绕线式异步电动机调速方式节能效果探讨
【摘 要】本文对绕线式异步电动机转子串电阻调速和串级调速两种调速方式的节能效果进行分析，提出了一种新的调速方案，即转子斩波调速。采用这种调速方案，对于节约电能有一定价值。
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【关键词】串电阻调速;串级调速;斩波调速;节能
1.转子串电阻调速方式节能效果分析
绕线式异步电动机转子串电阻调速方式，通常是在转子回路中串接附加电阻，通过改变其转差率以达到调速的目的。这种方法简单方便，但却存在一些问题，调速不平滑，是有级调速;低速时转速波动大;转子电阻及其开关设备体积大，属于有触点控制，带电流切换电阻时故障率高;其转差功率消耗在附加电阻上，电机运行能耗大，效率低，很不经济。
2.串级调速方式节能效果分析
串级调速采用有源逆变的原理，用一套有源逆变设备代替转子电阻及相应的开关设备，把原来消耗在附加电阻上功率发送到电，用改变逆变角的方法来改变转速。这种方法提高了效率，节省了部分电能，但系统设备复杂，投资大。
3.调速方式改进方案
3.1改进思路
采用斩波电路，通过改变斩波电路的工作率，从而达到改变转子的等效电阻的目的。
3.1.1斩波开关电路的结构
电路如图1所示，为并联型斩波开关电路
图1 并联型斩波开关电路
3.1.2斩波电路的工作原理
触发导通VT1、VT3，电阻R2被VT1短接，同时，电容C开始充电直至U2，极性是上负下正，将VT3关断。VT1导通一段ton的时间后，给VT2加触发脉冲，因VT2承受着电容C上的正向电压，VT2被触发导通，于是电容C对VT1反向放电，使VT1关断，电阻R2被接入主电路，接入的时间为VT1关断时间toff。VT1关断后，电容C继续放电，并反向充电到Ud，其极性是上正下负，为再次触发导通VT1、VT3提供条件。以上过程按一定的周期重复进行。
假设斩波电路的导通时间为ton，断开时间为toff，则通断周期为T，通断周期为T=ton+toff，且恒定不变，则转子的等效电阻
RAB=R2ton/ T，令Kx= ton/T，则RAB= R2Kx
Kx为斩波电路的工作率。
改变斩波电路的工作率，就可以改变转子的等效电阻R2。
3.2改进后的斩波调速主电路分析
3.2.1斩波调速主电路结构
如图2所示，为并联型斩波调速主电路接线图
图2 并联型斩波调速主电路接线图
图2中，M是被调速的交流电动机，VD1～VD6构成转子整流桥，R2是调速电阻，VT1是主晶闸管元件用作斩波开关，VT1、VT2、VT3、辅助电容C和整流桥VD7～VD12构成并联型斩波开关电路，L1 、L2是限流电感，LG是平波电抗器，T是电源变压器。
3.2.2斩波调速主电路的工作原理
从以上斩波开关电路的工作原理分析可知， 斩波电路相当于一个功率开关，主要起导通、关断VT1的作用。当斩波电路导通时，R2被VT1短接，接到AB两端的等效电阻为零;当斩波电路断开时，接到AB两端的等效电阻为R2;若斩波电路按一定的周期不断的接通和断开，则AB两端的等效电阻就在零和R2之间变化，就相当于在转子回路接入了一个变化的电阻，从而达到了调速的目的。
由此可见，该斩波调速方式实质上为转子无级串电阻调速。
3.3节能效益分析
3.3.1电动机的输出功率分析
假设电动机所带负载为通风机负载，其转距与转速平方成正比，其功率与转速的三次方成正比。在额定转速nN下，电动机轴上的输出机械功率为PN，则在转速为n时，输出机械功率为P2的标么值为：
（1）
如认为电动机的额定转速近似同步转速，则sN≈0，（1）式成为
（2）
3.3.2节能分析
如果忽略电机本身损耗，则输入功率近似为输出功率，调速前轴上的输入功率近似为额定功率PN;调速后电机输出功率为P2，相应的输入功率为。故调速所节约的功率为，节约的功率标么值为： （3）
根据式（2）和（3），现列出电动机在不同负载时的节能效益对照表：
s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
n/n0 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
P2* 1 0.729 0.512 0.343 0.216 0.125 0.064 0.02 0.008 0.01 0
△P* 0 0.19 0.36 0.54 0.64 0.75 0.84 0.91 0.96 0.99 1
从表中可以看出，当转速从额定转速nN降到0.8 nN时，△P*=0.36，
节能36%PN，并且随着转速降低，节能效果更加明显。
4.结论
综上所述：绕线式异步电动机采用转子斩波调速方式，是利用晶闸管组成的斩波电路对转子电阻进行连续的无触点调节，是绕线式异步电动机调速方案中一种初期投资少、结构简单、运行可靠、功率因素高的调速方案，在绕线式异步电动机拖动的通风机以及水泵系统中，采用这种调速方案，对于节约电能有一定价值。
参考文献：
[1]杨威 ，张金栋 .电力电子技术[M].重庆大学出版社，2003.