论文部分内容阅读
摘要：单相异步电动机，因其结构装简单，经济性能好，坚固耐用，维护量少，适宜恶劣环境优点而等到广泛应用。其各种调压调速器结构简单，操作方便，常用于单相电动机的调速。利用电路原理分析各种调压调速器工作原理与电气特性，有利于单相异步电动机调速器的选择与使用。
关键词：调速器；特性分析；选用
单相异步电动机，因其结构装简单，经济性能好，坚固耐用，维护量少，适宜恶劣环境优点。广泛用于小于1KW或只有单相电源的各种场合。如家用電器、医疗设备、电动工具等领域。但存在启动转矩小，启动电流大等缺点。
单相异步电动机常用调速方法有变极调速、抽头调速和调压调速等。单相异步电动机负荷通常负载转矩不是恒数，而是随转速增加而增大。即M∝n2（a>1）。通过调节单相异步电动机电源电压，从而改变电动机输出转矩，进而改变电动机转速。但该方法改变了电动机的转差率和转矩特性，稳速性能差，调速范围为电动机额定转速的70%～100%。
单相异步电动机调压调速的方法，可用串联电阻降压，电抗器和自耦变压器降压，串联电容降压，晶闸管相位控制降压等方法实现。
1.串联电阻分压调速电路特性
由电路理论可知，电路阻抗Z=R+jX，当X>0时，电路性质为感性电路，单相异步电动机为感性负载。功率因素cosФ=R/|Z|较低。当交流电路功率因素低时，电路线压降损失和功率损失较大；同时，电源利用效率也较低。
如使用串联电阻分压调节单相异步电动机转速时，利用串联电阻分压原理，改变电动机运行绕组上工作电压，达到调压调速的功能。串入调速器电阻时，单相异步电动机运行绕组上工作电压会降低，电动机转速降低。但电路电阻分量会增大，电路功率因素会提高。由于电阻同时也是耗能元件，导致电路能耗增加。所以，电阻串联分压调速，虽然电路简单，电路成本低，但是却并不常用。
2.串联电抗器分压调速电路特性
传统电抗器结构是由电感线圈和铁芯组成，电感线圈有抽头。通过改变串入电路中电感线圈的长度，改变电压量，从而改变单相异步电动机运行绕组两端电压，实现调节单相异步电动机运行转速的目的。
由电路理论可知，电感虽说是储能元件不消耗电能，可串联电感必然使电路电感分量增加，电路的感性增加，电路阻抗角变大；尽管电路电路有功功率变化不大，却能增加电感无功功率，电路功率因素进一步降低，使得电路线压降和功率损耗增大。
所以，串联电抗器调速方法，不但设备笨重，成本高不经济，而且电路功率因素降低，电路电能消耗增加。现也以逐渐被淘汰或被其他调速器所替代。
3.电容器调速器调速电路特性
电容调速器由多个不同容量的电容并联，通过不同抽头和转换开关改变串联入单相异步交流电动机运行电路中的电容电量，改变电路电抗，调节单相异步电动机运行绕组运行电压，实现调节单相异步电动机工作转速的目标。
由电路理论可知，电容同样是储能元件不消耗电能，且与电感元件性质相反，串联电容必然使电路电感分量减少，电路的感性削弱，电路阻抗角变小；同样虽然电路电路有功功率变化不大，串联电容却能降低电电路无功功率，提高电路功率因素，使得电路线压降和功率损耗降低。可是，电容调速也还是存在一定安全隐患，一是主要要避免电路出现RLC串联谐振现象，电路出现市电压和强电流而损坏电气设备；二是由电路理论可知，串联电容在电源电压不变的情况下，会增加电机运行绕组的工作电压，因而电容调速只能将电机运行速度向上调速，故电机调速运行时噪声较大，长期调速运行会加速电机绕组绝缘性能老化，降低电机使用寿命。因此，选购电容调速器应与单相电动机内电容相匹配。
所以，串联电容器调速方法，不但设备结构简单，成本不高，而且能提高电路功率因素，降低电路线压降和电能消耗。正是电容调速器的这些优点，电容调速器目前正逐渐替代其他调速器而得到广泛应用。
以上三种调速方法，电阻调速和电抗器调速因电能消耗太大，而电容器调速，在实现调速的同时，还能提高功率因素，降低线路压降和功率损耗，优势明显。但以上调速方法都只能实现电动机的有级调速，若要提高电动机的调速性能，实现无级调速，则可用以下的方法实现。
4.晶闸管电子调速器电路特性
晶闸管，又称可控硅。具有脉冲触发导通和维持导通的能力。目前多采用双向晶闸管和双向触发二极管配以RC充放电电路组成的电子调速器。其中，RC电路产生触发信号，经双向触发二极管加至双向晶闸管的控制极，调节RC支路的时间常数，即可改变触发脉冲的频率，改变交流电源正负半周双向晶闸管的导通角α和控制角β（导通角α与控制角β之和为180°），导通角α越大，晶闸管直通相信越长，输出平均电压越高，单相异步电动机转速越快，反之，输出平均电压超低，单相异步电动机转速越慢。达到调速的目的。
晶闸管电子调速器电路优势在于，不但能够实现平滑无级调速，甚至用于电风扇时能够模拟自然风调速。缺点是可控硅开、关时产生的尖峰脉冲对其它电气设备产生的干扰。因此，使用时应注意对其他电子电器的干挠影响。
通过以上各种调速器工作原理的简略描述，了解不同调速器的电学特性。因而可根据电机运行环境与主要功能选择调速器。
参考文献：
[1]苗晓培，电工技术与技能[M]，西安：西北工业大学出版社，2016.
[2]张小兰，电机学，重庆：重庆大学出版社，2007.
作者简介：
杨格（1967-），男，重庆万州人，重庆三峡职业学院机械与电子工程系副教授，主研方向为电工电子技术。
关键词：调速器；特性分析；选用
单相异步电动机，因其结构装简单，经济性能好，坚固耐用，维护量少，适宜恶劣环境优点。广泛用于小于1KW或只有单相电源的各种场合。如家用電器、医疗设备、电动工具等领域。但存在启动转矩小，启动电流大等缺点。
单相异步电动机常用调速方法有变极调速、抽头调速和调压调速等。单相异步电动机负荷通常负载转矩不是恒数，而是随转速增加而增大。即M∝n2（a>1）。通过调节单相异步电动机电源电压，从而改变电动机输出转矩，进而改变电动机转速。但该方法改变了电动机的转差率和转矩特性，稳速性能差，调速范围为电动机额定转速的70%～100%。
单相异步电动机调压调速的方法，可用串联电阻降压，电抗器和自耦变压器降压，串联电容降压，晶闸管相位控制降压等方法实现。
1.串联电阻分压调速电路特性
由电路理论可知，电路阻抗Z=R+jX，当X>0时，电路性质为感性电路，单相异步电动机为感性负载。功率因素cosФ=R/|Z|较低。当交流电路功率因素低时，电路线压降损失和功率损失较大；同时，电源利用效率也较低。
如使用串联电阻分压调节单相异步电动机转速时，利用串联电阻分压原理，改变电动机运行绕组上工作电压，达到调压调速的功能。串入调速器电阻时，单相异步电动机运行绕组上工作电压会降低，电动机转速降低。但电路电阻分量会增大，电路功率因素会提高。由于电阻同时也是耗能元件，导致电路能耗增加。所以，电阻串联分压调速，虽然电路简单，电路成本低，但是却并不常用。
2.串联电抗器分压调速电路特性
传统电抗器结构是由电感线圈和铁芯组成，电感线圈有抽头。通过改变串入电路中电感线圈的长度，改变电压量，从而改变单相异步电动机运行绕组两端电压，实现调节单相异步电动机运行转速的目的。
由电路理论可知，电感虽说是储能元件不消耗电能，可串联电感必然使电路电感分量增加，电路的感性增加，电路阻抗角变大；尽管电路电路有功功率变化不大，却能增加电感无功功率，电路功率因素进一步降低，使得电路线压降和功率损耗增大。
所以，串联电抗器调速方法，不但设备笨重，成本高不经济，而且电路功率因素降低，电路电能消耗增加。现也以逐渐被淘汰或被其他调速器所替代。
3.电容器调速器调速电路特性
电容调速器由多个不同容量的电容并联，通过不同抽头和转换开关改变串联入单相异步交流电动机运行电路中的电容电量，改变电路电抗，调节单相异步电动机运行绕组运行电压，实现调节单相异步电动机工作转速的目标。
由电路理论可知，电容同样是储能元件不消耗电能，且与电感元件性质相反，串联电容必然使电路电感分量减少，电路的感性削弱，电路阻抗角变小；同样虽然电路电路有功功率变化不大，串联电容却能降低电电路无功功率，提高电路功率因素，使得电路线压降和功率损耗降低。可是，电容调速也还是存在一定安全隐患，一是主要要避免电路出现RLC串联谐振现象，电路出现市电压和强电流而损坏电气设备；二是由电路理论可知，串联电容在电源电压不变的情况下，会增加电机运行绕组的工作电压，因而电容调速只能将电机运行速度向上调速，故电机调速运行时噪声较大，长期调速运行会加速电机绕组绝缘性能老化，降低电机使用寿命。因此，选购电容调速器应与单相电动机内电容相匹配。
所以，串联电容器调速方法，不但设备结构简单，成本不高，而且能提高电路功率因素，降低电路线压降和电能消耗。正是电容调速器的这些优点，电容调速器目前正逐渐替代其他调速器而得到广泛应用。
以上三种调速方法，电阻调速和电抗器调速因电能消耗太大，而电容器调速，在实现调速的同时，还能提高功率因素，降低线路压降和功率损耗，优势明显。但以上调速方法都只能实现电动机的有级调速，若要提高电动机的调速性能，实现无级调速，则可用以下的方法实现。
4.晶闸管电子调速器电路特性
晶闸管，又称可控硅。具有脉冲触发导通和维持导通的能力。目前多采用双向晶闸管和双向触发二极管配以RC充放电电路组成的电子调速器。其中，RC电路产生触发信号，经双向触发二极管加至双向晶闸管的控制极，调节RC支路的时间常数，即可改变触发脉冲的频率，改变交流电源正负半周双向晶闸管的导通角α和控制角β（导通角α与控制角β之和为180°），导通角α越大，晶闸管直通相信越长，输出平均电压越高，单相异步电动机转速越快，反之，输出平均电压超低，单相异步电动机转速越慢。达到调速的目的。
晶闸管电子调速器电路优势在于，不但能够实现平滑无级调速，甚至用于电风扇时能够模拟自然风调速。缺点是可控硅开、关时产生的尖峰脉冲对其它电气设备产生的干扰。因此，使用时应注意对其他电子电器的干挠影响。
通过以上各种调速器工作原理的简略描述，了解不同调速器的电学特性。因而可根据电机运行环境与主要功能选择调速器。
参考文献：
[1]苗晓培，电工技术与技能[M]，西安：西北工业大学出版社，2016.
[2]张小兰，电机学，重庆：重庆大学出版社，2007.
作者简介：
杨格（1967-），男，重庆万州人，重庆三峡职业学院机械与电子工程系副教授，主研方向为电工电子技术。