电磁转差离合器在电机调速中的应用

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2009-4-8 22:04:00　韩瑞东 宋庆伟 王静　供稿

摘要：利用电磁转差离合器对异步电动机进行调速，结构简单，在加装控制器后，实现了交流无级调速，无失控区，调速范围广，控制功率小，启动性能好，启动力矩大，启动平滑，可广泛用于恒转矩无级调速的各种机械设备上。
关键词：电磁转差离合器；电磁转距；机械特性；负反馈
      在火力发电厂中，无论是新型的循环流化床锅炉还是普通的煤粉炉、链条炉，对给煤量、一二次风量和给水流量的调节，都将直接影响电站锅炉及至全厂生产的正常进行，然而对上述参数的调整要根据具体的情况，诸如：锅炉的燃烧情况、负荷情况，以及其它各方面的参数来适时地对它们进行连续的调整，不能忽大忽小，忽多忽少，否则将会给锅炉的安全正常运行带来不良影响。因此对泵、风机和给煤机等转动机械在转速上的调节就有严格的要求，要求这些转动机械在调节转速时要做到调节平稳转速稳定。
      目前异步电动机调速方法很多，大致可分为以下几种类型：①改变转差率调速，包括有降低电源电压，绕线式异步电动机转子串电阻等方法；② 改变旋转磁势同步转速调速，包括有改变定子极对数，改变电源频率等方法；③ 串级调速；④ 利用转差离合器。上述第一类型的两种调速方法设备比较简单，但它们的调速范围窄，最主要的是它们属有极调速，不能满足电厂中上述转动机械的调速要求，因此没能广泛应用；变频调速和串级调速，具有无级调速平滑性好的优点，从这一点考虑这两种方法比较符合电厂转动机械的调速要求，但由于变频调速和串级调速多采用大功率晶体管、可控硅组成变频器和控制器元件，价格贵，制造技术复杂，控制功率大，也没有得到广泛应用。
       利用电磁转差离合器对电机转速进行调节，既实现了无级调速，又克服变频、串级调速控制器大的缺点，因而在众多电厂的给煤机水泵上得到了广泛应用。YCT200-4B型调速电机就是利用了电磁转差离合器进行转速调节的一种交流恒转矩调速电机，它是由三相异步电动机、电磁转差离合器、测速电机、电器控制装置组成，广泛适用于恒转矩无级的各种机械设备，下面就该电机的工作及调速原理作一一介绍。
1  基本工作原理
      电磁转差离合器主要由电枢与磁极两个旋转部分组成。电枢部分与异步电动机联接，是主动部分；磁极部分与异步电动机所拖动的负载联接，是从动部分，图1为电磁转差离合器的示意图。

      电磁转差离合器的电枢部分在异步电动机运行时，随异步电动机转子同步旋转，转向设为顺时针方向，转速为n，见图2（a），若励磁绕组通入的励磁电流I1=0，电枢与磁极二者之间既无电的联系又无磁的联系，磁极及所联之负载则不转动，此时的状态负载相当于被“离开”。若励磁电流I1≠0，则磁极与电枢二者之间就有了磁的联系，磁力线如图2（b）中所示，由于电枢与磁极之间有相对运动，电枢上的绕组在磁场作用下要产生感应电动势并产生电流，对着N极的绕组条的电流流出纸面，对着S极的则流入纸面。

      电流在磁场中流过受力厂，使电枢受到逆时针方向的电磁转矩M 。电枢由异步电动机拖着同速转动，M 就是与异步电动机输出转矩相平衡的阻转矩，磁极则受到与电枢同样大小，相反方向的电磁转矩，也就是顺时针方向的电磁转矩，在它的作用下，磁极部分以及负载便顺时针转动，转速为n´ ，此时负载相当于被“合上”，若异步电动机旋转方向为逆时针，通过电磁转差离合器的作用，负载转向也为逆时针，二者是一致的，需注意的是：转差离合器电磁转矩M 的产生有一个先决条件，即电枢与磁极两部分之间有相对运动，因此负载转速n´必定小于电动机转速n
（n=n´，则M =0），所谓转差离合器的“转差”就体现在这里。
2   调速原理
      电磁转差器的结构有多种形式，电枢部分可以是鼠笼绕组也可以是整块铸钢，为整块铸钢时，可以看成无限多根鼠笼并联，其中流过的涡流便为鼠笼导条中的电流。磁极上装有励磁绕组，由直流电流励磁，励磁电流I越大，磁场越强，若转速相同，则I越大，电磁转矩M 也越大，若转矩相同，则I越大，转速越高，图3为电磁转差离合器的机械特性曲线。

      电磁转差离合器具有较软的机械特性，在一定的激磁电流下，转速随着负载的转矩的增加而下降，这种特性适用对张力要求不过分严的收卷机械，但在实际运行中，发现当给煤机上部落煤管中煤不均匀或由于给煤太湿造成大团煤的下落，将使螺旋给煤机转轴发生变化，此时，电机将会出现出力不足和空转的现象，为避免由于转差离合器特性较软而造成的电机出力不足现象，在对该转差离合器加装控制器后，有效地改变了电机的机械特性，使之变“硬”，即当负载转矩变化时，电机转速不致于变化太大，加装控制器后的机械特性，见图4。

      YCT系列电磁调速机在加装控制器后，当负载在额定转矩的10％～100％内变化时，控制根据测速发电机的信号自动调节激磁电流，使输出转速基本上不变，转速变化率小于3％。
      测速电机测得负载转速后，通过负反馈电路与给定值进行比较，若负转载速小于给定转速，通过脉冲触发电路，增大激磁电流，以增大转速，反之若负载转速大于给定转速，通过脉冲触发电路，减少激磁电流，使转速降下来。
      利用电磁转差离合器进行调速的异步电动机，在加装控制器后，具有以下特点：①交流无级调速，具有速度负反馈自动调节系统；②结构简单，使用维护方便，价格低廉；③无失控区，调速范围广，最大可达10：1；④控制功率小，便于自控、群控、集控；⑤启动性能好，启动力矩大，启动平滑，可广泛用于恒转矩无级调速的各种机械设备上。在发电厂的各种转动机械中，如螺旋式给煤机、离心式水泵和风机负载上都可广泛利用带转差离合器调速的异步电动机，特别是对泵和风机，如果用转速调节来代替阀门，挡板的开闭以控制流量或压力，即可达到节能目的。在发电厂外，在纺织、冶金、造纸、水泥、化工、印染等多种行业都能利用电磁转差离合器进行调速的电动机．只要能广泛的推广，利用这种调速电机，无论从操作工艺，还是经济效益，都会产生深远的影响。
                                                                    编辑：黄令军

文章来源：中国传动网
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