變頻調(diào)速是三種電機(jī)調(diào)速方式中的最佳選擇。目前,對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,主要通過三種途徑:
第一種,機(jī)械調(diào)速。
機(jī)械調(diào)速方法有電磁離合器、液力耦合器和液粘離合器三類,其中使用最多的是液力耦合器,即在電機(jī)和負(fù)載之間串入一個(gè)液力耦合裝置,通過液面的高低調(diào)節(jié)電機(jī)和負(fù)載之間耦合力的大小,實(shí)現(xiàn)負(fù)載的速度調(diào)節(jié)。上世紀(jì) 90 年代,液力耦合器在高壓大容量籠型電機(jī)拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)、泵類上使用的較多。由于它的調(diào)速范圍有限(99%~30%)、調(diào)速精度不夠高、效率較低、只能單機(jī)使用、故障時(shí)必須停機(jī)修理等缺陷,使用范圍很窄,使用量也非常有限。
第二種,串級(jí)調(diào)速方式。
串級(jí)調(diào)速必須采用繞線式異步電動(dòng)機(jī),將轉(zhuǎn)子繞組的一部分能量通過整流、逆變?cè)偎突氐诫娋W(wǎng),這樣相當(dāng)于調(diào)節(jié)了轉(zhuǎn)子的內(nèi)阻,從而改變了電動(dòng)機(jī)的滑差。由于轉(zhuǎn)子的電壓和電網(wǎng)的電壓一般不相等,所以向電網(wǎng)逆變需要一臺(tái)變壓器,為了節(jié)省這臺(tái)變壓器,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用中普遍采用內(nèi)饋電機(jī)的形式,即在定子上再做一個(gè)三相的輔助繞組,專門接受轉(zhuǎn)子的反饋能量,輔助繞組也參與做功,這樣主繞組從電網(wǎng)吸收的能量就會(huì)減少,達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的。由于在工業(yè)生產(chǎn)中繞線電動(dòng)機(jī)的使用量不多,串級(jí)調(diào)速方式的應(yīng)用范圍也較窄。
第三,變頻調(diào)速方式。
變頻調(diào)速就是通過變頻器改變供電頻率,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),提高電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。從電流的變化方式來(lái)看,變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類,目前國(guó)內(nèi)大都使用交-直-交變頻器。從電壓高低的分類方面來(lái)看,我國(guó)習(xí)慣上把額定電壓在 3kV 到 10kV 之間的電動(dòng)機(jī)稱為高壓電機(jī),因此一般把針對(duì) 3kV 至 10kV 高電壓環(huán)境下運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)而開發(fā)的變頻器稱為高壓變頻器,國(guó)外則從輸電電壓和用電電壓的角度考慮,通常將之稱為中壓變頻器。從調(diào)速效果看,使用變頻器調(diào)速是最好的調(diào)速技術(shù),它的調(diào)速范圍最寬,可達(dá)到 100%~5%;調(diào)速精度最高,可達(dá)到±0.5%。由于它是無(wú)級(jí)調(diào)速,可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)和整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。
相比其他兩種調(diào)速方式,變頻調(diào)速具有效率高、調(diào)速范圍寬、調(diào)節(jié)平滑等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)軟起,避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,一套變頻器可以對(duì)多臺(tái)電機(jī)調(diào)速,發(fā)生故障可以切換到工頻電源繼續(xù)工作而不影響生產(chǎn)等,而且發(fā)揮著提升工藝控制水平和提高生產(chǎn)效率的顯著作用,是最理想的調(diào)速裝置。尤其是具備矢量控制和能量回饋等功能的高性能高壓變頻器,被廣泛應(yīng)用于如軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、電氣機(jī)車牽引系統(tǒng)、船舶驅(qū)動(dòng)等工業(yè)用途和高端軍事用途,以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的精密電機(jī)調(diào)速和工藝控制,達(dá)到改善生產(chǎn)工藝的目的。