电机技术

电机技术（精选12篇）

电机技术 篇1

1 引言

电动机是将电能转化成机械能的电气设备, 是工业发展及群众生产生活的重要动力来源之一。随着电机技术的不断成熟和电机性能的不断提高, 传统的测试技术越来越不适应现代化的要求, 探索采用新的电机检验技术取代传统的测试技术意义重大, 尤为迫切。虚拟检测技术是真实测量技术的仿真与模拟, 是真实测量过程在计算机中的实现。它不仅可以模拟实际的测量过程, 而且可以仿真真实的测量仪器, 从而根据用户的需求来建立相应的虚拟测量环境, 给用户或使用者提供一种身临其境的感觉。基于虚拟技术的电机检验技术, 就是要充分利用计算机仿真、模拟、运算的强大功能, 以计算机作为电机检验的主控器, 通过高性能的传感器对电机试验的各项参数自动进行现场数据采集与计算, 最后生成电机检验报告, 判定电机性能是否合格的综合检验技术。基于虚拟技术的电机检验技术可以大大节约检验成本, 提高电机自动化检验效率, 对确保电机产品质量与安全具有重要意义。

2 基于虚拟技术的电机检验技术基本思路

基于虚拟检测技术的电机检验技术, 主要模拟仿真实际的电机检验仪器, 将仪器的大部分功能通过软件编程来实现。这一技术的主要思想是:通过高性能传感器获取电动机检验现场各种检验信号, 由数据采集卡进行数据采集, 通过信号选择、调理之后送入计算机, 由数据处理软件进行分析、显示、存储等, 利用计算机虚拟仿真功能, 代替实体检验仪器实现实体检验仪器的大部分功能, 最终生成电机检验报告, 从而自动实现对电机的检验。

这种基于虚拟检测技术的电机检验技术, 使用与实际测量过程相同的硬件系统, 通过不同的软件编程, 实现功能多种多样的测量仪器系统。软件系统是虚拟仪器的核心, 软件定义各种类型的仪器。由于虚拟仪器的具体功能都是通过软件编程控制或定义的, 一方面用户完全可以根据需要来定制仪器, 另一方面, 建立数据采集系统, 使用相同的硬件就可以实现多种检测仪器的功能。这种电机检验技术采用可视化的图形编程语言平台, 提供丰富、功能强大的数据处理软件包, 因此, 具有经济、编程简单迅速、使用方便的特点。基于虚拟技术的电机检验技术, 可以有效缩短电机检验时间, 提高检验效率, 确保电机生产质量。

3 基于虚拟技术的电机检验技术实现

基于虚拟技术的电机检验技术在硬件上基本采用以计算机为中心, 配合其他外围采集、控制电路组成;软件部分采用编程方法, 通过建立动态案例模型库, 实现电机仿真检验。这种方法与传统的试验方法相比, 其突出优点主要表现在:首先它缩短了试验时间, 提高了试验效率, 减少试验工作量;其次它的试验可靠性更高, 测试的数据更精确, 能自动对现场物理量进行实时采集、保存、处理与显示;再次, 因为它是通过各种先进的传感器, 所以能轻易获得一些不可直接测量或很难人工测量的技术参数;最后该系统能实时的自动生成检验报告。

3.1 硬件实现

基于虚拟技术的电机检验系统主要由信号接口及虚拟仪器2部分构成。通过电机上安装的各种高性能传感器获取各种测量信号, 这些信号由接口电路采集, 通过信号选择、调理之后送入处理计算机。

信号调理电路采用运算放大器对取样电阻两端的信号进行差分运算, 得到电压、电流信号并以单端方式输出至数据采集卡。为进一步提高待测信号的信噪比, 减小软件数据处理的难度以及减少运算量, 在LM318的电源部分加入了2个1 000μF的电解电容退耦合, 在其输出端加入了0.2μF的瓷片电容以滤除高频噪声。虚拟仪器的硬件采用基于PCI总线技术的DAQ数据采集系统, 对电机及其驱动电路和控制器的多路并行检测, 获取测量信息。

3.2 软件实现

基于虚拟技术的电机检验系统, 软件部分采用数据库调用模式, 建立动态案例模型库。动态案例模型库主要包括几个模块:索引引擎、数学模型库、数据描述库、其他数据库、动态辩识模块、模型测试和评价模块。动态案例模型库的开发主要以NI Lab VIEW仿真模块、Matlab和其他仿真工具包为基础进行。它是一种利用过去案例和经验解决问题的类推方法。这些工具为建立机电系统的模型库提供了一个完整的平台。

动态辩识模块主要完成模型校准与修改。如果模型测试和评价结果说明相关的模型必须进行修改或者重构, 动态辩识模块就要进入工作。动态辩识模块将利用真实实验结果获得新的模型, 并进行模型校准和修改。系统辩识主要根据被辩识系统的输入输出获取等效的系统 (数学模型) 。通用的模型描述方法包括传递函数、状态方程和微分方程等。传递函数的辩识方法分为时域和频域方法。状态方程的辩识方法比较复杂, 可以从微分方程或传递函数转化过来。微分方程的辩识主要是采用统计分析和参数预估, 如最小二乘、最大似然等方法。非线性系统可以采用非线性微分方程、Volterra级数、双线性模型等来描述。

对于不同的部件和系统, 我们需要选择不同的模型来描述。甚至对于同一个部件, 都需要建立不同的描述方法以满足不同的需要。在系统辩识的开始阶段, 首先要根据实际需求选择正确合适的数学模型的类型。然后, 下一步是选择合适的辩识方法通过实际实验数据获得模型参数。

4 结语

随着计算机技术、传感器技术、智能仪器技术的不断发展, 为交流电机检验及计算机软件系统的设计提供了技术支持。近年来, 随着微型计算机技术的广泛应用, 为我国基于虚拟技术的电机检验技术系统开拓了发展的新途径。但与国外技术相比, 我国电机检验技术发展相对滞后, 检验手段相对落后, 必须要进一步加强对这方面的研究与探索, 基于虚拟技术的电机检验技术为我们发展电机自动检验系统指明了方向。

参考文献

[1]GaryW.Johnson, Richard Jennings.LabVIEW图形编程[M].北京:北京大学出版社, 2002

电机技术 篇2

材料

禹城市乾力电动乘用车有限公司

年

月

目录

一、车用轮毂电机自动离合器鉴定大纲----------------------------1

二、车用轮毂电机自动离合器工作总结报告------------------------1

三、车用轮毂电机自动离合器技术研究报告------------------------1

四、车用轮毂电机自动离合器效益分析报告------------------------1

五、车用轮毂电机自动离合器用户意见----------------------------1

六、车用轮毂电机自动离合器实验数据------------------------------1

七、车用轮毂电机自动离合器发明专利证书-----------------------1

八、车用轮毂电机自动离合器说明书及相关图纸----------------1

九、车用轮毂电机自动离合器查新报告----------------------------1

鉴定大纲

一、项目名称

车用轮毂电机自动离合器

二、任务来源

自选项目

三、鉴定依据

实验报告、企业报告、查新报告等

四、鉴定形式

会议鉴定

五、鉴定内容

1、审查所提供技术文件的正确性、科学性、可行性

2、审查该技术的各项指标是否达标，并与国内外同类技术相比较对该技术的研究水平给与评价；

3、对该技术的经济效益和社会效益给予评价；

4、提出建议和改进意见。

六、鉴定程序

1、鉴定部门成立鉴定委员会，成立资料审查组、产品技术检测组和意见起草组。

2、项目单位组工作总结、技术报告、效益分析

3、专家提问项目单位答疑

七、向鉴定材料部门提供的

1、车用轮毂电机自动离合器鉴定大纲

2、车用轮毂电机自动离合器工作总结报告

3、车用轮毂电机自动离合器技术研究报告

4、车用轮毂电机自动离合器效益分析报告

5、车用轮毂电机自动离合器用户意见

6、车用轮毂电机自动离合器实验现场数据

7、车用轮毂电机自动离合器:发明专利证书

8、车用轮毂电机自动离合器说明书及相关图纸

9、车用轮毂电机自动离合器查新报告

工作总结报告

车用轮毂电机自动离合器是禹城市乾力电动乘用车公司研制的，是一种解决乘用车电动轮在起步时冲击发抖问题的装置。自2011年初至2012年底历经两年的时间，一百多次试验最终研制成功，并取得了显著的起步平稳省电节能效果。此技术为电动轮驱动式电动乘用车领域解决了技术难题，为我国跻身世界一流水平电动汽车制造企业提供了可能。

一、企业概况

乾力电动乘用车公司是禹城市重点民营高科技企业，位于山东省禹城市高新工业园区，以生产制造、研发、销售电动乘用车为主要产业。现有员工300余人，其中高技术人员达90余人。拥有10万平方的机加工和装配车间，具备较高的乘用车加工装配和制造水平。公司应用了ERP管理系统，通过了ISO9001质量体系认证，曾获得山东省AAA重合同守信用企业，中国新能原汽车行业协会会员企业、质量优质企业等荣誉称号。

乾力电动乘用车公司总经理张正泉同志，获得国家级发明6项，实用新型专利21项，其中其波浪发电技术被中国科学院院士称为沿海区域具有划时代的意义。

二、项目的目的及进展情况

大家知道电动汽车是当今

21世纪最具环保绿色的交通工具，但若采用传统的齿轮箱传动轴，有限的蓄电池能源将得不到充分的发挥和利用。而世界公认的电机轮毂驱动技术因汽车在起步时所需速度太低，扭矩太大而无法达到实用化程度。我公司总经理张正泉同志所发明的这项技术正好弥补了这项世界空白。

从国内外发展趋势看21世纪，乘用车能源结构转型问题成为解决环境污染的重大课题。目前主要的解决模式有天然气能源、氢能源、电能等三种模式，其中以电能为最有发展前景模式。目前的电动乘用车在使用中仍沿用传统的老模式——采变速齿轮机构、传动轴进行动力传递后再驱动车轮，从而浪费了部分能量，使电动乘用车的能量利用效率偏低。

轮毂电机自动离合器正是针对上述问题而发明出来的，本项发明将会在我省大力发展电动乘用车领域起到示范性的作用，将会带来良好的经济效应和社会效应。

三、轮毂电机技术

又称车轮内装电机技术，它的最大特点是将动力、传动、制动装置都整合到轮毂电机内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。

优点；1 省略大量传动部件，让车辆结构更简单 可实现多种复杂的驱动方式 3 便于采用多种复杂的新能源车技术

优势；轮毂电机在电动汽车上的应用，不仅可以提高电机驱动效率，还大大简化了机械传动机构，减轻整车自重，减小其传动损耗。即降低成本、节能减噪全面提高节能环保型电动汽车的各项性能指标和性价比，使其达到普及型、商品化的要求，对推动电动汽车的节能减排起到极好的效果。

技术研究报告

一、车用轮毂电机自动离合器简介

该发明的电机旋转体的自动离合装置，包括外圈体和旋转体，外圈体与旋转体之间形成环形空腔；特征在于：环形空腔内设置有多个摩擦片组；每个摩擦片组包括两个弧形摩擦片和一个回位拉簧，两弧形摩擦片的首部转动地固定在旋转体上，两弧形摩擦片的尾部通过回位拉簧相连接；在旋转体转动的情况下，摩擦片组中的弧形摩擦片产生离心而与外圈体的内壁紧密贴合。本发明的自动离合装置，实现了旋转体在低速转动时，旋转体与外圈体之间没有动力传递；当旋转体达到一定转速时，弧形摩擦片在离心力的作用下与外圈体摩擦接触，实现旋转体到外圈体之间的动力传递功能。具有结构简洁合理、有益效果显著以及便于应用推广的优点。技术领域

本发明涉及一种电机或旋转体的自动离合装置，更具体的说，尤其涉及一种依据转速来实现自动离合的离合装置。背景技术

将电机或旋转体的高速旋转运动转化为可利用的动力，是一种有效的能量利用方式。例如，对于电机来说，无论交流或直流电机，要想利用高速的旋转运动来驱使电车运动，并在启动时刻对电机进行有效的保护，需要增加相应的减速器和离合设备。

现有电机的输出与驱动设备之间，均通过刚性传动结构相连接；要想在电机启动的过程中实现对电机的保护，一般通过电路控制流经电机线圈电流的大小来实现。采用控制电路，不仅会使成本提高，而且还会带来诸多不安全因数；现在还没有一种简洁的机械结构形式的自动离合装置，能够实现电机的软启动。

二、车用轮毂电机自动离合器技术评价

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种依据转速来实现自动离合的离合装置。

本发明的电机或旋转体的自动离合装置，包括内部为空腔的外圈体和设置于外圈体空腔中的旋转体，所述外圈体与旋转体之间形成环形空腔；其特别之处在于：所述环形空腔内设置有多个摩擦片组；每个摩擦片组包括两个弧形摩擦片和一个回位拉簧，两弧形摩擦片的首部转动地固定在旋转体上，两弧形摩擦片的尾部通过回位拉簧相连接；在旋转体转动的情况下，摩擦片组中的弧形摩擦片产生离心而与外圈体的内壁紧密贴合。

旋转体用于提供动力，外圈体实现动力输出或与传动机构相连接。弧形摩擦片转动地设置在旋转体上，以便旋转体在高速转动时，弧形摩擦片在离心力的作用下可与外圈体的内表面摩擦接触，以便旋转体带动外圈体进行转同。两弧形摩擦片通过回位拉簧相连接，以便在旋转体停止转动或速度降低时，弧形摩擦片可与外圈体的内表面相分离，结束旋转体到外圈体的动力传递。这种离合装置的结构，只有旋转体达到一定转速时才可驱使外圈体进行工作，有效地实现了对电机启动时刻的保护作用。

本发明的电机或旋转体的自动离合装置，所述每个弧形摩擦片的首部和尾部分别设置有首部外扩机构和尾部外扩机构，首部外扩机构包括首部飞锤、首部偏心轴和永磁体，首部飞锤与弧形摩擦片通过首部偏心轴转动地固定在旋转体的外边缘，永磁体与首部飞锤的自由端相配合；尾部外扩机构包括尾部飞锤、尾部偏心轴和永磁体，尾部飞锤通过尾部偏心轴转动固定于旋转体的外边缘，尾部偏心轴与弧形摩擦片相接触，永磁体与尾部飞锤的自由端相配合。

在旋转体静止状态下，首部飞锤和尾部飞锤均吸附在永磁体上；首部飞锤转动的过程中，可带动首部偏心轴进行转动，而首部偏心轴的转动又会驱使弧形摩擦片的首部向外运动；尾部飞锤转动时，会通过尾部偏心轴驱使弧形摩擦片的尾部向外运动，这样，在首部和尾部偏心轴的共同作用下，整个弧形摩擦片就会向外运动，以使其紧紧地挤压在外圈体的内壁上，以便带动外圈体进行转动。

本发明的电机或旋转体的自动离合装置，所述旋转体的外表面上设置有环形的左侧板和右侧板，左侧板与右侧板之间形成容纳弧形摩擦片的环形槽；所述首部偏心轴和尾部偏心轴均转动地固定于左侧板和右侧板上，尾部飞锤、首部飞锤位于左侧板和右侧板的两侧。

本发明的电机或旋转体的自动离合装置，所述旋转体为轮毂电机或与电机输出轴相连接的旋转体。在旋转体为轮毂电机的情况下，弧形摩擦片就转动设置在轮毂电机的壳体上；旋转体为与电机输出轴相连接的旋转体亦可，例如为与电机输出轴相固定的圆盘。

本发明的电机或旋转体的自动离合装置，所述外圈体的内表面以及弧形摩擦片的外表面均为刹车片材料。可以通过在外圈体的内表面、弧形摩擦片的外表面固定一层刹车片材料组成的耐磨层来实现，以便增大摩擦系数和提高耐磨性能。

本发明的电机或旋转体的自动离合装置，所述摩擦片组的数量为两个。

本发明的有益效果是：本发明的自动离合装置，通过在外圈体与旋转体之间的环形空腔中设置多个弧形摩擦片，实现了旋转体在低速转动时，旋转体与外圈体之间没有动力传递；当旋转体达到一定转速时，弧形摩擦片在离心力的作用下与外圈体摩擦接触，实现旋转体到外圈体之间的动力传递功能。通过设置首部外扩机构和尾部外扩机构，有效地保证了弧形摩擦片的外扩，可使其有效地紧紧地挤压在外圈体的内壁上，保证了在旋转体达到一定转速时外圈体与旋转体的同步转动。本发明的自动离合装置，只有旋转体达到转速一定转速时，才可进行动力输出，有效避免了电机在启动时刻即输出动力，避免了电机线圈中出现过大电流，有效地保护了电机。本发明的电机或旋转体的自动离合装置，具有结构简洁合理、有益效果显著以及便于应用推广的优点。附图说明

图1为本发明的自动离合装置的主视图的结构示意图； 图2为本发明的自动离合装置的后视图的结构示意图； 图3为图1中A-A截面的局部剖视图；

图4为旋转体达到一定转速而使弧形摩擦片带动外圈体转动时的结构示意图。

图中：1外圈体，2旋转体，3弧形摩擦片，4永磁体，5回位拉簧，6环形空腔，7首部飞锤，8尾部飞锤，9首部偏心轴，10尾部偏心轴，11左侧板，12右侧板，13环形槽。具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图

1、图

2、图

3、图4所示，分别给出了本发明的自动离合装置的主视图和后视图的结构示意图，其包括外圈体

1、旋转体

2、弧形摩擦片

3、永磁体

4、回位拉簧

5、首部飞锤

7、尾部飞锤

8、首部偏心轴

9、尾部偏心轴

10、左侧板

11、右侧板12以及环形槽13；所示外圈体1的内部为空腔，其可以为圆盘、圆圈或鼓状体，外圈体1可为直接的动力输出部件，也可与其他的动力输出机构相连接。旋转体2为动力源部件，其可为轮毂电机或与电机输出轴相连接的圆盘。旋转体2位于外圈体1的内部空腔中，旋转体2与外圈体1之间形成环形空腔6，以便用于设置摩擦片组。每组摩擦片组包括两个弧形摩擦片3和一个回位拉簧5。弧形摩擦片

3、回位拉簧5设置于环形空腔6之中。同一摩擦片组中，两个弧形摩擦片3的首部转动地设置在旋转体2上，两个弧形摩擦片3的尾部通过回位拉簧5相连接。回位拉簧5实现弧形摩擦片3的回位作用。为了保证弧形摩擦片3与外圈体1具有较强的耐磨性，可在外圈体1的外表面以及弧形摩擦片3的外表面上设置一层由刹车片材料构成的耐磨层，以保证动力传递过程中的耐磨性，以及具有较大的摩擦系数。

首部飞锤

7、首部偏心轴9和永磁体4组成了首部外扩机构，首部飞锤7通过转动首部偏心轴9转动，并能转动地固定于旋转体的外边缘，弧形摩擦片3的首部可转动的固定在首部偏心轴9上。首部飞锤7的自由端与永磁体4相配合。在旋转体静止或转速较低的情况下，首部飞锤7的自由端吸附在永磁体4上，首部偏心轴9不驱使弧形摩擦片3进行运动。当旋转体的转速达到一定值时，首部飞锤7会摆脱永磁体4的吸附，在离心力的作用下进行转动，进而通过首部偏心轴9驱使弧形摩擦片3向外运动，以使其紧紧压持在外圈体1的内壁上。

同样地，尾部飞锤

8、尾部偏心轴10和永磁体4构成了尾部外扩机构，尾部飞锤8通过尾部偏心轴10转动地可转动的固定于旋转体2的外边缘，弧形摩擦片3的尾部也放在尾部偏心轴10上。尾部飞锤8的自由端与永磁体4相配合。在旋转体静止或转速较低的情况下，尾部飞锤8的自由端吸附在永磁体4上，尾部偏心轴10不驱使弧形摩擦片3进行运动。当旋转体的转速达到一定值时，尾部飞锤8会摆脱永磁体4的吸附，在离心力的作用下进行转动，进而通过尾部偏心轴10驱使弧形摩擦片3向外运动，以使其紧紧压持在外圈体1的内壁上。

如图3所示，给出了图1中A-A截面的局部剖视图；所示旋转体2外表面的两侧为左侧板11和右侧板12，左侧板11和右侧板12之间形成了容纳弧形摩擦片3的弧形槽13。首部偏心轴9和尾部偏心轴10均转动地固定于左侧板11和右侧板12上，尾部飞锤

8、首部飞锤7位于左侧板和右侧板的两侧。工作的过程中，在旋转体2转速比较低，例如电机刚启动时，弧形摩擦片3产生的离心力比较下，不足以拉伸回位拉簧5而与外圈体1相接触；同时，由于首部飞锤7和尾部飞锤8产生的离心力较小，不足以摆脱永磁体4的吸附，两飞锤均不产生运动。这样，在电机刚启动或转速较小时，不会有动力输出，避免了电机启动时刻电流过大现象的发生。当旋转体2达到一定的转速时，首部飞锤7和尾部飞锤8产生的离心力足以摆脱永磁体4的吸附，进而通过首部偏心轴9和尾部偏心轴10的驱使弧形摩擦片3向外侧运动，使得弧形摩擦片3紧紧地挤压在外圈体1的内表面上，此状体的示意图如图4所示。此时，旋转体2的就会通过弧形摩擦片3带动外圈体1进行转动，而弧形摩擦片3与外圈体1之间处于相对静止状态。在旋转体2的转速不断降低时，离心力减少到一定程度，拉簧拉回位，飞锤被磁力吸住，弧形摩擦片3会由与外圈体1相接触变为相脱离状态，结束动力传递。

还有固定摩擦片的偏心轴在飞锤的作用下向外张、顶，并在旋转体旋转的过程中对摩擦片有一定向推力，进而在旋转体与外圈体相向滑行，使之更加张、顶，形成加塞状态，后随着作用力的加大达到同步的状态。

设与旋转体2相连接的电机的额定转速为n转/s，所有弧形摩擦片

3、首部飞锤7和尾部飞锤8的总质量为m，弧形摩擦片3所在圆的半径为r，弧形摩擦片3的角速度为ω；弧形摩擦片3与外圈体1之间的摩擦系数为μ。则所有弧形摩擦片3产生的离心力F的大小为：

F=4mrω2=mr(2nπ)2

弧形摩擦片3与外圈体1之间的摩擦力大小为：

f=μF=μmr(2nπ)2

在m=2kg、r=0.2m、n=800、μ=0.45的情形下，通过计算，f=3.0×106N，摩擦力f足以驱使动力装置进行做功，例如驱使电动汽车进行运动。

效益分析报告

一、经济效益分析

省成本 变速器、传动轴 省电

二、社会效益分析

1、符合我国建设节约型社会的方针2、3、4、5、符合我国建设创新型国家的要求 在生态环境保护方面起到示范性作用 开拓新的经济增长领域

提高我国电动乘用车领域的世界竞争水平

企业标准

科技查新报告

用户意见

证明

实验数据

电机静态监测技术的应用 篇3

【关键词】静态电路分析；直流电阻；绕组；故障诊断

0.引言

电机是现代工厂生产设备的主要动力装置，电机运转的可靠性决定着整个生产线能否正常运行。电机设备隐患不能及时发现或设备故障不能快速准确判断，将导致设备故障率提高，增加维修工作量和维修费用，延长设备维修工期，严重影响生产。因此，对生产流程关键电机进行状态监测，提早发现设备隐患，快速、准确判断电机故障，减少故障诊断和维修时间，是保障电机安全、连续、稳定运行的关键。

目前电机状态监测方法分为动态（在线）和静态（离线）两种，动态监测实施较为困难，监测工时冗长，并且测量结果不精确。静态监测方法简单便捷，能在短时间内准确测出电机技术状态和判断设备故障，大大提高电机技术状态监测和故障诊断的工作效率。

1.主要的静态监测方法及其特点

1.1兆欧表测量电机绝缘

本方法能有效的测量到电机的对地及相间绝缘，但是在测量相间绝缘时，需要拆接电机的引出线。但大功率电机引出线截面积较大，以某项目水泵280KW电机为例，电机引出线由六根240mm2截面积的电缆组成，测量该电机相间电阻时，仅拆、接电机引出线及电机的连接片就需要一个多小时，而且无法测量电机是否存在匝间短路，不能全面的反映电机优劣状态。

1.2万用表测量

通过万用表测量电机的三相绕组，分析所测数据是否平衡也是目前较常见的方法。在使用万用表测量电机绕组时，会经常出现测量阻值变化不停的情况，导致测量的精确度变差。原因是电机绕组的电阻虽然不大，但有大电感，当用万用表测量电阻时，自感电势阻碍电流的增长，万用表先工作在大（电阻）量程，随着自感电势逐渐减小，电流也的逐渐增长，万用表的读数也在减小，小到一定程度，万用表将自动换档，要把电流增大10倍，可是换档后，因自感电势限制电流不能立刻增大，万用表又将自动换档，返回大（电阻）量程。

1.3 电桥测量法

在拆除电机六个引出线后，可通过万用表等找出电机的三相绕组，然后用QJ44双臂电桥直接测量三相绕组的相电阻。电桥法可以精确的测量到电机的直流电阻，对测量结果进行分析，可以判定电机绕组绝缘的优劣状况。但本方法和兆欧表测量电机相间绝缘一样，需要拆、接电机的引出线及连接片，方法过于复杂。

1.4静态电流分析法

1.4.1静态电流分析法原理

1.4.2 静态电流分析法测量方法

2.静态监测技术的实际运用

以立式排泥泵电机为例，电机可以正常启动，但运行时电机出力不足，在运行大概2分钟后电机保护器过流保护动作跳停，运行电工采用兆欧表测试电机相间及对地，绝缘正常，因此认为是控制柜电机智能保护器故障，在更换了2个备用柜后，该问题仍旧存在。此时使用AT31电机故障检测仪测量，可知电机明显存在匝间短路。

3.结束语

电动汽车轮毂电机技术 篇4

资源和环境是当今社会和谐发展的永恒主题。电动汽车作为“绿色交通”的主要载体, 在资源与环境可持续发展中发挥着重要作用。

轮毂电机驱动技术是电动汽车的先进方式。这项技术早在20世纪50年代, 由美国人罗伯特发明。早在1900年, 保时捷就首先制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车, 在20世纪70年代, 这一技术在矿山运输车等领域得到应用。而对于乘用车所用的轮毂电机, 日系厂商对于此项技术研发开展较早, 目前处于领先地位, 包括通用、丰田在内的国际汽车巨头也都对该技术有所涉足。

目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术, 在2011年上海车展展出的麒麟X1增程电动车就采用了轮毂电机技术, (见图1) 。

(一) 简化了机械传动机构降低了车载自重

采用轮毂电机直接驱动车轮, 大大缩短了机械传动链, 可实现“零传动”方式, 使电动汽车的结构发生了脱胎换骨的变化, 对纯电动汽车来说, 不仅去掉了发动机、冷却水系统、排气消音系统和油箱等相应的辅助装置, 还省去了变速器万向传动部件及驱动桥等机械传动装置, 这不仅节省了大量的机械部件成本, 还减轻了汽车自重, 有利于提高整车的驱动效率, 对节能减噪都有益, (见图2)

(二) 有利于汽车结构布局

由于省去了大量机械装置, 腾出了许多有效空间便于汽车总体布局, 使所增加的蓄电池可按车辆动力学要求适当分散, 作为配重物按尽可能降低车辆质心高度等要求来进行结构布局, (参见图3)

(三) 提高了对车轮控制的动态响应

按控制理论来说, 整个控制系统中各个环节的动态响应时间常数, 是制约其控制性能好坏的重要因素。通常电气系统的响应速度比机械系统要高出1~2个数量级, 就驱动调速系统来说, 传统汽车需从控制节气门, 经发动机的爆燃过程, 到各个机械传动机构等众多环节传递后的响应时间, 与采用轮毂电机直接驱动车轮的动态响应速度相比, 其整体的快速响应指标要差数百甚至上千倍。从而即可较容易地实现传统高档轿车较难以实现的一些高性能控制功能, 如驱动防滑转控制ASR、车辆动态控制系统VDC、安全测距防撞控制系统、四轮电子差速转向控制系统, 若导入四轮转向技术 (4WS) 减小转弯半径, 还可实现零半径转弯。传动效率提高10% (理论值) , 同时提高了行驶于操纵稳定性、安全性。

(四) 有利于对制动能量的回收

采用轮毂电机驱动, 在汽车滑行、降速制动和下坡过程中实现电磁制动和发电, 其回收的电能比其他方式提高至少一倍多。

(五) 可实现多种复杂的驱动方式

由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性, 因此无论是前驱、后驱还是四驱或多驱形式, 他都可以比较轻松地实现, 全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向, 大大减小车辆的转弯半径, 在特殊情况下几乎可以实现原地转向 (不过此时对车辆转向机构和轮胎的磨损较大) , 对于特种车辆很有价值。

(六) 便于采用多种新能源汽车技术

新能源车型不少都采用电驱动, 因此轮毂电机驱动也就派上了大用场。无论是纯电动还是燃料电池电动车, 抑或是增程电动车, 都可以用轮毂电机作为主要驱动力;即便是对于混合动力车型, 也可以采用轮毂电机作为起步或者急加速时的助力, 可谓是一机多用。同时, 新能源车的很多技术, 比如制动能量回收 (即再生制动) 也可以很轻松地在轮毂电机驱动车型上得以实现, (参见图4) 。

二、电动汽车轮毂电机驱动技术的缺点

(一) 增大簧下质量和轮毂的转动惯量, 对车辆的操控有所影响

对于普通民用车辆来说, 常常用一些相对轻质的材料, 比如铝合金来制作悬挂的部件, 以减轻簧下质量, 提升悬挂的响应速度。可是轮毂电机恰好较大幅度地增大了簧下质量, 同时也增加了轮毂的转动惯量, 这对于车辆的操控性能是不利的。不过考虑到电动车型大多限于代步而非追求动力性能, 这一点尚不是最大缺陷。

(二) 电制动性能有限, 维持制动系统运行需要消耗不少电能

现在的传统动力商用车已经有不少装备了利用涡流制动原理 (也即电阻制动) 的辅助减速设备, 比如很多卡车所用的电动缓速器。而由于能源的关系, 电动车采用电制动也是首选, 不过对于轮毂电机驱动的车辆, 由于轮毂电机系统的电制动容量较小, 不能满足整车制动性能的要求, 都需要附加机械制动系统, 但是对于普通电动乘用车, 没有了传统内燃机带动的真空泵, 就需要电动真空泵来提供制动助力, 但也就意味着更大的能量消耗, 即便是再生制动能回收一些能量, 如果要确保制动系统的效能, 制动系统消耗的能量也是影响电动车续航里程的重要因素之一。此外, 轮毂电机工作的环境恶劣, 面临水、灰尘等多方面影响, 在密封方面也有较高要求, 同时在设计上也需要为轮毂电机单独考虑散热问题, (参见图7~10) 。

三、电动汽车轮毂机的结构类型

永磁风力发电机核心技术 篇5

发电机工作原理：和电动机一样在定子铁芯槽内放有A、B、C三相并且线圈匝数相等的线圈，在转子铁芯槽上也有线圈分N极和S极，当外面的直流电经电刷、滑环通入转子线圈后在转子线圈上会产生磁力线，这磁力线的方向从N极到S极，发电机转子被汽轮机转子带动以n1(3000转每分钟)速旋转时，相当于该转子磁力线也以n1的速度在旋转，这过程被定子线圈所切割在定子线圈中产生感应电动势（感应电压），发电机和外面线路上的负载连接后输出发电，这是基本的原理。

螺杆式单级压缩空压机工作原理：是由一对相互平行齿合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽与阳转子的齿被主电机驱动而旋转。

由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由於气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由於气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力

龙门吊电机故障的技术改进 篇6

【摘要】龙门吊主要用在室外。如货场、料场、零散物料的装卸作业。在港口、货运中心应用广泛。本文结合龙门吊在实际工作中及检修经验，对龙门吊在运行过程中电机常见故障进行分析。通过对电机系统进行了技改，提高了电机的可靠性，降低了故障率。

【关键词】龙门吊；故障；技术改进；方案

1、引言

龙门吊是实际上是桥式起重机的一种延伸。其金属主体结构呈门形，承载梁下有两条支腿，能够直接在地面轨道上行走。优点：高的场地利用率、大作业范围、良好的适应性、应用范围广等。

龙门吊可以搬运成件物品和散装物料，承载量通常在100吨位以下，跨度范围最小4米，最大范围可达39米。种类分吊钩型、抓斗型、电磁型等。

（1）依据门框结构形式分类：

（a）全门式起重机：主梁没有向外悬伸，小车在主跨度内进行。

（b）半门式起重机：支腿有高低差别，从使用场地的要求来确定。

（c）双悬臂门式起重机：最常见的一种，其受力状况和场地的利用率都比较好。

（d）单悬臂门式起重机：当场地受到限制时，可采用此种门式起重机。

（2）按主梁结构形式分类

（a）单主梁门式起重机

单主梁悬臂门式起重机自重小，安装简便，结构小灵活，主梁通常是偏轨箱形架结构。整体刚度较弱。适用范围：起重量Q≤50t、跨度S≤35m。此类起重机的门腿分为：L型和C型两种形式。L型优点：安装简便，受力好，自重小。缺点：货物通过的空间相对小。C型的支脚做成倾斜或弯曲形，有较大的横向空间，有利于货物通行。

（b）双梁桥式起重机

双梁桥式起重机特点：承载力强，跨度大、稳定性能好，种类多，自重较大，造价也较高。按照主梁结构形式，分为箱形梁、桁架两种。通常箱型结构使用较多。

2、电机产生故障的发生因素

随着运输业的发展，龙门吊的使用范围在不断扩大。龙门吊的使用频率在持续上升。龙门吊的超负荷运转导致电机损坏的现象频现。龙门吊的绕线式电机出现故障后，故障损坏点不易找，直接影响到货物的装卸进度。经研究分析，电机故障通常由两方面引起，即：电机自身故障和电器控制回路故障。为满足生产需求，提高电机的可靠性尤为重要。

在电机的应用模式中，要对电机的应用模块进行优化。对于抓斗性龙门吊在工作中，先进行开闭电机的驱动，将物料抓进料斗内。后操作提升电机。在提升作业中，开闭电机和提升电机需要做到有效的协调。在实际工作中，开闭电机完成抓物料动作后，会出现一个延时效应，对开闭电机造成了不合理加载运行。针对这一情况，采取应对措施：如进行轻型抓斗模式应用，按照抓斗自重和物料重量，进行符合生产的设计，通常按照超过格丁载荷的12%至20%，但雨季来临，可能造成物料含水量加大，出现设备超载现象，影响设备的使用寿命。进行电力平衡测试工作有着积极意义，需要进行抓斗提升及开闭化解超载状况进行合理控制。

在工作模式中，对开闭电机型号进行选择，需要对负载环节进行控制，做好实际数据的收集和统计。对抓斗的频率、闭合时间进行优化。根据工作需要，对负载持续率控制。实践证明，该模式不适合连续作业，需要对电机的型号进行选择，以满足生产需要。

在工作进程中，为增大提升电机的绝缘值，做好一定的预防性工作。通常电机的绝缘值降低，多是潮湿环境（如水分进入）所致，以致于绝缘值的下降，承载力的下降，对过流提升存在隐患，应对措施：进行风路堵塞电机的工作模块。若电机风扇故障，导致电机温升过快，影响工作效率。要进行测定电压的控制，保持电压恒定。

3、电机故障技术改进模块的优化

Y型系列电机效率高，优越的启动性能和防护性能，运行平稳可靠，寿命长等优点，适合龙门吊作业，具有一定的承受过载性能。经过比较，选用YZR250-M2 28kw电机作为提升、开闭电机。效率比原电机JZR2-52-8 30kw电机提高1.14倍，启动转矩较原电机提高65%，过载能力显著提升。

为了优化电机工作性能，对电机进行防潮工作，避免电机受潮导致电机绝缘值下降。在工作中，对进行电机认真检查，避免电机绕组匝间的短路，以避免电机烧毁事故。保障电机故障可控性。确保电机工作的连续性。如电机风扇发生故障，立即更换，保证电机散热良好，温升平稳。

消除多个电机组同时作业，以解决电压的过多下降，如两台龙门吊进行作业时，电压下降10%左右，超出允许范围5%。通过改造电气配线盘，制止错误操作和电气动作顺序。其电气控制回路，主要起保护、控制电机作用。是控制大车、小车、抓斗等电机启动运行、制动、保护系统。

对抓斗开闭、提升电气控制盘进行技改。改造前电气控制盘原理是：当凸轮控制器推至零位，零位接触器LYJ的常开触点闭合，对应触头来电，在0.5秒内两台JZR2-52-8电机类似于进行了一次全压启动，全压启动电流相当大，通常为额定电流的6倍左右，倘若启动频繁将会造成电机温升过快，甚至烧毁电机。而且，端部电动力的作用下，电机绕组可能产生变形，甚至短路，烧毁电机。为此，对电气盘进行必要的改造是非常重要的。改造后效果：当凸轮控制器闭合时，仅仅直流继电器1LSJ-9LSJ通电，其余无电，只有当1ZC、1FC或2ZC、2FC通电后，其常开触点闭合，1-6JSC才能有电启动，排除了全压启动，很大程度上降低了启动电流。

操作顺序的调整，反接制動状态下，热能和大电流在绕组中散发出来，容易使得电机损坏，通常，禁止反接制动。为此，对动作顺序进行了调整改造。改造如下：当2FC通电达到闭合状态时，电机驱动抓斗开启，当凸轮控制器打开反转时2ZC不会立即通电，2FC失电，9LSJ失电，当9LSJ常闭触头延时闭合后，2ZC才能闭合得电，避免了反接制动时造成的大电流冲击。

综上所述：经过对龙门吊进行技改操作后，龙门吊的电机烧毁问题得到了根治，确保龙门吊的设备可靠性、减少了设备的故障率，提高了龙门吊的工作效率。降低了设备维护的成本。对提高企业效益起到积极的作用。

参考文献

[1]许婴，许欣.工厂电气控制设备[M].机械工业出版社，2009年8月

[2]陈世元，黄士鹏.交流电机的绕组理论[M].北京市：中国电力出版社，2007

永磁电机优化设计技术综述 篇7

在一定的约束条件下,调整参数或结构等因素,使电机部分指标得到改善的方法称为电机优化设计。永磁电机定子结构和交流异步电机基本一致,而转子形式多种多样,另外考虑到永久磁体的特殊性,常规设计方法常常不能取得满意的效果,必须拓展新的优化方法。

1传统优化方法

针对某一特定指标而进行的优化常常表现为最值问题,但是当各变量间相互影响或优化变量以及约束较多时,通过逐个分析各参数与目标性能间的关系难以找到最优点,而必须依靠优化算法。

传统优化方法的理论基础是古典极值理论和传统随机算法,包括以下几大类:

1.1解析法和数值法

如果问题可以用显式表达,并且能够求导数,那么微分法就可以解决其中的无约束优化问题,而拉格朗日乘子法和库恩—图克定理可以解决有约束优化问题。这些方法都需要计算目标函数的导数,但由于电机优化问题常常难以用显式表达,更不要说求导数,所以这类方法难以直接用于电机优化问题。

1.2直接搜索法

这类方法通过迭代直接计算函数值寻优,不要求显式表达,更不要求可导,因而在电机优化领域应用广泛,如0.618法、分数法、插值法、步长加速法(Hooke-Jeeves法)、鲍威尔法等。其中,前三种方法是一维优化方法,其余的均为多维优化方法。

1.3有约束优化问题求解方法

这一类方法有两种,第一种构造一个罚函数,当约束条件不满足时该函数受到制约,条件满足时该函数不受约束,从而将有约束优化问题化为序列无约束问题,包括序列无约束极小化法(SUMT)、序贯加权因子法(SWIFT)等;第二种是把目标函数或约束函数加以线性近似,再应用线性规划方法去逼近最优解。

2新型优化方法

和传统优化方法不同,近年来人们通过对物理、自然或社会现象的模拟,提出了一些新型优化方法,在此作简要介绍。

2.1模拟退火算法

Simulated Annealing,简称SA,它模拟了固体退火过程,由S.Kirkpatrick于1983年提出。其原理是,在某一初温下,随着温度的降低,遵循概率突跳特性在空间寻找目标函数最优解,因而能概率性地脱离局部最优解,其局部搜索能力很强[1]。但这种方法对搜索空间整体的了解不够,阻碍了对全局最优点的搜索,严重影响了优化效率的提高。

2.2禁忌搜索算法

Tabu Search,简称Tabu,由F.Glover等人于1986年提出。这种方法能记录优化过程中已经搜索过的区域,从而最大限度避免了无效探索,既保证了搜索的多样性,又提高了后续优化过程的针对性。但其不足是优化速度有待提高,而且判据方面也不够成熟[2]。

2.3差异进化算法

Differential Evolution,简称DE,由加州大学的Rain Storn于1994年提出[3]。这种方法源于遗传算法,但不需要进行解码、编码,直接进行产生种群、变异、交叉与选择操作,其核心是将待优化的解向量当做进化的基本个体,随机产生解个体组成群体,再通过施加加权差异产生新个体和群体。这种算法对初始值无要求,具有并行运算特性,速度快、适应性强,但存在早熟问题。

2.4免疫算法

Immune Algorithm,简称IA,亲和度高的抗体容易被选择,亲和度低的抗体则被淘汰,优质抗体通过变异产生新抗体,实现局部搜索。通过克隆抑制亲和度低的抗体,保留亲和度高的变异抗体,通过在抗体群中加入随机抗体实现更新。这种方法具有所需函数信息少,全局性和鲁棒性好的优点,但也存在收敛速度不高和未成熟收敛现象[4]。

2.5粒子群算法

Particle Swarm Optimization,简称PSO,源于对鸟群捕食行为的模拟。基本思想是在搜索空间内确定一群具有一定速度和位置的初始粒子,粒子的位置对应于潜在的解,将其代入适应度函数计算适应度值从而评价粒子的优劣。这种方法对初始值的依赖较大,容易遇到早熟和收敛性差的问题[5]。

2.6人工神经网络算法

Artificial Neural Network,简称ANN,基于对大脑信息处理机制的模拟而来。其基本思想是输入学习样本,通过学习信号的正向传播得到期望和实际输出的误差,再用反向传播根据误差的大小对网络的权值和阈值进行调整,进行反复调整和训练实现优化。这种方法具有很强的非线性拟合能力,以及自学习、联想存储等优点,但也有学习速度慢、网络训练失败可能性大以及容易陷入局部极小点等不足[6]。

2.7专家系统

Expert System,简称ES,本质上是植入了人类在某一领域专门知识的智能化计算机程序,以专家的经验和知识为依据引导优化过程。其核心包括三个部分,即知识库、推理机、用户接口。专家系统具有知识与处理相分离的统一结构,便于处理不完整、不确定的知识,易于实现系统框架的复用,但规则之间的关系不透明,当规则较多时搜索效率很低,同时也不具备学习能力[6]。

2.8遗传算法

Genetic Algorithm,简称GA,20世纪70年代由Holland提出。过程如下:首先是编码,将问题空间映射到编码空间,然后通过复制、交叉、变异等操作模拟进化过程,搜索空间得到最优解,最后将最优解逆映射到原空间。这种方法具有自适应、随机和并行的特点,因而全局搜索能力强、速度快,但优化后期局部搜索能力不足[7]。

2.9田口方法

Taguchi,是田口玄一于20世纪50年代初创立的一种质量管理技术,但由于其有效和简便的特点,在工程与实验等领域也得到了广泛应用。其从组合数学理论中的正交拉丁方发展而来,待考察变量的取值称为水平,而变量称为因素,它只需要一个部分因子矩阵,就可以在各个水平对任一因子进行比较,从而大幅降低实验次数。图1中有3个待优化的变量,每个变量如果有3个可能值,遍历法需要探索33=27种可能的方案,而田口法使用的正交表是L9(33)=9,工作量大大降低。显然,随着因素和水平的增多这种差距还会急剧增大[8]。

2.10模式搜索

Pattern Search,简称PS,Hooke和Jeeves于1961年提出[9],是直接法的一种。这种方法在参考点周围寻找更优点,并以此点为基点,新的搜索沿参考点到基点方向,称此方向为“模式”,模式移动沿着基点向新的参考点进行。交替进行模式移动与探测搜索从而逼近最优点,如图2所示。模式搜索算法不要求导数,简单直观,易于用计算机程序实现,但速度比较慢。

3优化算例

原型电机是某110st-m02020型永磁电机,转子和定子均为DW465_50硅钢片,面装式转子,N35SH永磁体,定子为星形绕组。将永磁电机定转子内外径、极对数、槽数等固定,优化变量确定为磁极厚度thk、气隙长度t、磁极偏心距offset、极弧系数emb、齿槽宽bs0五个,其测量结果如表1所示。根据以上参数在Ansoft Maxwell 15软件中进行参数化建模,如图3所示。

直接采用模式搜索法优化,经过77次迭代计算完成优化;以相同的起始点采用遗传算法优化,经过118次迭代计算完成优化;采用Taguchi方法进行优化,经过5轮试验(相当于61次迭代计算)完成优化。

然后采用两种新型混合优化方法试验:

(1)先采用田口法,当优化效率降低比较明显后,以田口法选定的优化点为初始点改用模式搜索法继续优化,简称为Taguchi-PS方法。

(2)先采用遗传算法,当优化效率降低比较明显后,以遗传算法选定的优化点为初始点改用模式搜索法继续优化,简称为GS-PS方法。

本文在选择最优点时,对畸变率和基波幅值进行综合考虑,即首先应保证气隙磁场基波幅值不小于0.75 T,在此基础上畸变率越小越好。

原型电机和优化结果如表1和图4所示,可见:

(1)田口、遗传和模式搜索这三种单一算法均能有效进行优化。其中Taguchi方法效果最好;遗传算法和模式搜索法的结果比较接近,前者在优化后期容易发生跳变,后者结果受起始点影响较大。

(2)Taguchi-PS和GA-PS两种复合算法结果比较接近,较Taguchi方法结果有一定改善,进一步向全局最优点逼近,在精度一定的前提下降低了计算量。

4结语

对于永磁电机的优化来说,从一个较合理的原型电机出发,以上各种算法均能有效进行优化。PS优化和GA优化的结果比较接近,但模式搜索法对起始点较为敏感,容易收敛于局部最优点;遗传算法在优化的后期容易发生跳变,优化效率较低;Taguchi和遗传算法相似,逼近全局最优点的精确性不够;新型的Taguchi-PS和GA-PS两种混合算法较好地结合了两种算法的优势,能够进一步提高优化质量,避免了优化后期大量低效率的迭代计算。因此,根据需要将不同的方法合理结合起来,有可能创造出效果更好的新型算法。

摘要：在分析电机优化设计技术文献的基础上,对永磁电机优化设计方法进行了介绍与归纳。用一个算例介绍了田口算法、遗传算法、模式搜索及两种新型复合方法在永磁电机优化中的应用。最后总结了永磁电机优化设计技术当前存在的问题与未来的发展趋势。

关键词：永磁电机,设计,优化算法,数值方法

参考文献

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[4]田银,谢延敏,孙新强,等.基于人工免疫算法和RBF神经网络的板料成形变压边力优化[J].机床与液压,2015,43(7):5-9,27.

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[7]Sadeghi M H,Darabi A.Optimization of a new type of hysteresis motor using genetic algorithm[C]//Environment and Electrical Engineering(EEEIC),20109th International Conference on:479-482.

[8]Srikomkham P,Ruangsinchaiwanich S.Optimal rotor design of a PSC motor using Taguchi method and FEM[C]//Electrical Machines and Systems(ICEMS),2010International Conference on:1341-1346.

电机故障检测技术初探 篇8

电机是机械设备的动力,在机械设备中占据重要的地位。因而加强电机检测是相当必要的。

电机主要有转子、定子两大部分组成电机的主要故障一般产生在轴承上,转子上和线圈上。

a.电机轴承故障:电机轴承检测是电机检测很重要的一部分,大部分的电机故障都是因为轴承出现故障而造成的。造成轴承故障的原因主要有轴承的磨损,保持架、滚珠。的断裂、剥落。故障的直接现象表现为振动值增大。轴承故障一般通过简易振动诊断可以判断。b.转子故障:转子的故障产生的原因二般是因为转子失衡、轴弯曲和不对中等现象造成,故障的直接现象一般表现为电机扫膛。检测它的故障需要精密诊断中的谱图分析,在它的转频上有一个最大的能量分布。c.线圈故障:一般的线圈故障为线圈匝间短路或断路,电机区间短路故障直接现象表现为电机启动困难或电机发热。用测温仪可以判断出短路的一相。现在有一些仪器生产广家生产出专用于交流电机故障诊断的仪器和专家诊断系统,对电机检测很方便,只是造价太高。

2 电机故障判断及维修的一般技术措施

电动机运行或故障时,可通过看、听、闻、摸四种方法来及时预防和排除故障,保证电动机的安全运行。

2.1看

观察电动机运行过程中有无异常,其主要表现为以下几种情况。

2.1.1定子绕组短路时,可能会看到电动机冒烟。2.1.2电动机严重过载或缺相运行时,转速会变慢且有较沉重的“嗡嗡”声。2.1.3电动机正常运行,但突然停止时,会看到接线松脱处冒火花;保险丝熔断或某部件被卡住等现象。2.1.4若电动机剧烈振动,则可能是传动装置被卡住或电动机固定不良、底脚螺栓松动等。2.1.5若电动机内接触点和连接处有变色、烧痕和烟迹等,则说明可能有局部过热、导体连接处接触不良或绕组烧毁等。

2.2听

电动机正常运行时应发出均匀且较轻的“嗡嗡”声,无杂音和特别的声音。若发出噪声太大,包括电磁噪声、轴承杂音、通风噪声、机械摩擦声等,均可能是故障先兆或故障现象。

2.2.1对于电磁噪声,如果电动机发出忽高忽低且沉重的声音,则原因可能有以下几种。2.2.1.1定子与转子间气隙不均匀,此时声音忽高忽低且高低音间隔时间不变,这是轴承磨损从而使定子与转子不同心所致。2.2.1.2三相电流不平衡。这是三相绕组存在误接地、短路或接触不良等原因,若声音很沉闷则说明电动机严重过载或缺相运行。2.2.1.3铁芯松动。电动机在运行中因振动而使铁芯固定螺栓松动造成铁芯硅钢片松动,发出噪声。2.2.2对于轴承杂音,应在电动机运行中经常监听。监听方法是:将螺丝刀一端顶住轴承安装部位,另一端贴近耳朵,便可听到轴承运转声。若轴承运转正常,其声音为连续而细小的“沙沙”声,不会有忽高忽低的变化及金属摩擦声。若出现以下几种声音则为不正常现象。2.2.2.1轴承运转时有“吱吱”声,这是金属摩擦声,一般为轴承缺油所致,应拆开轴承加注适量润滑脂。2.2.2.2若出现“唧哩”声,这是滚珠转动时发出的声音,一般为润滑脂干涸或缺油引起,可加注适量油脂。2.2.2.3若出现“喀喀”声或“嘎吱”声,则为轴承内滚珠不规则运动而产生的声音,这是轴承内滚珠损坏或电动机长期不用,润滑脂干涸所致。2.2.3若传动机构和被传动机构发出连续而非忽高忽低的声音,可分以下几种情况处理。2.2.3.1周期性“啪啪”声,为皮带接头不平滑引起。2.2.3.2周期性“咚咚”声,为联轴器或皮带轮与轴间松动以及键或键槽磨损引起。2.2.3.3不均匀的碰撞声,为风叶碰撞风扇罩引起。

2.3闻

通过闻电动机的气味也能判断及预防故障。若发现有特殊的油漆味,说明电动机内部温度过高;若发现有很重的糊味或焦臭味,则可能是绝缘层被击穿或绕组已烧毁。

2.4摸

摸电动机一些部位的温度也可判断故障原因。为确保安全,用手摸时应用手背去碰触电动机外壳、轴承周围部分,若发现温度异常,其原因可能有以下几种。

2.4.1通风不良。如风扇脱落、通风道堵塞等。2.4.2过载。致使电流过大而使定子绕组过热。2.4.3定子绕组匝间短路或三相电流不平衡。

3 电机电气连接故障的检测技术

3.1 两种比较好的故障诊断方法

3.1.1 用红外测温仪测试电气连接点的温度温度是设备故障诊断中的一个非常重要的因素,电气连接不好,往往造成连接点发热,通过温度变化可以判断连接点故障,使用红外测温仪可以快速提供温度测量,安全、准确且不用停机。3.1.2回路电阻测试仪测量电气连接点的接触电阻回路电阻测试仪使用220V交流电源,内部由测量数字电压表和可调恒流源两部分组成。它能针对具体的接触点,通以100A的大电流,由数字表直接读取接触电阻值。可以清楚直观地反映出连接是否接触良好。

3.2 小结

综上所述,以上两种新方法能直观、全面、准确地检测出电机电气连接点处的接触不良,及时地排出事故隐患。在大中型直流电机中连接点众多,尤其是铜和铝之间的电气连接点容易接触不良,以前是出故障后,必须停机检修,现改为新方法检测可不停机进行。实践证明,新方法使用后,效果良好,既护电机,又为生产赢得了大量的时间。

4 电机振动异常的识别与诊断

三相交流电机定子异常产生的电磁振动,三相交流电机在正常运转时,机座上受到一个频率为电网频率2倍的旋转力波的作用,而可能产生振动,振动大小与旋转力波的大小和机座的刚度直接有关。

4.1 定子电磁振动异常的原因:a.定子三相磁场不对称,如电网三相电压不平衡。因接触不良和断线造成单相运行,定子绕组三相不对称等原因,都会造成定子磁场不对称,而产生异常振动;b.定子铁心和定子线圈松动将使定子电磁振动和电磁噪声加大;c.电磁底脚线条松动,相当于机座刚度降低使定子振动增加。

4.2 气隙静态偏心引起的电磁力电机定子中心与转子轴心不重合时,定、转子之间气隙将会出现偏心现象,偏心固定在一个位置上,在一般情况下,气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10%是允许的,过大的偏心值产生很大的单边磁拉力。气隙静态偏心产生的原因:a.电磁振动频率是电源频率的2倍F=2f;b.振动随偏心值的增大在增加,随负载增大而增加;d.断电后电磁振动消失。

4.3 气隙动态偏心引起电磁振动偏心的位置对定子是不固定的,对转子是固定的,因此偏心的位置随转子而转动。气隙动态偏心产生的原因:a.转子的转轴弯曲;b.转子铁心与转轴或轴承不同心;c.转子铁心不圆。

4.4 转子绕组故障引起的电磁振动。笼形电机笼条断裂,绕组异步电机由于转子回路电气不平衡都将产生不平衡电磁力。转子绕组故障产生的原因:a.笼条铸造质量不良,产生断条和高阻;b.笼形转子因频繁起动,电机负载大产生断条或高阻;c.同步电动机磁绕组匝间短路。

4.5 转子不平衡产生的机械振动;转子不平衡的原因:a.电机转子质量分布不均匀,产生重心位移,与转子中心不同心;b.转子零部件脱落和移位,绝缘收缩造成绕组移位、松动;c.联轴器不平衡,冷却风扇不平衡,皮带轮不平衡;d.冷却风扇与转子表面不均匀积垢。

4.6 滑动轴承由于油膜涡动产生振动。产生的原因:在轴承比负载较小,轴颈线速度叫高,特别是大型告诉的柔性转子电机中易发生,轴承经过长期运行,间隙变大,或润滑油粘度大,油温低,轴承负载轻等互相造成油膜加厚,轴承油膜动压不稳定而产生振动。

4.7 加工和装配不良产生振动。产生的原因:与轴承内孔配合的轴颈和轴肩加工不良或由于轴弯曲等原因,使轴承内圈装配后,其中心线与轴中心线不重合,轴承每转一周,轴承受一次交变的轴向力作用,使轴承产生振动。

参考文献

[1]陈小龙.电机故障判断及维修.

[2]钟秉林,黄仁.机械故障诊断学[M].北京:机械工业出版社,2002.

稀土永磁电机技术及应用探讨 篇9

近年来, 为了降低油田开发中的耗电大户—抽油机的电能损耗, 油田公司开始在抽油机上推广使用稀土永磁电机, 鄯善采油厂从2003年开始逐步在个别抽油机上试用稀土永磁电机, 经过使用后发现, 稀土永磁电机节能效果非常显著, 是一种非常好的抽油机节能电机, 完全可以广泛应用为抽油机的驱动电机, 以替代目前大量使用的三相异步电机。

一、抽油机机械采油节能的必要性

由于三相异步电机的转矩与定子电压的平方成正比, 起动时很大的起动电流在较长的配电线路上产生较大的电压降, 从而限制了电动机起动转矩的上升, 给抽油机起动造成困难, 这也就是有些配电线路较长的油井抽油机起动困难的主要原因。如果通过提高电动机装机功率的办法来增加起动能力, 由于功率较大的电动机的起动电流更大, 起动时的电压降更大, 这样就导致了电动机起动转矩增加并不多, 甚至更加不利于起动。因此, 各种异步节能电动机只能起到一定的治标作用, 不可能从根本上解决抽油机驱动电机的“大马拉小车”问题, 这是由异步电动机的机理决定的。

目前机械采油所用抽油机的配套三相异步电动机明显存在“大马拉小车”的问题。电机自身损耗很大, 功率因数很低, 这造成了电能的极大浪费。因此, 开展抽油机机械采油系统的节能工作势在必行。

二、稀土永磁电机节能的基本原理

电动机是以磁场为媒体进行机电能量转换的一种机电产品。根据电机学原理, 异步电动机的转速不可能等于气隙内旋转磁场的同步转速, 这是因为在转子绕组内要产生感应电动势和感应电流, 才能产生电磁转矩, 这是基本条件, 因此异步电动机又称感应电动机。为了使转子绕组上有电流流过, 除感生方式外, 也可以采用传导方式, 这是同步电动机内转子电流的产生方法。

为了建立机电能量转换所需的气隙磁场, 电动机磁路需有一定的磁势源来进行励磁, 因此电动机分为两种类型:一种是电励磁式, 即靠外接电源供给能量进行励磁, 如直流电动机、交流励磁电动机和一般的同步电动机;另一种是永磁式, 即利用永磁材料的固有特性, 经预先磁化 (冲磁) 后, 不再需要外加能量就能建立永久磁场, 这就是永磁电动机。

稀土永磁电机是一种同步电动机, 但不需要普通同步电动机的励磁绕组和集电环, 结构上酷似异步电动机那样简单, 在系统上也不象普通同步电动机那样需要励磁调节系统。它具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、功率因数高、运行稳定、维护简单、性能优良等一系列特点, 集中了异步电动机和同步电动机的优点, 而又克服了两者的缺点。它可以代替异步电动机和同步电动机用在任何场合, 如用在交流变频调速系统中, 将比异步电动机调速系统的性能更加优良。

永久磁铁在经过外界磁场的预先磁化以后, 在没有外界磁场的作用下仍能保持很强的磁性, 并且具有N、S两极性和建立外磁场的能力。因此, 可以用来取代发电机或电动机的电励磁。这种采用永久磁铁作为励磁的电机, 称为永磁电机。

概括起来可总结为三点:

1. 不需励磁电源, 转子使用了永磁材料;

2. 没有励磁绕组, 降低了电机自身的损耗;

3. 功率因数高, 可以节约大量无功补偿容量。

三、TNYC系列抽油机专用稀土永磁电机简介

1. TNYC系列抽油机专用稀土永磁电机的特点

TNYC系列抽油机用三相永磁同步电动机是以Y系列电动机为基础, 其转子镶嵌稀土永磁材料--钕铁硼而制成的新型抽油机用节能驱动装置。它除保留了原来异步电动机结构简单、使用方便、经久耐用等全部优点外, 还具有功率因数和效率高且曲线平坦、起动转矩大、过载能力强等一系列优点, 非常适合于抽油机的特殊运行工况。使用该产品可以使抽油机的装机功率降低一个等级, 彻底解决抽油机驱动电机的"大马拉小车问题"。其外形和安装尺寸则与Y和Y2系列电动机完全一致, 现场换用非常方便, 如与新抽油机配套使用则效果更佳。与普通Y系列异步电机相比, 抽油机专用永磁同步电动机具有如下特点:

(1) 运行效率高

永磁同步电机为同步工作方式, 转子转速与定子旋转磁场完全同步, 与异步电机相比, 无转差损耗;与普通同步电机相比, 转子不需外加励磁电源, 消除了励磁损耗。因此, 永磁同步电机的额定效率可达到94%以上, 高于普通异步电机约4个百分点。更为重要的是, 通过优化设计, 抽油机专用永磁同步电动机轻载时在一定范围内的效率还高于额定值, 最高可达96%左右, 且此最高效率区恰好位于电机的平均负载率所在的区域, 使得高效区得到了展宽, 大大提高了整个冲程内的平均运行效率。而轻载时异步电机的效率已远低于其额定值, 两者在整个负载变化范围内的平均效率差值高达10%以上, 且由于抽油机大部分时间是工作于轻载状态, 因此, 平均有功节电率还可高于此值, 使节电效果更加理想。

(2) 运行功率因数高

同步电动机功率因数的大小由其转子励磁电流来决定, 永磁电机的功率因数则通过其转子永磁体磁场的强弱来决定, 因此可获得任意高的功率因数。经过优化设计, 抽油机专用永磁同步电动机的额定功率因数设计在0.98左右, 且在轻载时还高于额定值, 甚至在一定范围内还可起到补偿电容器的作用, 从而保证整个冲程内的自然平均运行功率因数在0.9以上。由于异步驱动电机的平均运行功率因数在0.4左右, 因此无功节电效果相当显著。

(3) 起动力矩大、起动电流小、过载能力强, 装机功率降低

永磁同步电动机采用异步起动方式, 可以直接起动。为了从根本上解决抽油机驱动电动机的“大马拉小车”问题, 抽油机专用永磁同步电动机的起动力矩和过载能力均提高1个机座号, 最大起动转矩倍数达到3.6倍, 既大大降低了电机的装机功率, 又有效降低了电机的运行损耗, 提高了节电效果。通过改进设计, 在保证起动力矩不降低的前提下, 起动电流得到明显降低。

(4) 是DSM (电力需求侧管理) 技术强有力的技术保障

TNYC系列抽油机专用高效永磁同步电动机应用后, 平均运行电流下降50%以上, 可使6/10KV配电线路上的损耗降低50%以上 (线损与电流的平方成正比) , 极大地降低了配电网和配电变压器上的运行损耗, 为DSM技术提供强有力的技术支持。

(5) 节省补偿电容器

TNYC系列抽油机专用高效永磁同步电动机应用后, 由于自然功率因数可达0.9以上, 完全可以省掉补偿电容器, 进而减少补偿设备的投资和维护费用。由于补偿电容器本身的质量问题等原因, 在户外使用极易衰减老化, 维护工作量很大, 很难起到应有的补偿效果。特别是由于是静态补偿, 补偿后的功率因数在0.7以下, 难以满足要求。

(6) 挖掘电网潜在容量

TNYC系列抽油机专用高效永磁电机应用后, 电机的视在功率降低了50%以上。也就是说, 有一半左右的电网容量被重新开发出来了, 相当于电网的供电能力提高了1倍, 或者说相当于新建了1个变电所。这部分容量可以用来为加密井等新的产能建设项目供电, 减少变电所的建设费用, 极大提高电网的利用率, 充分挖掘电网的潜在容量。

(7) 更换容易、维护方便

TNYC系列抽油机专用高效永磁同步电动机选用时至少可比普通异步电动机降低一个机座号, 现场更换方法与原异步电机相同, 非常容易。其维护要求也与普通异步电机相同, 非常方便。该系列电机的磁钢温度可达150℃, 每台电机出厂时都进行严格的质量检验, 而且具有较完善的售后服务措施, 完全可以满足用户的要求。

四、稀土永磁电机技术发展趋势

1. 向高效节能方向发展

高效是指满载时效率高, 节能是指综合节能效果。如效率相同, 但使用对象不同, 节电效果也不同。一般的稀土永磁同步电机, 平均节电率高达10%, 某些专用稀土永磁同步电机, 如油田抽油机用电机, 节电率高达15%~20%。

电机节能是一项系统工程, 应该从各个方面寻求降低电能消耗的方法。系统输入功率包括配电电源、电动机的控制、电动机本身、电动机与负载的连接以及最终被驱动的负载匹配。例如, 根据国家统计局1989年统计, 全国各类泵类、风机约有3700多万台, 总配套装机容量1.1亿KW, 每年耗电量占全国用电量的1/3。国际先进水平是:风机、水泵本身运行效率一般在85%以上, 系统运行效率是80%左右。而目前我国国产设备的本体设计效率为75%, 系统运行效率不到30%, 电源浪费十分严重。这种状况目前并未改变。

欧美等工业发达国家, 提高电动机效率重点放在异步电动机上, 英国三相异步电动机的用电量占电动机总用电量的86%。美国和欧盟在37k W以下的电动机台数占总装机台数的95%, 所以把节能重点放在异步电动机上是理所当然的。

根据我国国情, 高性能的稀土永磁材料已实现产业化, 钕铁硼的产量现已居世界第一位, 钕铁硼的价格也趋向合理。计算结果统计资料表明, 中小型永磁同步电动机的效率可提高5%, 节电率10%, 某些专用永磁同步电机节电达15%~20%。所以发展永磁同步电动机是新世纪电机工业技术发展趋势之一。

2. 向机电一体化方向发展

要提升传统机电产品的水平, 必须紧紧抓住机电一体化这个环节。实现机电一体化的基础, 是发展各种机电一体化需用的各种高性能稀土永磁电机, 如数控机床用伺服电机, 计算机用VCM音圈电机。一台60把刀加工中心, 要配备30台伺服电机。变频调速稀土永磁同步电机和无刷直流电机是机电一体化的基础。

3. 向高性能方向发展

现代化装备向电机工业提出各种各样的高性能要求, 如军事装备要求提供给各种高性能信号电机, 移动电站, 自动化装备用伺服系统及电机, 航空航天用高性能、高可靠性永磁电机, 化纤设备用高调速精度变频调速同步电动机, 数控机床、加工中心、机器人用高调速比稀土永磁伺服电机, 计算机用高精度摆动电机及主轴电机等等。

4. 向专用电机方向发展

电机所驱动的负载千变万化, 如全部采用通用型电动机, 在某些情况下, 技术经济很不合理。因此国外大力发展专用电机, 专用电机约占总产量的80%, 通用电机占20%。而我国恰恰相反, 专用电机只占20%, 通用型电机占80%。专用电机是根据不同负载特性专门没计的, 如油田用抽油机专用稀土永磁电机, 节电率高达20%。这方面的节能潜力很大。电机工作者不仅要研究电机本身, 更应当研究所驱动负载的特性, 设计出性能先进、运行可靠、价格合理的稀土永磁电机产品。

5、向轻型化方向发展

航空航天产品, 电动车辆、数控机床、计算机、视听产品、医疗器械、便携式光机电一体化产品等, 都对电机提出体积小、重量轻的严格要求。有些还对产品形状提出要求, 如信息产品提出扁平化, 世界上最小的电机已达到Φ0.8mm、102mm, 用于医疗检测。

五、促进稀土永磁电机推广应用的建议

1. 自上而下要高度重视电机节能工作

自十一届三中全会以后, 国家开始重视节能工作, 明确提出:“开发与节能并重, 把节能放在首位”的能源方针。这一方针, 对开展、推动电机节能工作指明了方向。对我们油田而言, 各级领导、各级主管部门、各级管理人员都应该不断提高认识, 高度重视电机节能工作的有效开展。为此, 应当大力开展节能宣传教育活动, 增强企业全民节能意识, 特别是各级主管部门应把电机节能工作列入日常工作日程, 采取主管部门干预的办法, 淘汰耗能大的落后电机产品, 逐步推广新型节能电机。

2. 大力开展节能电机效果评价工作

目前存在的低效电机不能淘汰, 高效电机无法推广这一情况, 是和没能很好地开展节能电机的效果评价工作有关的。

因此, 为了能够大力推广节能电机新产品, 各级主管部门应有针对性地、很好地开展节能电机效果评价工作。

3. 电机选用时应和电机厂家密切联系, 合理选型。

使用单位在选电机时往往容量过大, 大马拉小车情况严重。电机负载率低, 不仅在价格上多投资, 而且能源浪费严重。负载率低的原因, 除选配人员思想保守外, 认为选配容量大一点的电机, 使用起来安全可靠。此外也有实际问题, 如电机的连接尺寸, 所传动机械的起动转矩、峰值功率大、机械产品在运转过程中负载有变化等, 如油田抽油机起动时需要较大的功率, 正常运转时, 功率就降低了。这样就需电机设计者与电机使用者密切结合, 研究设计起动转矩倍数高的产品。从而在选用电机时就可以减小配套电机容量, 这样既能减少投资, 又能节约能源。

电机软启动技术分析与探讨 篇10

关键词：电机,软启动,节能

1 前言

在工业迅速发展的今天, 交流电机的使用范围和规模原来越大。据权威机构调查显示, 电机的电能消耗占工业总用电量的68%~83%, 而在我国, 这个比例达到60%~70%, 可谓是数量惊人。在电机工作时, 需要消耗大量的电能, 尤其是启动时, 一般需要较大的电流才能启动, 此时的电流可以是额定电流的5~8倍之多。这不仅给电机本身带来额外的耗损, 也给电网带来巨大的负担, 并且由于电流过大, 影响电机的使用寿命, 严重时甚至会影响电网中的其他用电设备。但是使用一般的电机启动方式, 会将主要的技术改进集中在降低启动的电流上, 这样一来启动转矩也降低, 不能给电机提供有效的转矩, 是一种非常不可取的方法。同样, 一般的停止制动的方法主要使用自然停止或助力制动, 其中自然停止的方式会给管道类的电机制动器造成非常大的冲击, 而对抱闸制动类的电机产生剧烈的机械故障, 严重危害电机的安全。这就使得对电机进行软启动研究逐步进入人们的视野, 目的是使电机能够比较平滑地启动和停止。

使用电机软启动, 对那些不需要调速的三相交流异步电机有着非常重要的意义, 因为这可以使电机的启动、停止等得到有效的保护。在很多启动设备中, 这种方式正在得到革命性的推广[1]。

在电机启动的方法中, 一般的大中型电机采用的是串电阻启动或Y/△启动、定串子电抗启动和自耦变压器启动、延边三角形启动, 这几种方式其本质是降压启动, 目的是限制启动电流, 在一定程度上可以避免过大的启动电流冲击电网。但是, 这些方法存在一个明显的缺点, 即电机的特性和负载情况决定了电机电流幅值和启动时间, 这些都是不能调节的。

2 电机软启动原理

目前研究的电机软启动, 主要是用来控制三相交流异步电机的启动, 使用它可以对电机的软启动、节能和软停止起到保护作用。用来替代传统的Y/△启动和自耦变压器启动, 应用于工业电机控制的各个方面[2]。

三相反并联晶闸管 (SCR) 是软启动器的调压器, 是其接入电源和电机定子之间的部分, 主电路如图1所示。图1所示的电路很像三相全控桥整流电路, 其工作原理是在电机启动时, 利用逐渐增加晶闸管的电压, 使得电机平稳提速, 当达到一定的速度时, 晶闸管会全导通, 此时的电机电压会达到额定电压, 正好适应其机械特性, 启动的整个阶段比较平滑。在软启动的点集中, 晶闸管在完成启动任务后, 会被旁路接触器所代替, 旁路接触器会为电机提供额定的电压, 供其正常工作。正是由于晶闸管的“休息”, 降低其热损耗, 可以大大提高电机的使用寿命。同样, 在电机软停止的时候, 其工作原理与启动时正好相反。

3 异步电动机的软启动技术

软启动最主要的原理就是使用软启动器, 协调电源与被控电机之间的工作, 控制晶闸管的工作时序, 在一定程度上使得电机的电压从启动电压到额定电压过渡, 逐渐使电机达到全电压模式[3]。

3.1 晶闸管交流调压软启动

晶闸管交流调压软启动的主要方法是将晶闸管的连接方式改为在三项绕组上, 以并联的方式给晶闸管供电。软启动的过程中需要控制晶闸管的导通角, 使得电机逐步获得额定电压的过程。之所以称之为软启动, 是因为通过这种方式给电机供电, 可以随意改变电流的大小, 可以根据电机的状态进行保护性的调节, 并且在整个过程中节省了大量的功耗。

晶闸管软启动器灵活性较强, 用户可以根据不同的工作情况选择具有相应启动特性的电机。下面介绍4种常用的晶闸管软启动方式[4]:

(1) 斜坡升压软启动。在该启动方式中, 不像其他方式中的电流闭环控制功能, 主要是通过调整晶闸管导通角来调节电流大小, 并且晶闸管的导通角是通过事先设定的函数关系逐步递增的。但是, 这种方式也有很大的缺点, 就是没有限流的功能, 使得电机有可能会因为电流过大对晶闸管产生毁灭性的冲击, 同样也会影响到电网的使用。

(2) 斜坡恒流软启动。以这种方式进行电机启动时, 电流是逐步增加的, 当达到额定电流的时候, 会在这个程度上保持一段时间, 当启动结束时再进行调整。同时, 电流在不断增加的过程中, 上升的速率是根据电机的负载情况不断变化的, 也就是根据电机的转矩的不同而进行调节。

(3) 阶跃启动。在电动机刚启动的瞬间即将电动机的启动电流直接增大至所设定的电流值并保持该值直至启动完毕的方法, 称为阶跃起动。通过调节启动电流的设定值, 可以达到快速启动的效果。这种启动方式在启动瞬间的启动转矩较大, 适用于较大负载的启动, 如一些带负载启动的设备。

(4) 脉冲冲击启动。在启动开始阶段, 让晶闸管在极短时间内, 以较大电流导通一段时间后回落, 再按原设定值线性上升, 进入恒流启动。该方式是所介绍的启动方式中启动转矩最大的一种, 该启动方式在启动初始阶段有一个较大的启动冲击电流, 该电流值大于设定的恒流启动值, 从而产生较大的冲击矩去克服较大的静摩擦转矩, 使设备能够启动, 然后即进入恒流启动阶段直至启动完毕。在脉冲恒流软启动方式中的脉冲启动阶段电流的幅值 (可为全压启动的电流幅值) 和维持时间是可以设定的。脉冲恒流软启动方式的启动冲击转矩大, 适用于重载启动, 如皮带输送机、破碎机的带载启动等。

3.2 三相交流调压软启动器的调节原理

利用交流电机的电压特性曲线的特点来控制交流电机的启动, 是电子软启动器的主要控制思路。其采用3对反向并联的晶闸管串联于电动机的三相供电电路上, 利用晶闸管的电子开关特性, 通过控制其触发脉冲、触发角的大小来改变晶闸管的开通时间, 从而改变电动机定子输入端的电压, 以达到控制电动机的启动过程的目的。当电动机的启动完成以后, 即当其端电压升高至额定电压时, 三相旁路接触器吸合, 使电动机直接并网运行。在开始启动时, 晶闸管的导通角从“0”开始逐渐增大, 电动机的端电压也从“0”开始上升, 直至达到满足起动转矩的要求, 确保了启动的成功。

4 两相变频软启动电路的结构和技术原理

传统三相调压软启动电压调节可连续变化, 但是启动转矩低, 而分级变频软启动可以提高交流电机启动转矩。结合两者电压调节和增加启动转矩的优点, 作者本人曾提出了两相变频软启动控制的原理, 在分级变频区间内对晶闸管采取连续调节, 以实现交流电机的简易变频, 达到软启动的目的。

交流电机三相对称定子绕阻通过对称的三相交流电源, 可以产生圆形旋转磁通, 这是以大地为零电势点。如果以三相电源中的C相为参考电势点, 将不影响实际电机的正常运转。

所以, 对交流电机通入互差60°的交流电源可产生同样的旋转磁场。现在, 对A、B两相进行变频控制即可实现对电机电枢电压的两相变频控制, 从而实现两相变频软启动。

5 结语

电机控制方法与技术随着科技水平的提高而越来越先进, 与传统的降压启动方式相比, 很多设备会在电机软启动的保护下延长使用寿命, 这已成为近年来研究的热点和重点。随着电机软启动的国产化和原材料价格的降低, 普及电机软启动是十分可行的, 大力推广电机软启动, 对于节能减排和控制成本有明显的作用。成本相对较低, 只需增加较少的投资, 就可完成电机传统方式启动的改造。大幅度地提高设备性能, 为安全生产、经济运行提供保障。

参考文献

[1]王淑红, 朱玉红.三相异步电动机的控制系统.机床电气, 2009

[2]任礼维, 林瑞光.电机与拖动基础.浙江大学出版社, 2009

[3]方大千.变频器、软启动器及PLC实用技术问答.北京:人民邮电出版社, 2007

高压变频技术在电机中的应用 篇11

关键词：变频调速；高压；电机控制

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 12-0000-01

一、引言

在电机的调速控制系统中，通过采用高压变频控制系统不但能够节约大量的能源，而且还可以保证电机的稳定运行，在实现相同的控制目的的同时，确保电机更加安全的运行。电机在运行过程中伴随有大量的功率消耗，若电机运行工况发生变化，则需要根据具体的工况进行自动调节。

随着电机调速技术的进步，变频调速电机能够实现根据电机工况对电机的转速进行实时调节。其通常包括变频调速装置、功率传感器、补偿设备等几个主要部分构成。其广泛应用于各种工业设备电机调速系统中，尤其是风机、采煤机械等设备。

二、高压变频调速设备的原理及特点

（一）高压变频调速设备的工作原理

变频调速技术的调速功能是通过变频器实现的，其通过将固定频率（一般指工频）交流电（单相或三相）转换成为频率连续可调（一般在0-400Hz）的三相异步交流电，从而实现通过对电机转速进行控制的目的。可以利用公式：NO=60f/p其中No表示电机旋转磁场的转速，即同步转速；f则为电流频率；P为旋转磁场的磁极对数。

当电流频率f实现连续可调后，就可以保证电机的同步转速同样实现连续可调。同时，由于异步电机转子转速一般会比同步转速稍低，因此当实现了电机的同步转速连续可调之后，异步电机转子的实际转速同样也实现了连续可调。而高压变频系统中的变频器就是通过改变电流频率来实现电机调速。

在工业生产应用中，所使用的电机大部分都是三相交流异步电动机，而且都是感应式交流电机。该型电机的旋转速度与电机的极数以及频率相关。由于实际情况中，电机就的极数不能改变，而且其不是一个连续的数值（是2的倍数，例如2，4，6），因此通常不采用改变电机极数的方式来进行调速。同时，频率f则是电机电源的外界频率，因此可以通过调节之后再将之提供给电机，使得电机的旋转速度能被自主控制。

（二）高压变频调速设备的工作特点

首先，高压变频设备工作过程中，不但能够有效的缓解电机速度变化过程中对电网的冲击作用。而且其自身不会对电网造成污染，其功率输入过程中使用了移相多重化整流逆变技术，不需要同时设置谐波治理装置，更加不会对整个电网造成冲击。

其次，高压变频调速设备的功率因数较高，其产生的输出电流几乎与标准正弦波相同，而且处于正常的电机使用调速范围（10%-80%）中，使得电机的实际运行功率因数可以达到0.96以上。

再次，高壓变频设备还能够有效的提高能源利用效率，其能源利用率能够达到96%—99%。而且在使用过程中不需要外加滤波器就提供经过处理之后的正弦输出电压或者标准正弦电流，不仅不会使得电机由于调速而出现额外噪音，而且也不会出现附加的外应力，也不需要将电机降频使用。

最后，高压变频调速技术使得调速系统具有高压输入与高压输出的功能，不需要使用变压器进行降压。而且变频设备自身不需要专门设置变频电机，从而其可以对所有的标准三相感应交流电机进行调速。

三、高压变频调速装置的控制方案配置及注意事项

（一）高压变频调速装置控制方案配置

以某大型风机的驱动电机为例，在对其调速系统进行变频调速改造的过程中，采用了一拖一方式对之进行独立运行控制，同时在电机的控制旁路设置开关，一旦变频器运行过程中出现故障或者设备检修需要停用变频设备是，能够更好的确保设备的正常运行。该型高压变频调速设备具有较强的自控能力，同时可以将之精确的接入到企业的DCS控制系统当中，以更好的保证相关人员能够根据设备的具体运行状况设计形成对应的联锁关系，使得控制工作更高效。边坡调速控制装置的电气控制回路如图1所示。

图1中，包括三个高压真空接触器KM1～KM3、两个高压隔离开关QS1与QS2以及变频器构成。其中，KM1与KM2主要进行变频启动，而KM3则主要实现工频启动，在实际运行过程中不能同时进行闭合，保证了电气上的互锁。同时，当设备处于变频运行状态时，将KM3置于断开位置，而将刀闸QS1、QS2置于合闸的位置，然后将KM1、KM2同时闭合，在检查变频器工作状况以及上级线路开关之后，就可以启动运行。当系统处于工频运行过程中，需要保证KM1与KM2断开，KM3闭合，之后再闭合该回路的上级开关，即可使得控制回路处于工频状态。而当系统处于变频运行阶段时，变频器将自动断开KM1、KM2，同时将出线旁路KM3闭合，使得电机能够在工频电源下稳定运行。

（二）高压变频设备调速后的设备运行操作注意事项

首先，在高压变频电机启动以及开始运行之后，其需要启动对应的动力设备。当采用补偿器进行降压起动时，要求设备必须在0负荷下起动，这样才能够保证电机不会由于电流过大而被烧坏，在完成电机的起动之后再逐步进入工作状态。在采用了变频器进行调速之后，电机可以直接带负荷起动，不但缩短了电机的起动时间，还减少了设备操作人员的操作环节，提高了工作效率。

其次，电机的运行需要做好控制系统的调整工作，尽量避免控制系统传感器受到干扰，保证对应的感应参数处于规定范围当中，这对于保证电机处于经济、安全的运行状态尤为重要。通常，可以通过质调节、量调节以及间歇调节三种方式实现。其中，质调节就是在工作量固定的情况下对变频系统进行改变，根据电机的运行负荷来进行实时调节，大大节省动力输入；而量调节则是在电机输出功率恒定的情况下，通过改变电机的动力负荷量来实现电机转速的控制。这种调速方式能够显著降低电机的功耗。而间歇调节则是通过对电机的间歇工作实践以及负荷进行改变，尤其是对于一些小型的电机，该方法是最常见的变频运行方式之一。

参考文献：

[1]刘志强，刘春晓，刘世雄.高压变频器在电厂锅炉风机上的应用[J].神华科技，2010（03）.

异步电机重载软启动技术探析 篇12

随着科学技术的不断发展,工业领域应用到了越来越多的新技术、新设备。虽然电机软启动可通过输出电压调节来降低启动电流带来的冲击,但是启动电压减小会降低启动的转矩,导致电机带重载启动失败,因此对异步电机的重载软启动进行研究具有重要的意义。本文在研究软启动原理的基础上,对重载软启动的控制技术进行分析,希望对今后的应用有所帮助。

1 软启动的基本原理

实际上,软启动就是一个调压器,输出电压在电机启动时会改变。目前,电子式、自动液体电阻式和磁控式等是常见的软启动器,其中晶闸管最多。对于晶闸管的软启动器,其主回路由三对反并联晶闸管组成,具体组成如图1所示。在启动电机的过程中,晶闸管的触发角由控制电路进行调节,这样可让定子绕组端电压从一个初值逐步攀升到全电压。在较小的启动电流条件下,电机能平稳上升到额定转速。由于输入至电机定子绕组上的电压受控于三相交流电压电路的触发脉冲角,因此通过改变触发角的变化规律,就可改变电机的启动方式,使电机具有不同启动特性以适应不同的工况要求。

由于异步电机包含了星/三角转换启动、自祸减压启动、电抗器启动等传统的减压启动方式,虽然这些方式具有减压启动的作用,但也存在明显的缺点,也就是在启动中会有二次冲击电流的存在。而电子软启动与传统减压启动的不同之处在于:第一,无冲击电流。软启动器启动电机时,晶闸管的导通角会逐渐增大,使得电机启动电流从零线性一直上升到设定值。第二,恒流启动。软启动器能引入电流闭环控制,从而可在启动过程中让电机保持恒流,确保电机本身的平稳启动。第三,按照电网的继电保护特性和负载情况,启动电流能从无级调整到最佳。

2 重载软启动的控制技术

2.1 选取最低离散频率

理论上,电网提供50Hz工频电压就能实现50以下的任意整数分频,这样的离散频率就很低。但是在实际控制中,要获取单纯的离散频率就需要对三相工频电压的每个半波、每项进行控制,如果离散频率过低,那么获得该频率下的一个完整周期就需要较长的时间,而这会增加控制程序的复杂性,延长启动时间。在实际应用中最理想的是:启动时就具有足够大的转矩和较小的电流,从而实现重载或满载的启动,此时只要考虑满足效果的频率而不需使获得的频率更低。

要达到足够大的启动转矩而保持较小的启动电流,就必须在启动电压较小的状态下,让电机获得足够大的启动转矩。启动电压较小,所获取的启动电流才较小,此时的低频率就能满足大启动转矩的要求。为了满足最低离散频率要求,可通过仿真与试验来观察现有电机铭牌、测试电机相关的参数,使仿真与试验的电机参数一致,以利于结果的比较。系统仿真如图2所示,主要包含控制部分、三相感应电机、三相晶闸管主电路、模拟恒转矩负载等。

2.2 切换离散频率

在进行离散频率切换时,应注意离散变频启动时,其曲线的正弦连续性必须得以保证,也要考虑离散频率基波的正负半周交替变换;切换前后的离散频率转矩平稳过渡要得以保证,以减少转矩振荡。基于此,离散频率的切换以整周期或半周期最佳。也就是除最低频率选择外,下一切换频率的初始工频周期给定电压可适当提高,以避免在调制正弦时出现初始转矩跌落的问题,或在切换前改变离散频率结束时间,确保转矩过渡平稳。图3是从16分频到13分频不同切换策略的电流、转速和转矩波形,此时电机负载(19N·m)超出了额定值。图3(a)、(c)、(e)为16分频整个周期后切换到13分频的电流、转速以及转矩波形。

由图3可知,切换时刻为0.32s,存在较大的转速跌落;从转矩曲线来看,导致转速跌落的主要原因是在切换时刻转矩减小而转矩的脉冲间距增加。如果各频率的触发角不变,只将16分频的结束时刻改变,将其提前2个工频周期,那么在0.28s进行切换的曲线为图3(b)、(d)、(f)。由此可知,切换到13分频时转矩没有减小,转速相对平稳。

启动离散频率应结合软启动,这样才能保证电机达到额定的转速,离散频率的单纯启动可带额定甚至超额定的负载。但是当上升转速达到离散变频对应的最终转速后,若负载保持不变,那么切换到软启动或全压启动时,电机无法满足额定转速的要求。由此可知,在2分频和3分频下都无法产生足够的转矩,所以最终的实用频率只能为4分频。

3 结束语

综上所述,因为软启动的特殊启动方式,是其它降压启动无法比拟的,所以其应用必定会越来越广泛。

参考文献

[1]刘忠,李时育,金耀,等.异步电机软启动的变论域模糊自适应控制策略[J].计算机工程与应用,2010(18):205~208

[2]王涛,王洋洋,郭长娜,等.基于模糊控制的异步电机软启动器的研制[J].仪表技术与传感器,2012(08):26~29

[3]赵晨.大型异步电机智能软启动装置的设计与实现[D].南京:南京理工大学,2014