能

摘要：随着国家经济的不断发展和科学技术的不断提高，工业领域也得到发展壮大，工业设备更是不断被开发和完善。对于电机调试而言，是工业机械生产中广泛存在的一种工业技术，其调速方法多种多样，性能特点更是不同。本文就电机的调速方法与性能进行了以下的探讨。

关键词：电机调速 方法 性能

在今天的工业行业中，在电能的生产、变换、传输和使用控制等工程中都需要运用电机，电机作为能量转换的一种机电设备，其各种调速方式和性能更是需要加以认识和了解，在不断发展的今天，电机的各种调速方式更是顺应了社会的发展。

1、电机调速系统的应用发展和应用

在我国工业长期的发展中，直流电机调速系统在调速领域一直占据着重要的地位，其原因正是因为直流电动机在调速方面显得更为便利，在固定磁场的影响下，直流电机的转速和电枢电压呈正比关系，因此也能更好地控制直流电机的转矩。可见直流电动机在调速方面拥有姣好的动态特性，但由于直流电动机的构造复杂、制造方面太花时间、价格较贵、运行可靠性差等特点，直流电动机也因此开始无法适应社会发展的需求。

交流电动机中一个典型的代表就是鼠笼型异步电动机，鼠笼型异步电动机自身具备结构简便、易制造、价格便宜、性能好、运行可靠等优点，能够适应恶性环境，因此在农业和工业中得到了广泛的应用。然而，在调速方面，交流电动机的调速方式较为复杂，难度也较大，在传统的操作上一般采用绕线式异步电动机转子串电阻运行的方法和鼠笼型异步电动机变极调速的方法。后来在30年代提出了串级调速的方法，然而由于串级调速的系统结构较为复杂，控制操作方面不容易进行。到了50年代的中期，晶闸管被得以开发和研究，这也让电力电子技术开始兴起和发展，交流电机调速也开始有了新的发展方向。60年代初期，静止变压变频器被提出，并由于实用和高效的特点得到了广泛应用。然而变频器的成本较高，控制系统的要求也较为复杂，这也让其难以与直流电动机进行竞争。到了70年代中期，能源危机开始出现在了全球各个地区范围，能源节约开始得到了更多人的注重，电机调速作为节约能源的一种有效措施，在这之中也受到了较多的重视和关注，调速装置开始得到大力的应用和发展，交流电动机的调速技术也因此有了更为快速的发展和开发。由此也看得出，交流调速的研究有着很大的意义和作用。

2、异步电动机的调速方法

异步电动机的转速表达式可以表示为下式：

表达式中的n0代表异步电动机的同步转速，f1是电动机的供电电源频率，p则是异步电动机的磁极对数，s是转差率。由上列公式可以得知，异步电动机的转速调节与以下三个参数的设置有关：

（1）异步电动机中定子绕组的磁极数量

（2）异步电动机的自身转差率

（3）异步电动机的电源频率

以上三个参数的设置都可以控制异步电动机的转速，从专业术语上讲这三个参数的设置对应了三种调速方法，改变定子绕组磁极数量的调速方法称为变极调速，改变转差率的调速方法称为转差率调速，改变电源频率的调速方法称为变频调速。以下对这三种主要调速方法和性能进行阐述。

2.1 变极调速

鼠笼型转子结构的异步电动机转子的磁极对数与定子的磁极对数是呈对应关系的，定子绕组的接线方式不一样，定子的磁极对数也会有所不同，异步电动机的同步转速也将受到影响，这也正是变极调速的原理。

变极调速在性能上来讲其，调速方法操作较为简单、机械特性硬、工作效率较高、可以进行恒转矩和恒功率运行。然而在调速上只能进行有级调速，调速的等级也受到了限制，因此不能应用在平滑调速的场合。

2.2 转差率调速

一般转差率调速主要通过下面几种方法实现：转子电路串电阻调速；控制定子电压进行调速；滑差电机调速；串级调速；脉冲调速等。下面对这几种主要的转差率调速的方法和性能进行分析。

2.2.1转子电路串电阻调速是指通过在转子电路串联电阻，通过串联电阻的数量和数值改变电机的转差率，从而改变电机的速度。这种调速方法较为简单，成本投入也较低，在恒转矩负载中被广泛应用。然而，在转速较低时，转子电路的工作效率也会因此降低，加大转子的损耗，经济性也因此受到影响。另外，由于电阻的串接，自身的机械特性也随着串接电阻数值的加大随之变软，因此在低速运行的情况下其稳定性无法保证。转子电路串电阻调速只能拥有有级调速，自身的平滑性能也不高，调速范围也会因负载转矩的改变而受到影响，轻载情况下可调速的范围很小。

2.2.2定子电压调速是指通过改变异步电动机的定子电压大小，对异步电动机的转速进行调节。当异步电动机的转速小于最大转矩的转速时，其机械特性部分对恒转矩负载实现不了稳定运行，调速范围较小。恒转矩调速时，通过加大异步电动机的转子电路的电阻和改变定子电路电压，可以获得较大的调速范围。然而这也使得电机的机械特性变软，运行的稳定度得不到保证。另外在低压条件下，过载能力太低的基础上，负载波动较大会致使电机的适应性和调速效率受到影响。

2.2.3滑差电机调速是指在异步电动机中配置电磁滑差离合器。其特点是简单可靠，可以进行平滑调速。缺点则是机械特性在励磁电流下较软，低速下的效率较低，在特定情况下会发生失控。

2.2.4串级调速是指将绕线型转子的异步电动机与逆变器等设备串极连接。其优点是机械特性不会变化，稳定度高，调速性能好，可进行自动控制无极调速，效率高。缺点是串级调速的对象只适用于绕线型转子异步电动机，需要外加一个与转子电势频率相同的电动势，技术较为复杂。

2.2.5脉冲调速是通过触电的开闭使电机在电动和制动状态间转换，实现调速。优点是脉冲作用的相对时间变化会使电机得到不用的平均速度。缺点是低速下，发热严重。

2.3 变频调速

变频调速通过对改变电源的频率，对电机的转速进行调节。这种方式在频率较为连续的电源下，可以具备较大的调速范围。然而在恒转矩调速下，定子电压达到电机的额定电压后，也能影响电压的频率而不再提高。

结束语

电机调速可以实现工业行业的各种功能，对社会发展有着重要意义，其各种调速方法和性能也需要加以结合应用。

参考文献：

[1]杨益瑶.电动机的原理及系统[M].北京： 水力电力出版社， 1979.

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