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电动机的启动与调速技术:掌控运行节奏

电动机的启动和调速技术是确保其在不同工况下稳定、高效运行的关键,直接影响着电动机的性能和应用范围。


电动机的启动技术


  1. 直接启动:直接启动是将电动机直接接入额定电压的电源上启动的方式,也称为全压启动。这种启动方式的优点是操作简单、启动设备成本低。对于小型异步电动机,当电源容量足够大,且电动机启动对电网电压波动影响较小时,可以采用直接启动。例如,一些功率在 7.5kW 以下的小型电动机,在满足一定条件下可直接启动。然而,直接启动时,电动机的启动电流较大,通常可达额定电流的 4 - 7 倍。过大的启动电流会对电网造成冲击,影响其他用电设备的正常运行,同时也会使电动机自身受到较大的电磁力和热应力,可能缩短电动机的使用寿命。

  2. 降压启动:为了降低启动电流对电网和电动机的影响,常采用降压启动方式。常见的降压启动方法有星 - 三角(Y - △)降压启动、自耦变压器降压启动和延边三角形降压启动等。星 - 三角降压启动是在启动时将电动机定子绕组接成星形,使每相绕组承受的电压为额定电压的,从而降低启动电流;待电动机转速接近额定转速时,再将绕组切换成三角形连接,正常运行。这种方法适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机,其启动电流约为直接启动时的。自耦变压器降压启动则是利用自耦变压器降低加在电动机定子绕组上的电压来减小启动电流,启动时,自耦变压器的抽头可根据需要选择不同的降压比,启动结束后切除自耦变压器。延边三角形降压启动是在启动时将电动机定子绕组接成延边三角形,使每相绕组承受的电压介于星形和三角形接法之间,从而降低启动电流,这种方法适用于特定设计的电动机,其启动性能介于星 - 三角降压启动和自耦变压器降压启动之间。

  3. 软启动:软启动是利用电子技术实现电动机的平滑启动。软启动器通过控制晶闸管的导通角,逐渐改变电动机的端电压,使电动机的启动电流从零开始逐渐上升,避免了过大的冲击电流。软启动器具有多种启动模式,如限流启动、电压斜坡启动等。限流启动是在启动过程中限制启动电流不超过设定值,随着电动机转速的升高,电流逐渐减小到额定值;电压斜坡启动则是使电动机的端电压按照一定的斜率逐渐上升,直到达到额定电压,电动机正常运行。软启动不仅可以有效降低启动电流,还可以实现对电动机的软停车,避免了停车时的机械冲击,延长了电动机和负载设备的使用寿命,广泛应用于对启动和停车要求较高的场合,如电梯、风机、水泵等。


电动机的调速技术


  1. 变极调速:变极调速是通过改变电动机定子绕组的磁极对数来实现调速的方法。对于异步电动机,其转速与磁极对数成反比,即。通过改变定子绕组的连接方式,可以改变磁极对数,从而实现有级调速。例如,双速电动机可以通过改变定子绕组的接线,使磁极对数在两种不同的数值之间切换,实现两种转速运行。变极调速的优点是调速方法简单、运行可靠、效率较高;缺点是只能实现有级调速,调速范围有限,且调速时需要停机换接绕组,适用于不需要连续调速的场合,如某些机床的主轴调速。

  2. 变频调速:变频调速是通过改变电动机电源的频率来实现调速的方法。根据异步电动机的转速公式,当改变电源频率时,电动机的转速会相应改变。同时,为了保持电动机的磁通不变,在改变频率的同时需要相应地改变电压,即,这种控制方式称为恒压频比控制。变频调速具有调速范围宽、调速精度高、可以实现无级调速等优点,能够满足各种不同的调速需求。随着电力电子技术的发展,变频器的性能不断提高,成本逐渐降低,变频调速在工业生产、交通运输、家用电器等领域得到了广泛应用,如空调、风机、水泵等设备的调速控制。

  3. 直流电动机调速:直流电动机的调速方法主要有改变电枢电压调速、改变励磁磁通调速和电枢回路串电阻调速。改变电枢电压调速是通过调节电枢两端的电压来改变电动机的转速,这种方法调速范围宽、平滑性好、效率较高,适用于对调速性能要求较高的场合,如电动汽车的驱动电机调速。改变励磁磁通调速是通过改变励磁电流来改变励磁磁通,从而实现调速,由于励磁电流较小,控制方便,但调速范围有限,一般用于弱磁升速的场合。电枢回路串电阻调速是在电枢回路中串联电阻,通过改变电阻的大小来改变电动机的转速,这种方法调速设备简单,但调速过程中电阻上会消耗大量电能,效率较低,且调速不平滑,一般用于对调速性能要求不高的场合。


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