三相交流異步電動機調速

 驅動風機，大多數為三相交流異步電動機，也有的是三相交流同步電機。變頻調速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調速的目的。常用三相交流異步電動機的結構為圖 1 所示。定子由鐵心及繞組構成，轉子繞組做成籠型（見圖2），俗稱鼠籠型電動機。當在定子繞組上接入三相交流電時，在定子與轉子之間的空氣隙內產生一個旋轉磁場，它與轉子繞組產生相對運動，使轉子繞組產生感應電勢，出現感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產生電磁轉矩，使電動機轉動起來。電機磁場的轉速稱為同步轉速，用 N 表示

式中：f—三相交流電源頻率，一般為 50Hz；p—磁極對數。當 p=1 時，

 N=3000r/min；p=2 時，N=1500r/min。可見磁極對數 p 越多，轉速 N 越慢。

 轉子的實際轉速 n 比磁場的同步轉速 N 要慢一點，所以稱為異步電機，這個差別用轉差率 s 表示：

當加上電源轉子尚未轉動瞬間，n=0，這時 s=1；起動后的極端情況 n=N，則s=0，即 s 在 0～1 之間變化。一般異步電機在額定負載下的 s=（1～6）%。

 綜合式（1）和式（2）可以得出

1—機座；2—定子鐵心；3—定子繞組；4—轉子鐵心；5—轉子繞組

圖 1 三相異步電動機結構示意圖

1—銅環；2—銅條

 圖 2 籠型電動機的轉子繞組

由式（3）可以看出，對于成品電機，其磁極對數 p 已經確定，轉差率 s 變化不大，則電機的轉速 n 與電源頻率 f 成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉速，進而達到異步電機調速的目的。

變頻調速

變頻器的工作原理是把市電（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導體器件（GTO、GTR 或 IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調制（SPWM）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅動異步電機，實現無級調速。上述的兩次變換可簡化為 AC－DC－AC（交－直－交）變頻方式。

圖 3 芬蘭 vacon 變頻器的原理圖

圖 3 給出了典型的變頻器結構原理圖。

利用變頻器可以根據電機負載的變化實現自動、平滑的增速或減速，基本保持異步電機固有特性轉差率小的特點，具有效率高、范圍寬、精度高且能無級變

速的優點。

綜上所述，風機采用變頻調速的特點是效率高，沒有因調速帶來的附加轉差損耗，調速范圍大，精度高可實現無級調速，而且容易實現協調控制和閉環控制。由于可以利用原鼠籠式電動機，所以特別適合對舊設備的技術改造，它既保持了原電動機結構簡單，可靠耐用，維修方便的優點，又能達到節電的顯著效果，是風機交流調速節能的理想方法。

 其它調速方式

1、改變極對數的調速

旋轉磁場的速度與定子的極對數有關，定子繞組進行切換就可以改變極對數，從而改變轉速；但是從低極對數（高速）變換到高極對數，電機的實際速度會大幅度下降；但是如果切換速度很快，電機將會經歷一個發電階段，從而在電機及機械裝置上產生較大的反向轉矩；屬于有極調速，調速范圍小。

2、轉差率調速

1）改變定子電壓: 通過調節電源電壓來實現,這主要是因為交流異步電動機的電磁轉矩與輸入電壓的平方成正比; 調壓調速屬于低效率,耗能型的調速方式

2）通過轉子實現: 轉子串電阻,增加了轉子的功率消耗,導致轉差值增加,轉速下降;另外就是采用串極耦合,轉子回路通過集電環與直流裝置或可控整流電路連接,采用直流裝置向電機轉子提供一個附加的可調電壓,從而影響轉速和轉子的磁化.這種方式局限于泵和風機類負載.