“交流电机”是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展,交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比,由于没有换向器(见直流电机的换向),因此结构简单,制造方便,比较牢固,容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大,从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。

1.交流电机调速器的工作原理

感应电动机的原理如下:


感应电动机又称“异步电动机(asynchronousmotor)”,即转子置于旋转磁场中,在旋转磁场的作用下,获得一个转动力矩,因而转子转动。


感应电动机的外观及内部结构 转子是可转动的导体,通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不转动的部分,主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而是以交流电通于数对电磁铁中,使其磁极性质循环改变,故相当于一个旋转的磁场。

 

这种电动机并不像直流电动机有电刷或集电环,依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机,单相电动机用在如洗衣机,电风扇等;三相电动机则作为工厂的动力设备。 通过定子产生的旋转磁场(其转速为同步转速n1)与转子绕组的相对运动,转子绕组切割磁感线产生感应电动势,从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场作用,产生电磁转矩,使转子旋转。由于当转子转速逐渐接近同步转速时,感应电流逐渐减小,所产生的电磁转矩也相应减小,当异步电动机工作在电动机状态时,转子转速小于同步转速。为了描述转子转速n与同步转速n1之间的差别,引入转差率(slip)。

 

什么是交流电机

(图片来自于网络)

2.交流电机调速的优缺点

交流电机调速的优缺点如下:


随着电力电子技术、微电子技术、数字控制技术以及控制理论的发展,交流传动系统的动、静态特性完全可以和直流传动系统相媲美,交流传动系统获得广泛应用,交流传动取代直流传动已逐步变为现实。


由于交流电机本质上为非线性、多变量、强耦合、参数时变、大干扰的复杂对象,它的有效控制一直是国内外研究的热点问题,现已提出了多种控制策略与方法。其中经典线性控制不能克服负载、模型参数的大范围变化及非线性因素的影响,控制性能不高;矢量控制、直接转矩控制也存在一些问题:近年来,随着现代控制和智能控制的理论发展,先进控制算法被应用于交流电机控制,并取得一定成果。
稳态模型控制方法


常用的稳态模型控制方案有开环恒v/f比控制(即电压/频率=常数)和闭环转差频率控制。


(1)恒压频比控制


此法是从变压变频基本控制方式出发的且不带速度反馈的开环控制方式。由于在额定频率以下,若电压一定而只降低频率,那么气隙磁通就要过大,造成磁路饱和,严重时烧毁电机。为了保持气隙磁通不变,采用感应电势与频率之比为常数的方式进行控制。


此法优点:结构简单,工作可靠,控制运算速度要求不高等。


此法缺点:开环控制的调速精度和动态性能较差;只控制了气隙磁通,而不能调节转矩,性能不高;由于不含有电流控制,起动时必须具有给定积分环节,以抑制电流冲击;低频时转矩不足,需转矩补偿,以改变低频转矩特性。


(2)闭环转差频率控制


此法是一种直接控制转矩的控制方式。在电机稳定运行时,在转差率很小的变化范围内,只要维持电机磁链不变,电机转矩就近似与转差角频率成正比,因此控制转差角频率即可控制电机转矩。


此法优点:基本上控制了电机转矩,提高了转速调节的动态性能和稳态精度。


此法缺点:不能真正控制动态过程的转矩,动态性能不理想。


上述两种控制方法基本上解决了电机平滑调速问题,但系统的控制规律是只依据电机的稳态数学模型,没有考虑过渡过程,系统在稳定性、起动及低速时转矩动态响应等动态性能不高;转矩和磁链是电压幅值及频率的函数,当仅控制转矩时,由于I/O间的耦合会导致响应速度变慢,即使有很好的控制方案,交流电机也很难达到直流电机所能达到的性能。但这两种控制的规律简单,目前仍在一般调速系统中采用,它们适用于动态性能要求不高的交流调速场合,例如风机、水泵等负载。

 

3.交流电机调速的调速方法

交流电机调速的调速方法如下:

 

1.听声音,仔细找故障点交流异步电机在运行中,若发现较细的“嗡嗡”声,没有忽高忽低的变化,是一种正常的声音,若声音粗、且有尖锐的“嗡嗡”、“咝咝”声是存在故障的先兆,应考虑以下原因:


(l)铁芯松动电机在运行中的振动,温度忽高忽低的变化,会使铁芯固定螺栓变形,造成硅钢片松动,产生大的电磁噪声。


(2)转子噪声转子旋转发出的声音,由冷却风扇产生的,是一种“呜呜”声,若有像敲鼓时的“咚咚”声,这是电机在骤然启动、停止、反接制动等变速情况下,加速力矩使转子铁芯与轴的配合松动所造成的,轻者可继续使用,重者拆开检查和修理。


(3)轴承噪声电机在运行中,必须注意轴承声音的变化,把螺丝刀的一端触及在轴承盖上,另一端贴在耳朵上,可以听到电机内部的声音变化,不同的部位,不同的故障,有不同的声音。如“嘎吱嘎吱”声,是轴承内滚枪的不规则运动所产生,它与轴承的间隙、润滑脂状态有关。“咝咝”声是金属摩擦声,一般由轴承缺油于磨所致,应拆开轴承添润滑脂剂等。


2.利用嗅觉,分析故障电机在正常运行中是没有异味的,若嗅到异昧,便是故障信号,如焦糊味,是绝缘物烧烤发出的,且随电机温度的升高,严重时还会冒烟;如油焦味,多半是轴承缺油,在接近干磨状态时油气蒸发出现的异味。


3.利用手感,检查故障用手触摸电视的外壳,可以大致判断温度的高低,若用手一触及电机外壳便感到很烫,温度值很高,应检查原因,如:负荷过重、电压过高等,然后针对原因排除故障。


常见故障的原因


电动机没有启动力矩,或空载时不能启动,并发出不正常声音。


原因:


(l)三相电源电路(包括闸刀开关、引线定子绕组)有一相断电,造成单相启动。


(2)电源电压过低。


(3)轴承过度磨损,使转子靠近定子的一侧,造成定子与转子不同心,气隙不均匀。


2.电动机启动力矩小,有载时不能启动,负载增大时电机停转,有时发出强烈杂声,局部发热。原因:电网电压低,绕组有匝间短路,转子绕组中有断线或脱焊现象,启动后一相断线造成单相运行。


3.启动电流大,而且不平衡,声响大,造成保护装置动作而切断电源。原因:定子绕组接线方法可能不正确,绕组对地绝缘老化。