不同工況條件下對電機的調速要求

前不久，一位經(jīng)驗豐富的資深業(yè)務員小D咨詢Ms.參關于電機調速方面的問題，說到多年的老客戶想介入環(huán)保項目，要他推薦幾款節(jié)能幅度比較大的調速電機，但他說給老客戶講不清楚。電機調速雖說是個老掉牙的話題，專業(yè)人士一時半會也很難說明白，感覺有必要整理一下。

 從輸出特性上電機調速可分為兩類：無級調速和有級調速。說到具體調速方法，可以說有很多種。Ms.參這里列出一些常見的、具有代表性的調速電機，剖析調速機理和應用特點，大概勾勒調速電機譜系圖，與大伙交流分享。

由單速或多速鼠籠型異步電動機和電磁轉差離合器組成，也常被稱為滑差電機，是一種恒轉矩交流無級變速電動機。

電磁調速或滑差電機具有調速范圍廣、速度調節(jié)平滑、起動轉矩大、控制功率小的優(yōu)良調速特性，控制器與測速發(fā)電機等速度測試及反饋元件組成自動調節(jié)系統(tǒng)，具有調速操控簡便可靠、機械特性硬度高等一系列優(yōu)點，因此在印刷機及訂書機、無線裝訂、高頻烘干聯(lián)動機、鏈條鍋爐爐排控制中都得到廣泛應用。

電磁調速的核心是電磁轉差離合器，極性相對固定、N極和S極交替分布的爪極在異步電機的拖動下旋轉，實心電樞切割磁力線感應出渦流電流，在爪極磁場的作用下旋轉，帶動輸出軸輸出機械功率。調節(jié)爪極勵磁電流大小，就可以調節(jié)渦流磁場與爪極磁場耦合度或者說速度差，從而來實現(xiàn)調速。如果實心電樞與爪極磁場的旋轉速度同步，就不可能感應出渦流電流，實心電樞失去旋轉的原動力—電磁力，故此又稱之為電磁滑差調速電機。不難想象，該類電機為組合式結構，主要由拖動電動機、電磁轉差離合器和測速發(fā)電機組成，測速發(fā)電機將轉速信號反饋給控制器，與控制器設定的轉速比較，發(fā)出調高或調低實心電樞轉速的指令。

應用電磁滑差原理調速的典型電機為YCT系列電磁調速三相異步電動機，廣泛應用于恒轉矩負載的速度調節(jié)和張力控制的場合，更適合于鼓風機和泵類負載的場合。對于起動力矩高、慣性大的負載有緩沖起動的作用，同時有防止過載等保護作用。

優(yōu)點：結構簡單，控制裝置容量小，價值便宜。運行可靠，維修容易。無諧波干擾。

缺點：速度損失大。因為電磁轉差離合器本身轉差較大，所以輸出軸的最高轉速僅為電機同步轉運的80%～90%；調速過程中轉差功率全部轉化成熱能形式的損耗，效率低、發(fā)熱問題嚴重。

變頻調速電機，是變頻器驅動的電動機的統(tǒng)稱。變頻調速電機簡稱變頻電機，是變頻器驅動的電動機的統(tǒng)稱。實際上為變頻器設計的電機為變頻專用電機，電機可以在變頻器的驅動下實現(xiàn)不同的轉速與扭矩，以適應負載的需求變化。變頻電動機由傳統(tǒng)的鼠籠式電動機發(fā)展而來，把傳統(tǒng)的電機風機改為獨立出來的風機，并且提高了電機繞組的絕緣性能。在要求不高的場合如小功率和頻率在額定工作頻率工作情況下，可以用普通鼠籠電動機代替。

變頻調速是通過改變異步電動機定子端輸人電源的頻率，且使之連續(xù)可調來改變它的同步轉速。變頻電機應是最佳選項，技術成熟、綜合經(jīng)濟指標高。

優(yōu)點：無附加轉差損耗，效率高、調速范圍寬；對于低負載運行時間較多，或起停運行較頻繁的場合，可以達到節(jié)電和保護電機的目的。

缺點：技術較復雜，價格較高。

在某些特殊拖動電路中，需要采用雙速電動機；有時甚至需要采用三速或四速的電動機。這些多速電動機的原理以及控制方法基本是相同的。主要用于要求隨負載的性質逐級調速的各種傳動機械如機床、礦山、冶金、紡織、印染、化工等行業(yè)。同一臺電機實現(xiàn)多速的要求，靠相同繞組的不同接法以及同一臺電機多套繞組的方式解決。

變極調速是通過改變電動機定子繞組的接線方式來改變電動機的磁極對數(shù)，從而可以有級地改變同步轉速，實現(xiàn)電動機轉速有級調速。這種調速電動機目前有定型系列產品可供選用，比如單繞組多速電動機．

優(yōu)點：無附加滑差損耗，效率高；控制電路簡單，易維修，價格低；與電磁轉差離合器配合可得到效率較高的平滑調速。

缺點：有級調速，不能實現(xiàn)無級平滑的調速。且由于受到電機結構和制造工藝的限制，通常只能實現(xiàn)2～3種極對數(shù)的有級調速，調速范圍相當有限。

工業(yè)上有許多場合是需要調速的，如行車、風機、傳送帶、機床等，采用換極調速具有實現(xiàn)成本低、功耗小、輸出力矩剛性好的特點，在變頻調速器已經(jīng)普及的現(xiàn)在，雙速電機仍有一定的應用空間。

直流電機是調速性能優(yōu)秀的無級的調速電機，但由于換項器的存在極大限制了它的運行速度最高極值。

優(yōu)點：調速性能非常優(yōu)秀，調速手段多樣化、運行效率高。

缺點：不能應用于高速運行，須配置碳刷和換向器。

永磁同步電機和永磁無刷電機均是通過PWM變頻調速裝置實現(xiàn)無級調速，最高轉速理論上沒有任何限制，效率高、功率因素可控制在左右。航空航天、船舶、醫(yī)療、新能源汽車等行業(yè)廣泛使用永磁電機，一方面因不需要電勵磁，無勵磁損耗和相應的發(fā)熱因素；另一反面可以實現(xiàn)無級調速且調速范圍幾乎無任何限制。