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风机变频调速的原理

发布时间:2022-08-17 14:04:07人气:4853

三相交流异步电动机调速

 驱动风机,大多数为三相交流异步电动机,也有的是三相交流同步电机。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图 1 所示。定子由铁心及绕组构成,转子绕组做成笼型(见图2),俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时,在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场,它与转子绕组产生相对运动,使转子绕组产生感应电势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩,使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速,用 N 表示

N=60f/p(r/min)

(1)

式中:f—三相交流电源频率,一般为 50Hz;p—磁极对数。当 p=1 时,

 N=3000r/min;p=2 时,N=1500r/min。可见磁极对数 p 越多,转速 N 越慢。

 转子的实际转速 n 比磁场的同步转速 N 要慢一点,所以称为异步电机,这个差别用转差率 s 表示:

s=[n1-n)/n1]×100%


当加上电源转子尚未转动瞬间,n=0,这时 s=1;起动后的极端情况 n=N,则s=0,即 s 在 0~1 之间变化。一般异步电机在额定负载下的 s=(1~6)%。

 综合式(1)和式(2)可以得出

n=60f(1-s)/p


图片1.png

1—机座;2—定子铁心;3—定子绕组;4—转子铁心;5—转子绕组

图 1 三相异步电动机结构示意图

图片2.png

1—铜环;2—铜条

 图 2 笼型电动机的转子绕组

由式(3)可以看出,对于成品电机,其磁极对数 p 已经确定,转差率 s 变化不大,则电机的转速 n 与电源频率 f 成正比,因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速,进而达到异步电机调速的目的。

变频调速

变频器的工作原理是把市电(380V、50Hz)通过整流器变成平滑直流,然后利用半导体器件(GTO、GTR 或 IGBT)组成的三相逆变器,将直流电变成可变电压和可变频率的交流电,由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制(SPWM)方法,使输出波形近似正弦波,用于驱动异步电机,实现无级调速。上述的两次变换可简化为 AC-DC-AC(交-直-交)变频方式。

图片3.png

图 3 芬兰 vacon 变频器的原理图

图 3 给出了典型的变频器结构原理图。

利用变频器可以根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速或减速,基本保持异步电机固有特性转差率小的特点,具有效率高、范围宽、精度高且能无级变

速的优点。

综上所述,风机采用变频调速的特点是效率高,没有因调速带来的附加转差损耗,调速范围大,精度高可实现无级调速,而且容易实现协调控制和闭环控制。由于可以利用原鼠笼式电动机,所以特别适合对旧设备的技术改造,它既保持了原电动机结构简单,可靠耐用,维修方便的优点,又能达到节电的显著效果,是风机交流调速节能的理想方法。

 其它调速方式

1、改变极对数的调速

旋转磁场的速度与定子的极对数有关,定子绕组进行切换就可以改变极对数,从而改变转速;但是从低极对数(高速)变换到高极对数,电机的实际速度会大幅度下降;但是如果切换速度很快,电机将会经历一个发电阶段,从而在电机及机械装置上产生较大的反向转矩;属于有极调速,调速范围小。

2、转差率调速

1)改变定子电压: 通过调节电源电压来实现,这主要是因为交流异步电动机的电磁转矩与输入电压的平方成正比; 调压调速属于低效率,耗能型的调速方式

2)通过转子实现: 转子串电阻,增加了转子的功率消耗,导致转差值增加,转速下降;另外就是采用串极耦合,转子回路通过集电环与直流装置或可控整流电路连接,采用直流装置向电机转子提供一个附加的可调电压,从而影响转速和转子的磁化.这种方式局限于泵和风机类负载.


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