感應電機速度控制


感應電機的轉子速度 (Nr) 由下式給出:

$$\mathrm{𝑁_𝑟 = (1 − 𝑠)𝑁_𝑠}$$

同步速度由下式給出:

$$\mathrm{𝑁_𝑠 =\frac{120𝑓}{𝑃}… (1)}$$

因此,電機的轉子速度由下式給出:

$$\mathrm{𝑁_𝑟 = (1 − 𝑠) (\frac{120𝑓}{𝑃}) … (2)}$$

從公式 (2) 可以看出,可以透過改變頻率 (f)、極數 (P) 或滑差 (s) 來改變感應電機的速度。

變頻控制的感應電機速度控制

從公式 (1) 和 (2) 可以看出,可以透過改變電源頻率來控制同步速度,從而控制電機的速度。

感應電機定子中的感應電動勢由下式給出:

$$\mathrm{𝐸_𝑠 = 4.44 𝑘_{𝑤𝑠} 𝑓\varphi 𝑁_1 … (3)}$$

公式 (3) 表明,如果改變電源頻率,定子電動勢 Es 也將發生變化,以保持電機氣隙中的磁通量不變。如果忽略定子電壓降,則施加的端電壓 Vs 等於感應電動勢 Es

為了最小化損耗並避免鐵心飽和,電機透過根據電源頻率 (f) 改變端電壓 (Vs) 來在額定氣隙磁通量下執行,以保持 (V/f) 比值恆定在額定值。因此,這種型別的速度控制也稱為恆電壓/赫茲控制

因此,從以上討論可以看出,使用變頻電源控制感應電機速度需要一個變壓電源。為了獲得變頻電源,可以使用以下變流器:

  • 電壓源逆變器 – 逆變器是一種將固定電壓直流電轉換為固定或可變電壓交流電(具有可變頻率)的電路。
  • 電流源逆變器 – 電流源逆變器將輸入直流電轉換為交流電。CSI 的輸出電壓與負載無關。
  • 變頻器 – 變頻器將固定電壓和固定頻率的交流電源轉換為可變電壓和可變頻率的交流電源。可變頻率將低於固定頻率。變頻器控制的感應電機驅動器僅適用於大型電力驅動器和獲得低速。

變頻控制的速度控制允許從鼠籠式感應電機獲得良好的執行和暫態效能。

感應電機的轉子電阻控制

轉子電阻控制速度控制方法用於改變滑環式感應電機的速度。此方法不適用於鼠籠式感應電機。在這種方法中,透過透過滑環在轉子電路中連線外部電阻來控制滑環式或繞線轉子感應電機的速度(如圖所示)。

感應電機的最大轉矩與轉子電阻無關。轉子電阻 R2 的值越大,發生最大轉矩的滑差值越大。當轉子電阻增加時,電機的拉出速度降低,但最大轉矩值保持不變。因此,使用轉子電阻法,速度控制從額定速度提供到較低速度。

轉子電阻速度控制方法非常簡單。使用這種方法,可以實現較高的啟動轉矩、較低的啟動電流和較大的擊穿或拉出轉矩(在較小的滑差值下)。

轉子電阻控制方法的主要缺點是,由於連線在轉子電路中的外部電阻器中存在額外的 I2R 損耗,因此電機的效率較低。

這種速度控制方法用於起重機、Ward-Leonard Ilgener 驅動器和其他間歇性負載應用。

感應電機的滑差能量回收

在感應電機的轉子電阻速度控制方法中,在電機的低速執行期間,轉子電路中的滑差功率作為I 2R 損耗而浪費。因此,透過這種速度控制方法降低了電機的效率。

可以回收轉子電路中的滑差功率並反饋到交流電源。因此,可以提高電機的整體效率。滑差能量回收的原理是將滑差頻率的外部電動勢連線到轉子電路。該圖顯示了回收滑差能量的電路佈置。

圖中所示的滑差能量回收方法稱為靜態Scherbius驅動器。它提供了低於同步速度的滑環式感應電機的控制。在這種方法中,滑差功率由二極體橋式整流器轉換為直流電源,並且整流電流藉助濾波電路(平滑電抗器)進行平滑處理。然後將整流器的輸出饋送到逆變器,該逆變器將此直流功率反相為交流功率並反饋到交流電源。所使用的逆變器是在反相模式下執行的受控整流器。

滑差能量回收速度控制方法用於大型電力應用,在這些應用中,大範圍的速度變化涉及大量的滑差功率。

更新於:2021年8月30日

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