1.4 交流電動(dòng)機(jī)的外部調(diào)速方法

當(dāng)三相交流電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間通過(guò)一個(gè)可以調(diào)速的裝置連接時(shí)，通過(guò)控制該調(diào)速裝置的轉(zhuǎn)速，也可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速的變化，這就是三相交流電動(dòng)機(jī)的外部調(diào)速方法。

1.4.1 電磁轉(zhuǎn)差離合器

電磁轉(zhuǎn)差離合器的基本原理如圖1-42所示，電動(dòng)機(jī)1定速旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)1和鑄鋼圓筒構(gòu)成的電樞2通過(guò)轉(zhuǎn)軸硬性連接，電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)電樞2旋轉(zhuǎn)，磁極4上的勵(lì)磁繞組3通過(guò)滑環(huán)電刷通有直流電壓Uf，勵(lì)磁繞組3的電流使磁極4建立磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)的電樞2因切割磁場(chǎng)而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在電樞中產(chǎn)生渦流，該渦流與磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁力，該電磁力的作用方向是阻礙電樞2和磁極4之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)作用力和反作用力，磁極4跟隨電樞2旋轉(zhuǎn)起來(lái)，這就使電動(dòng)機(jī)1和負(fù)載6處于“合”的狀態(tài)，當(dāng)勵(lì)磁繞組3上的直流電壓Uf =0時(shí)，電樞2中的電磁力消失，磁極4不會(huì)跟隨電動(dòng)機(jī)1旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)1和負(fù)載6處于“離”的狀態(tài)。

改變勵(lì)磁電壓Uf可以改變電樞2中的渦流大小，也就改變了電樞2中電磁力的大小和磁極4的轉(zhuǎn)速，負(fù)載6的速度隨之改變。

1—電動(dòng)機(jī)；2—電樞；3—?jiǎng)?lì)磁繞組；4—磁極；5—直流電壓；6—負(fù)載

這種調(diào)速裝置有時(shí)也叫電磁滑差調(diào)速器，調(diào)速裝置同電動(dòng)機(jī)組合成一體叫電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)。這種調(diào)速方法實(shí)現(xiàn)的負(fù)載側(cè)最高轉(zhuǎn)速要小于電動(dòng)機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)速，不過(guò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，控制方便。一般調(diào)速范圍大約為10%～80%，不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的額定速度100%運(yùn)行。這種方法的缺點(diǎn)是電樞中存在渦流，負(fù)載越重，需要的電磁力也越大，渦流也越大，所以電樞中會(huì)有可觀的熱量產(chǎn)生，且在低轉(zhuǎn)速時(shí)，傳輸效率很低，設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TM，則電磁離合器的效率為

1.4.2 液力耦合調(diào)速器

液力耦合器的原理如圖1-43所示，電動(dòng)機(jī)1定速旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)1通過(guò)轉(zhuǎn)軸與渦輪2硬性連接，電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)渦輪2旋轉(zhuǎn)，渦輪2內(nèi)充有一定容量的液體3，液體3可以是植物油或水，渦輪2的旋轉(zhuǎn)使得其內(nèi)的液體3因離心力作用從外沿甩出，液體3進(jìn)入渦輪4，沖擊渦輪4與渦輪2同方向旋轉(zhuǎn)，渦輪2與負(fù)載5同軸連接，負(fù)載5跟著旋轉(zhuǎn)起來(lái)。調(diào)節(jié)液體3的容量可以改變渦輪2對(duì)渦輪4的作用力，同時(shí)改變旋轉(zhuǎn)速度。

1—電動(dòng)機(jī)；2—渦輪；3—液體；4—渦輪；5—負(fù)載

這種調(diào)速方法利用液體傳遞動(dòng)能和壓能，控制方法簡(jiǎn)單方便。缺點(diǎn)是由于采用改變液量調(diào)速，所以速度響應(yīng)較慢，內(nèi)部液體有可觀的熱量產(chǎn)生，且在低轉(zhuǎn)速時(shí)，傳輸效率很低。這種調(diào)速方法實(shí)現(xiàn)的負(fù)載側(cè)最高轉(zhuǎn)速要小于電動(dòng)機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)速。設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TM，則液力耦合器的效率為

調(diào)速范圍大約為20%～97%，不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的額定速度100%運(yùn)行。

1.4.3 液黏調(diào)速離合器

液黏調(diào)速離合器，也叫液黏離合器，其工作原理如圖1-44所示，電動(dòng)機(jī)1定速旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)1通過(guò)轉(zhuǎn)軸與主動(dòng)摩擦片2連接，電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)主動(dòng)摩擦片2旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)摩擦片2和從動(dòng)摩擦片4之間充有油介質(zhì)3，由于摩擦力的作用，主動(dòng)摩擦片2的旋轉(zhuǎn)使得油介質(zhì)3也發(fā)生同方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于摩擦力的傳遞作用，油介質(zhì)3的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)從動(dòng)摩擦片4也同方向旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)摩擦片4與負(fù)載5同軸連接，負(fù)載5跟著旋轉(zhuǎn)起來(lái)，從動(dòng)摩擦片4可以通過(guò)液壓油的推動(dòng)左右移動(dòng)，從動(dòng)摩擦片4和主動(dòng)摩擦片2的距離越近也就是間隙越小，從動(dòng)摩擦片4和主動(dòng)摩擦片2之間的油介質(zhì)3傳遞的摩擦力就越大，從動(dòng)摩擦片4的速度就越高，負(fù)載5的轉(zhuǎn)速就越高；相反，從動(dòng)摩擦片4和主動(dòng)摩擦片2的距離越遠(yuǎn)也就是間隙越大，從動(dòng)摩擦片4和主動(dòng)摩擦片2之間的油介質(zhì)3傳遞的摩擦力就越小，從動(dòng)摩擦片4的速度就越低，負(fù)載5的轉(zhuǎn)速就越低。這樣，就實(shí)現(xiàn)了負(fù)載速度的調(diào)節(jié)。

1—電動(dòng)機(jī)；2—主動(dòng)摩擦片；3—油介質(zhì)；4—從動(dòng)摩擦片；5—負(fù)載

這種調(diào)速方法是利用流體的黏性傳遞能量，控制簡(jiǎn)單、方便，調(diào)速范圍約為20%～100%，當(dāng)從動(dòng)摩擦片和主動(dòng)摩擦片之間距離為零時(shí)，這種調(diào)速方法的負(fù)載側(cè)最高轉(zhuǎn)速可以等于電動(dòng)機(jī)側(cè)的速度。缺點(diǎn)是由于采用改變機(jī)械間隙調(diào)速，所以速度響應(yīng)較慢，內(nèi)部介質(zhì)油有可觀的熱量產(chǎn)生，且在低轉(zhuǎn)速時(shí)，傳輸效率很低。設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)M，則液黏調(diào)速離合器的效率為

1.4.4 機(jī)械調(diào)速器

機(jī)械調(diào)速的方法也有很多，但不是本書(shū)的重點(diǎn)所在，圖1-45是一種利用皮帶變徑進(jìn)行調(diào)速的方法，圖1-46是一種利用轉(zhuǎn)盤(pán)變徑進(jìn)行調(diào)速的方法。很多小型電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速機(jī)使用這些調(diào)速方法，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，電動(dòng)機(jī)輸出軸上有一個(gè)變速裝置，調(diào)節(jié)變速裝置上的手輪或撥桿就可以改變輸出軸的轉(zhuǎn)速。

圖1-45中，電動(dòng)機(jī)1拖動(dòng)可以改變T形寬度的梯形輪2，梯形輪2通過(guò)T形帶3帶動(dòng)可以改變T形寬度的梯形輪4，梯形輪4帶動(dòng)負(fù)載5旋轉(zhuǎn)，同步調(diào)節(jié)梯形輪2和梯形輪4內(nèi)的T形槽寬度，就可以改變梯形輪2與梯形輪4的變速比，同時(shí)也就實(shí)現(xiàn)了負(fù)載5的速度調(diào)節(jié)。如圖中箭頭所示，使梯形輪2的T形槽變寬，T形帶3在梯形輪2內(nèi)的位置下落，更靠近軸心，相當(dāng)于有效傳動(dòng)輪徑變小。對(duì)于相同的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度n0，T形帶3的線(xiàn)速度變低，為了不改變梯形輪2和梯形輪4的軸心位置，使梯形輪4的T形槽變窄，T形帶3在梯形輪4內(nèi)的位置升高，遠(yuǎn)離軸心，相當(dāng)于有效傳動(dòng)輪徑變大，所以，最終實(shí)現(xiàn)負(fù)載5上的速度降低，如果需要升高負(fù)載5的轉(zhuǎn)速，則調(diào)節(jié)方向相反。

1—電動(dòng)機(jī)；2—梯形輪；3—T形帶；4—梯形輪；5—負(fù)載

圖1-46中，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)摩擦系數(shù)較大的轉(zhuǎn)盤(pán)1以速度n0旋轉(zhuǎn)，球形摩擦輪2安裝在轉(zhuǎn)軸3上并可以左右移動(dòng)，球形摩擦輪2的表面與轉(zhuǎn)盤(pán)1的表面直接接觸，由于摩擦力的作用，球形摩擦輪2旋轉(zhuǎn)，球形摩擦輪2旋轉(zhuǎn)的速度取決于與轉(zhuǎn)盤(pán)1接觸點(diǎn)的線(xiàn)速度和球形摩擦輪2的直徑，球形摩擦輪2帶動(dòng)負(fù)載4轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)1的線(xiàn)速度是外大內(nèi)小，球形摩擦輪2向外移動(dòng)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度增大，球形摩擦輪2向內(nèi)移動(dòng)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度減小，這樣就改變了負(fù)載4的轉(zhuǎn)速n1。

1—轉(zhuǎn)盤(pán)；2—球形摩擦輪；3—轉(zhuǎn)軸；4—負(fù)載

機(jī)械調(diào)速方法的調(diào)速范圍可以很寬，且可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速超過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這些方式的傳動(dòng)效率取決于傳動(dòng)的形式和結(jié)構(gòu)。