1.三相異步電動(dòng)機(jī)的兩種調(diào)速方式

  當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通入三相交流電后，定子繞組會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n。與交流電源的頻率f及電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p有如下關(guān)系:

  電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度n(即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速)略低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度n。(又稱同步轉(zhuǎn)速)，兩者的轉(zhuǎn)速差稱為轉(zhuǎn)差s，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為

  由于轉(zhuǎn)差s很小，一般為0.01-0.05。為了計(jì)算方便，可近似認(rèn)為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同，即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似為

  從上面的近似公式可以看出，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與交流電源的頻率f和電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)，當(dāng)交流電源的頻率f發(fā)生改變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法稱為變極調(diào)速;通過(guò)改變交流電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法稱為變頻調(diào)速，變頻器是通過(guò)改變交流電源頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

  2.變頻器的基本組成

  變頻器是一種典型的采用了變頻技術(shù)的電氣設(shè)備。變頻器的功能是將工頻(50Hz或60Hz)交流電源換成頻率可變的交流電源提供給電動(dòng)機(jī)，通過(guò)改變輸出電源的頻率來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。

  圖12-1列出了幾種常見(jiàn)的變頻器。變頻器種類很多，主要可分為交-直-交型變頻器和交-交型變頻器兩類。

  (1)交-直-交型變頻器的組成與原理

  交-直-交型變頻器利用線路先將工頻電源轉(zhuǎn)換成直流電源，再將直流電源轉(zhuǎn)換成頻率可變的交流電源，然后提供給電動(dòng)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電源的頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。交-直-交型變頻器的典型結(jié)構(gòu)如圖12-2所示。

  工頻交流電源經(jīng)整流線路轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電，直流電再經(jīng)中間電路進(jìn)行濾波平滑，然后送到逆變電路，與此同時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后送到逆變電路，在驅(qū)動(dòng)脈沖的控制下，逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換成頻率可變的交流電并送給電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。改變逆變電路輸出交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

  整流電路、中間電路和逆變電路構(gòu)成變頻器的主電路，用來(lái)完成交-直-交的轉(zhuǎn)換。由于主電路工作在高電壓大電流狀態(tài)，為了保護(hù)主電路，變頻器通常設(shè)有主電路電壓檢測(cè)和輸出電流檢測(cè)電路。當(dāng)主電路電壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)，電壓檢測(cè)電路則將該情況反映給控制電路;當(dāng)變頻器輸出電流過(guò)大(如電機(jī)負(fù)荷大)時(shí)，電流取樣元件或電路會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流信號(hào)，經(jīng)電流檢測(cè)電路處理后也送到控制電路;當(dāng)主電路出現(xiàn)電壓不正常或輸出電流過(guò)大時(shí)，控制線路通過(guò)檢測(cè)電路獲得該情況后，會(huì)根據(jù)設(shè)定的程序做出相應(yīng)的控制，如讓變頻器主線路停止工作，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警指示。

  控制電路是變頻器的控制中心，當(dāng)它接收到輸入調(diào)節(jié)裝置或通信接口送來(lái)的指令信號(hào)后，會(huì)發(fā)出和應(yīng)的控制信號(hào)去控制主電路，使主電路按設(shè)定的要求工作，同時(shí)控制電路還會(huì)將有關(guān)的設(shè)置和機(jī)器狀態(tài)信息送到顯示裝置，以顯示有關(guān)信息，便于用戶操作或了解變頻器的工作情況。

  變頻器的顯示裝置一般采用顯示屏和指示燈;輸入調(diào)節(jié)裝置主要包括按鈕、開(kāi)關(guān)和旋鈕等;通信接口用來(lái)與其他設(shè)備(如PLC)進(jìn)行通信，接收它們發(fā)送過(guò)來(lái)的信息，同時(shí)還將變頻器有關(guān)信息反饋給這些設(shè)備。

  (2)交-交型變頻器的組成與原理

  交-交型變頻器利用線路直接將工頻電源轉(zhuǎn)換成頻率可變的交流電源并提供給電動(dòng)機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電源的頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。交-交型變頻器的結(jié)構(gòu)如圖12-3所示。從圖中可以看出，交-交型變頻器與交-直-交型變頻器的主線路不同，它采用交-交變頻線路直接將工頻電源轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電源的方式進(jìn)行變頻調(diào)速。

  交-交變頻線路一般只能將輸人交流電頻率降低輸出，而工頻電源頻率本來(lái)就低，所以交-交型變頻器的調(diào)速范圍很窄，另外這種變頻器要采用大量的晶閘管等電力電子器件，導(dǎo)致裝置體積大、成本高，故交-交型變頻器使用遠(yuǎn)沒(méi)有交-直-交型變頻器應(yīng)用廣泛，因此本章主要介紹交-直-交型變頻器。