变频技术与电动机调速

2024-06-13

变频技术与电动机调速（精选9篇）

变频技术与电动机调速篇1

0 引言

交流电动机,是将交流电的电能转化为机械能的一种设备,主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成,利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成的。它具有工作效率高、无烟尘、无气味、不污染环境、噪声小等优点,所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等方面得到广泛应用。交流电动机由于实现调速困难或者某些调速方式低效不够理想,因此,长期以来调速领域仍被直流调速占领,交流电动机的优点在调速传动中未能获得发挥。直到上世纪70年代初,随着电力电子、微电子(集成电路)和微机技术的飞速发展,人们长期渴望的变频调速器实现了工业化生产,大大地减少了电动机的能量损耗。

1 电动机调速方式

交流电动机的调速方式一般有以下三种:

(1)变极调速是通过改变电动机定子绕组的接线方式以改变电机极数实现调速,这种调速方法是有级调速,不能平滑调速,而且只适用于鼠笼电动机。

(2)改变电机转差率调速,其中有通过改变电机转子回路的电阻进行调速,此种调速方式效率不高,且不经济。其次是采用滑差调速电机进行调速,调速范围宽且能平滑调速,但这种调速装置结构复杂(一般由异步电机、滑差离合器和控制装置三部分组成)。滑差调速电机是在主电机转速恒定不变的情况下调节励磁实现调速的,因此即便输出转速很低,而主电机仍运行在额定转速,因此耗电较多,另外励磁和滑差部分也存在效率问题和消耗问题。较好的转差率调速方式是串级调速。

(3)变频调速通过改变电机定子的供电频率,以改变电机的同步转速达到调速的目的,其调速性能优越,调速范围宽,能实现无级调速即实现平滑调速。

2 变频调速的原理

变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:n=60 f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数),通过改变电动机工作电源频率f达到改变电机转速n的目的。目前电动机调速普遍采用模块化的变频器来实现,采用变频器的调速系统结构简单、操作方便、控制准确、自动化程度高。下面我们简单地认识一下变频器的基本结构和调速系统的工作原理。

变频器基本结构主要由三部分组成(如图一所示):

(1)整流部分:将交流电变换成直流电。

(2)中间直流环节:充电、滤波并保持电压稳定。

(3)逆变部分:将直流电变换成电压与频率都可变的交流电。

图二所示为电动机变频调速系统的基本原理。

3 电动机采用变频调速的原因

风机和泵类负载属于二次方律负载特性(除罗茨风机)。

流量公式:QL=Q0+KQnL

转矩(扬程)公式:TL=T0+KTnL2

功率公式:PL=P0+KPnL3

由此可知二次方律负载遵循如下规律(n:转速):

流量Q∝n

扬程H∝n2

功率P∝n3

图三中曲线1为流量,2为扬程,3为功率。根据流体理论,离心式风机水泵的轴功率是转速的三次方函数关系。在风机、水泵上应用变频调速,当电机在额定转速50%运行时,节能率可达到75%左右,当电机在额定转速80%运行时,节能率可达30%—40%。表一列出泵系统在不同静扬程和不同流量时转速、轴功率和节电率。

江西省南昌市麦园经济开发区的居民生活水泵经整改后,在水泵的电动机安装了低压变频调速器,正常运行时采用闭环自动控制,异常时采用调节阀控制方式。采用变频策略后,使机泵处于最佳运行状态,并实现了电机软启动,避免了启动时电流过大,从而保证了电机的安全和机泵的寿命。结合以往的运行数据得出了表二采用变频调速器前后的情况。

从表二可以看出,采用变频调速运行的机泵除了节能之外,还能大大增加连续运行天数,减少维修次数和检修费用,提高电机的使用寿命。

4 结束语

交流变频调速技术一直是各国研究的课题,是目前交流电动机最理想、最有前途的调速方案。随着电力电子技术的发展,半导体变流技术应用到交流调速系统中,以及先进的控制理论的应用,为变频调速的进一步发展创造了更加广阔的空间。交流电动机变频调速除了有卓越的调速性能之外,还有显著的节约电能和保护环境等重大作用,是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。当今更应该在大容量高压电动机驱动的风机水泵和压缩机上推广应用高压变频调速节能,因为在节电率百分比相同的情况下装机容量愈大,其绝对节电量也愈大,总体使用寿命也越长,对国民经济的发展有重大的影响和促进作用。

摘要：目前,我国电动机总装机容量达4.5亿千瓦,电动机总装机容量占目前总用电量的70%以上,其中近70%的电机拖动的负载是风机、泵类、压缩机等,而其中又有近70%的电机适合进行调速,即有约两亿千瓦的电机处在浪费运行的状态。因此如何实现电动机节能就显得非常重要。文章根据目前应用比较广泛的交流电动机,简单地介绍它的特点,结合以往的调速方式以及各自调速方式的优劣性,分析为什么要采用变频调速,而且如何实现变频调速,以及采用变频调速以后节能的效果。

关键词：电动机,转速控制,变频技术,节能

参考文献

[1]李发海,王岩.电机与拖动基础[M].北京:清华大学出版社,2005.

[2]徐海,施利春.变频器原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2010.

[3]田效伍.交流调速系统与变频器应用[M].北京:机械工业出版社,2011.

变频技术与电动机调速篇2

关键词异步电动机；变频调速；节能

中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)042-0182-01

当前各种高科技的快速发展及普遍应用，催动了异步电动机的再次改革，节能应用已引起相关企业的高度重视，深入探究运用变频调速技术的异步电动机，全面掌握有效节能的各种因素以及进一步的改进手段，是各大企业创造最大经济利润的有力点。

1异步电动机耗能的因素所在

通过对各大企业应用变频调速技术的异步电动机的具体调查探究，其主要的耗能因素在于：铜耗能；铁芯耗能；机械耗能；通风耗能；摩擦耗能等因素。对此，根据引发异步电动机耗能的饮因素来讲，铜耗能与铁耗能难以通过改造对其进行适当的改变，只有机械耗能可适当的加以改造。总体说来，级数越少的异步电动机，也即是转数越高，电动机的机械耗能越大，铜耗能相对越小；相应的，级数越多的异步电动机，也即是转数越低，电动机的铜耗能占得比重比机械耗能大得多。对此，有效的减少异步电动机的机械耗能是真正降低电动机消耗能量的最佳解决措施。

2减少机械耗能的有力手段

1）电机风扇需合理改造。要调整电动机的风扇，怎样了解风扇的尺寸更加具有合理性，如何通过改变风扇尺寸进行节能，那么大家都要知道电动机是把电能转变成机械能的设备，在转换过程中都要产生损耗，那么肯定损耗是以热的形式出现，大家一定都知道是电能转变让电动机发热。这样定子绕组有电流流过后产生铜损耗，经槽绝缘材料把热传导给定子铁芯，再由定子铁芯传给电机外壳散发到空间。转子的热量是由转子铝耗及其摩擦产生的，它传给转子铁芯和内风扇表面，这样热能只有靠内风扇搅拌使热量散发在电机内空间，然后再传给定子铁芯、端盖、机座。所以说，外风扇风量的大小、风扇所用材料、风机效率、风道设机等都是决定电动机的温度不能超过其绝缘材料等级所允许温度的关键。

2）电机摩擦需控制好。众所周知，机械损耗一般占总损耗的10%～50%，可见机械损耗在节能方面的重要性。机械损耗重要在电机的摩擦，我们所说的电机摩擦通常是指轴承摩擦损耗，电动机轴承的正常运转、噪声、振动、过热、等因素是机械损耗的原因之一，另外对绕线式转子还存在电刷摩擦损耗。

直接关系到轴承摩擦耗能的因素主要在于轴承型号、配置高低、润滑脂等方面。如何选择优质的润滑脂也是降低机械损耗的一种重要方法。最大限度的使用性能优质的润滑脂来改善电动机的运行状况以降低机械损耗。还需在电动机上选用优质、合理配套的轴承上下功夫，这样也可以达到节能降耗；只有这样才能尽量减少电动机摩擦从而达到节能降耗的目的。

3电动机的功率因数需适当提高

国内的各大企业的转机设备大部分是交流异步电动机，而交流异步电动机是低功率因素的设备。如果恰当提高其功率因素可以充分发挥电动机的潜在能力，同时也可以降低生产成本和节约电能。要提高电动机的功率得到有效提高的因素主要在于以下几个方面：

1）运行设备合理调整，功率因数合理提高。在企业内的设备都是配套的无需我们在容量和选型上考虑，只需考虑运行中的电机，有效规避不合理现象的发生，低于40%的负载率时，更换小容量的电动机是必须要考虑的。当负载率低于30%时，可将三角接线的绕组改为星形接线的与运行方式，这样一来电动机的效率和功率因数均有所提高。这是日常工作中经常遇到的事情，不过没有引起大家们重视。避免“大马拉小车是，提高功率因数的一种重要措施。

一定要对机械损耗大的老系列电机进行改造或淘汰，老系列电机内部材料老化严重，有些电机的使用时间在20-30年以上。其中，有些电机制造技术已远远跟不上科技发展的步伐，性能也相差甚远。由于电机的运行负荷一般是因为电机陈旧或制造工艺落后引起的，效率低下的电机，也不能与新型电机的耗能率相对比。对此，适当的进行合理的电动机节能更换，是有效降低电机机械耗能的良好措施之一。

需正确使用和维护电机，坚决控制其频繁启动，精心的检修，在电动机安装时调整好中心线及电机转、静子间隙也是必不可少的，因为气隙不均会造成空载电流增大，功率因数降低。

2）新技术作为异步电动机节能的坚实后盾。合理的使用变频器进行调速来实现提高电机功率因数的目的，也是常用的节能方法，在普通的交流异步电动机上加装变频器，加装变频器是改进工艺为主要目的，确保工艺过程中的最佳转速、不同负载下的最佳转速以及准确定位等。改善技术应用环境，并运用新技术对电动机进行合理的调速，达到最佳性能，提升生产率，有效保障产品质量，使异步电动机设备更加智能化、合理化。要实现异步电动机节能的最终目的，需加装合理的变频器。具体可通过调整电机的流量或压力改变风机或泵类机械的转速，并合理改造，达到最大限度的电机节能。同时，由于安置加装变频器的操作较为简便，更为有效的提高了节能效果。

调节旋转磁场的最好办法是变频，它能保证异步电动机在宽广的调速范围内高效地运行，且使电动机有良好的起动特性。好的变频电源是实现变频调速的必备条件之一。同时，调压调速是调转差最为简便的方式。异步电动机的输入电压科通过控制电磁的或电子的调压装置来实现，并对电机内部的磁场进行合理的改变，从而较合理的调整电动机的转速，适用于转子电阻比较大的高滑差小功率电机和力矩电机。效率较大的大中型异步电动机不适合，电阻较小的转子。另外一种电磁滑差离合器，它是通过调节直流励磁电流来实现的，与异步电动机本身调压调速相似。如果是绕线式转子串级调整系统，也是属于调转差率的调速方法。

3）变频器的电动机耗能有哪些表现。电机的转、静子铜损是与频率变化无关的常数，但是在实际拖动中，为了补偿定子绕组电压降，要适当降低频率或者适当提高外施电源电压，因此U1/f不能保持比值不变。再有，为了电动机处于最佳运行状态，也要求改变U1/f的比值，所以实际电流也多少有些变化，因此铜耗也多少随频率改变而改变，但是变化不大。

铁耗能主要表现在：铁损耗随频率的降低而降低，由于采用电压型逆变器的变频电源供给电动机，电源电压波形中含有高次谐波分量，与具有正弦波电源相比，铁损耗要增加。所有杂散损耗也均随高次谐波分量的增大而增大。

机械耗能的主要表现在于：一般情况下，轴承摩擦损耗与电动机转速的1～2次方成正比，而通风损耗是与电动机转速的3次方成正比，所以当电源频率降低时，机械损耗也降低。同时，一般都明白，机械损耗在整个电动机的损耗中只占总损耗的50%以下，所以说安装变频器是十分必要的。合理运用变频调速，不仅能确保负荷大小不一致的情况下电动机能运行，而且能一直保持高效运行。

4结束语

现今变频调速技术在异步电动机中得到了广泛的应用，结合当前低碳经济的重点推广，电动机的节能降耗运行也引起了各大企业的重视。对此，通过全面分析了影响应用变频调速技术的异步电动机节能的各个因素，采取了合理的改进手段，有效的增加了企业的经济收益。

参考文献

[1]戴广平.韩冰.电机与可逆性原理与电动机节能.中国石油出版社.2008,1.

[2]余龙海.电动机能效与节电技术.机械工业出版社.2008,8.

变频技术与电动机调速篇3

对于供水系统来讲, 最大的生产成本就是水泵电动机的耗电电费, 节能降耗是自来水公司管理工作的重中之重。统计表明, 给水工程中的电费约占供水成本的50 %～80 %, 而水泵电动机的电费占总电费的95 %左右。在实际运行中, 大多数水泵的效率<60 %, 泵站的综合效率<50 %, 能源浪费严重。因此, 在能源供应日趋紧张的今天, 如何运用水泵供水节能技术, 使水泵能保持高效运行, 以降低电动机的耗电量, 对于提高自来水公司的经济效益具有重大意义。

1 节能原理

目前, 绝大多数的水泵采用恒速电机拖动, 当水量发生变化时采取阀门节流的办法来调节流量, 因而电能浪费严重。利用改变电动机转速的方法可改变水泵的工作特性, 从而使其适应供水系统工况变化幅度较大的情况, 达到节能降耗的目的。在各种调节方式中, 调节水泵的转速是降低能耗的最好方式。其原因在于改变水泵的转速且转速在80 %～100 %范围内变化时, 泵体内的水流速度与转速成正比, 流量与转速比成正比, 扬程与转速比的平方成正比, 轴功率与转速比的3次方成正比, 即:

Q=Q0 (n/n0) (1)

H=H0 (n/n0) 2 (2)

P=P0 (n/n0) 3 (3)

式中:n0——额定转速;Q0——额定转速时的流量;H0——额定转速时的扬程;P0——额定转速时的轴功率;n——调速后的转速;Q——转速n时的流量;H——转速n时的扬程;P——转速n时的轴功率。

由 (3) 式可以看出, 若转速降低20 %, 轴功率将降低48.8 %, 节电效果十分显著。转速在80 %～100 %的范围内变化时, 泵的效率基本不变。水泵调速之后, 可以得到对应于不同转速下的新的最佳工况点。不调速时, 只有1个最佳工况点, 调速后得到1条最佳工况线。这样, 就扩大了水泵运行适应工况的范围, 水泵容易在最佳工况区运行, 可减少能耗。

水泵调速可以通过很多途径来实现, 其中变频调速是目前最理想的一种。我们知道, 异步电动机的转速与电源频率f成正比, 与电动机极数P成反比, 见 (4) 式和 (5) 式:

n= (1-S) 60f/P (4)

S=P0 (n1-n) /n1 (5)

式中:S——异步电动机的转差率;n1——异步电动机的同步转速。

由 (4) 式可以看出, 均匀地改变电动机定子绕组的电源频率f, 就可以平滑地改变电动机的转速。电动机转速变慢, 轴功率就相应减小, 电动机的输入功率也随之减小, 这就是水泵变频调速的节能原理。为了保持调速时电动机的最大转矩不变, 需要维持电动机的磁通恒定, 因而要求定子绕组电压也要作相应的调节。过去在变频技术特别是高压变频技术尚未成熟时, 我国曾推广过液力偶合器、电磁调速电机、调压调速电机等以滑差损耗为代价的低效率调速方式。例如液力偶合器是一种以油为介质的滑差传动装置, 油传递功率时不仅消耗能源, 而且产生滑差丢转数, 一旦发生故障只能停产检修。而以变频调速为代表的高效调速方式, 既无滑差损耗, 又有旁路措施, 可实现平滑无级调速, 精度高、启动电流小, 容易实现生产过程的自动控制, 具有安装容易、操作简单、调试方便等优点, 即使装置发生故障, 可随时切回原工频运行方式。

2 高压电动机的变频调速方式

2.1 高-低-高压型

先通过1台降压变压器将高压变为低压工频电源, 输入低压变频器, 然后将变频器输出的低压变频电源通过1台升压变压器变为高压, 提供给高压电动机变频调速。该方式的缺点是升压变压器必须采用非晶态合金磁性材料, 在非正弦变频工况下, 效率低、功率因数低、高次谐波大、成本高, 现已被淘汰。

2.2 高-高压型

它通过多支高压变频器件串联方式, 实现高压频率直接转换。多支高压变频器件串联的变频装置, 其缺点是串联器件的均压问题不好解决, 可靠性差、造价高。如青海格尔木盐业有限公司引进的4台6 kV、500 kW高-高压IGCT串联型变频装置, 已有两台发生高压击穿, 其修复费十分昂贵。

2.3 多重化型

它通过一种特制的变压器将高压降为不同电角度的低压, 经多台 (6 kV为15台, 10 kV为27台) 低压变频器叠加成高压。其优点是输出波形接近于正弦, 高次谐波较低;缺点是变压器结构复杂、效率低、成本高, 特别是所用元器件的数量是普通低压变频器的10余倍, 致使发生故障的概率增大。如抚顺电厂购买的两台6 kV、1 250 kW多重化变频装置, 其中1台已发生故障停用, 至今尚未修复。

2.4 低压型

电源高压经输入变压器降压后供给低压变频器, 将原来的高压电动机更换为普通低压电动机, 以实现低压变频调速。虽然采用该方式成本较低, 但低压变频器高次谐波大 (近5 %, 而GB/T 14549—93《电能质量公用电网谐波》要求6～10 kV电网≯4 %) , 普通低压电动机的绝缘又比较脆弱, 长期在脉冲频率下运行将加速绝缘老化, 甚至发生击穿或烧毁事故。况且同等容量的低压电动机的机座一般要比高压电动机的机座小, 势必因底座尺寸小且轴中心高度低而不得不重打地基或另加底垫, 还因轴径细需要更换对轮等, 甚至影响机组的动平衡, 给现场改造带来一定的困难。

2.5 内反馈型

该方式是传统的串级调速类型的一种, 不论内反馈还是外反馈, 都是基于绕线电动机的晶闸管变频调速方式。虽然内反馈型曾经起过很重要的作用, 但在高、低压笼型电动机变频调速技术均已成熟、价格大幅度下降, 变频器已从第1代晶闸管、第2代GTR、GTO, 发展到第3代IGBT、IGCT的今天, 基于绕线电动机的内反馈型晶闸管变频方式已经落后, 在价格上也失去了优势。况且同等容量的内反馈绕线电动机结构复杂, 效率低, 加工周期长, 其机座也比原高压电动机机座大, 势必因底座尺寸和轴中心高度等问题需重新打地基, 还要更换对轮甚至更换水泵, 施工周期也长。

此外, 内反馈方式还存在高次谐波大、功率因数低、调速范围窄、逆变器易遭颠覆等缺陷。例如某市自来水公司的1台6 kV、300 kW供水泵电动机, 最初安装的是内反馈调速装置, 因其电抗器噪声太大、电刷粉尘污染环境、故障频繁, 于2005年停运并改用变频调速装置。值得指出的是, 对于大量运行中的高压电动机来讲, 若将其淘汰换成别的电动机, 确实是一种资源的浪费。因为高压电动机的绝缘强度高、坚固耐用, 而且内风冷条件较好, 某些特性甚至超过变频调速专用电动机。

3 TG系列高-低压变频调速集成装置

3.1 工作原理

其原理如图1所示。该装置主要由3部分组成:绕组为特殊连接结构的多功能降压变压器T;低压变频器LF;由原高压电动机HM改制而成的特殊低电压电动机HM, 尤其是改制后的电动机HM和变压器T是该方式的核心。上述3部分再加上工频/变频切换开关Qc、Qf、Qw等, 实现变频调速装置的集成化。

鉴于低压变频器的高次谐波多接近于5 %, 而GB/T 14549—93《电能质量公用电网谐波》针对6～10 kV用电设备高次谐波的限定值为4 %, TG系列高-低压变频调速集成装置利用绕组为特殊连接结构的多功能降压变压器, 来吸收变频过程中的高次谐波, 可将高压侧的高次谐波降至3 %以下。改制后的电动机HM功率不变、外形尺寸不变、绝缘强度不变, 定子工作电压降低, 输入定子的工作电流增加。由于工作电压降低, 而绝缘强度不变, 所以, 电动机HM的寿命大大延长。由于外形尺寸不变, 现场施工量大为减少, 改造十分方便。

3.2 技术特点

(1) 多功能降压变压器采用特殊的连接结构, 具有吸收谐波功能, 完全达到了GB/T 14549—93《电能质量公用电网谐波》中6～10 kV用电设备高次谐波<4 %的规定。

(2) 低压变频器LF采用名牌变频器, 其工作性能稳定、可靠, 而且价格低廉, 大大提高了装置的可靠性。

(3) 原高压电动机HM改装后, 即可由低压变频器进行调速。由于改装后高压电动机运行于低压状态, 可以大大提高电动机的寿命, 且施工方便、节约资金。

(4) 由于采用了特殊连接结构的多功能降压变压器, 改装后的电动机可直接在工频下启动。

(5) 该变频技术可满足不同功率、不同电压、不同转速的高压电动机实现变频调速的需要。

(6) 采用的多功能变压器、低压变频器、改装后的高压电动机均为耐用设备, 变频控制柜全部采用低压元件, 加之系统的优化控制和多种保护功能, 因而运行安全可靠。

(7) 多种控制模式。该系列产品均可实现恒压控制、变压控制、手控/自控切换、变频/工频切换、短时升频超速运行等多种控制功能。

(8) 成本低, 工期短。设备成本比国内外的高压变频装置低20 %～30 %, 施工周期也仅为其1/2～1/4。

4 结语

变频技术在水厂的应用情况表明, 水泵采用变频调速不仅节电, 降低生产成本, 而且减少起动时对电网的冲击, 操作简便省力, 还能改善工作环境。转速降低后噪声降低, 磨损减小、寿命延长, 维修量也减小。此外, 容易实现自动化, 可根据生产工艺的要求使流量控制得更为准确快速。

摘要：论述了水泵高压电动机变频调速的节能原理和变频调速方式。介绍了TG系列高一低压变频调速集成装置的工作原理和技术特点。

变频技术与电动机调速篇4

【关键词】变频调速技术应用课程改革教学实践

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）11C-0086-02

目前，工矿企业的三相异步电动机基本采用变频调速控制，它可以在不改变设备的情况下，灵活调整电动机的转速，以适应企业生产工艺流程变化，起到节能降耗作用，能够使设备高效运行。这是一种新颖的控制技术，开创了一个全新的智能电机时代，变频控制技术改变了异步电动机陈旧的控制运行模式。基于此原因，在制造类专业，如机电一体化技术、电气自动化技术等，变频调速技术应用成为不可或缺的一门重要课程，承担着职业技能培养、向社会和企业输送合格人才的重任。

一、课程教学现状分析

（一）课程定位

根据专家调研和企业用工调查，课程相关的就业岗位有：操作监控员、维修电工、销售工程师、工程技术员，其中普遍初次就业岗位是操作监控员。无论何种岗位，都具有共性，即应具备安装、调试、设计、维护、设备相关资料收集整理等方面的能力。从此出发，围绕职业能力培养，通过课程的学习，应能够让学生了解熟悉变频调速技术的专业知识，掌握变频器调速技术的基本原理及其应用，重点掌握目前一种流行的变频器的硬件电路接线、相关参数的设置、交流电机的运行与控制，并养成认真的工作作风和严谨的工作态度，树立岗位责任意识，养成科学的思维方法和综合的职业能力，以适应就业岗位的需要。

（二）教学中存在的问题

变频调速技术应用是一门理论实践结合紧密的课程，实践是课程最佳的教学方法，也是学生能够掌握技能的唯一途径。现实中，教师普遍感觉课程的实践能力培养离初衷尚有一定的距离，归结起来有如下几方面原因。

1.学生兴趣不高，向学精神不足。当前高职学生来源广泛，有高考生、单招生和对口生，文理兼收，层次不一，理科基础参差不齐；以柳州铁道职业技术学院为例，由于铁路专业是特色专业，就业良好，大部分人入学目的是冲铁路专业而来，抱有转专业的想法，因而对非铁路专业课程学习热情不高，课堂上学生提得最多的问题是考试怎么考？容易过关吗？做完了，还要干什么？而不是思考这门课对自身有什么用、怎样才能学好。缺乏往深度、广度方向拓展的想法。因此，从入学开始，应该加强对学生的思想教育，使其端正态度，多作专业引导和宣传，促使学生了解专业内容与学习方向，形成专业规划，认识到行行有出息，做到学一行爱一行，最终激发兴趣，产生动力。

2.教师教学方法单一。现代教育理念中的师生关系，强调的是学生的中心地位，教师起指挥、引导、协调的作用，但是学生往往主动性不足，缺乏参与性，普遍存在懒于动手的现象，因此制约了教师教学设计的运用，然后落入传统的“传递─接受”教学模式，致使课堂效果低效或无果。教师要针对学生的不同特点和心理素质展开教学活动，要充分了解学生，设计教学时要针对不同的层次做好分层教学的多手准备，要有足够的耐心；教师自身要强化学习，要有宽泛的知识面，感染学生，要努力激发学生的兴趣，从而提高学生学习的主动性。

3.实训设备不能适应实训开展。接线和参数设置是课程学习重点，通常有关的实训设备是一个孤立的变频器器件，在接线与参数设置上需要耗费很多时间，极为不便。学生刚开始接触使用，较难理解各参数的意义和设置值，对各相互交织的关系更是无法掌握，老师面对众多的学生往往顾此失彼。为此我们利用组态技术开发了“变频器实训系统”这一装置，申请且获得了国家专利。该装置能够读写变频器的全部参数值，教师能够做到对每台变频器的参数设置情况一目了然，同时附带有实例帮助，指导学生练习或自学，能够实现教与学的直观性、方便性，降低了学习难度，曾应用于多个班级的教学实践，取得了良好效果，起到了保障教学质量的重要作用。

4.教材方面的因素。相当多的高职教材是职业学院教师根据自身的经历和本校实训实验设备编写成的，由于各学校情况不同，如果照章编制教学计划，则一些内容无法开展实践活动。所以，教师在制定教学计划时应以教材为蓝本，针对本校设备和学生情况灵活取舍。

5.课程之间衔接不良。变频调速系统可以由单一的变频器构成，但更多是与PLC组合在一起，通常本课程安排在PLC课程之后，相隔时间较长。高职学生自学能力普遍不足，对知识的记忆力差，在本课程需要运用PLC知识时，学生普遍反映忘了。所以最好两门课程同时进行，既可了解PLC的实际应用，也可避免知识脱节。

二、课程教学改革对策

（一）按照学习进阶，重新规划实践内容

变频控制貌似复杂，实质上就是要电动机按需要转起来、快慢可控，故问题的本质就是向变频器输入控制电动机启停、换向的命令信号，及改变电动机快慢的频率信号。

我们选择西门子变频器作为教学载体。西门子M系列变频器参数虽然很多，起关键决定作用的参数是P0700（命令信号）和P1000（频率信号）。所以以命令信号为主线，以频率信号为辅线，将实践内容分基本内容、进阶内容、综合能力训练三部分，基本内容表1所示，以单一的命令信号结合不同的频率信号构成，着重于理解。

进阶内容在基本内容基础上将命令信号分别改为端子排输入和 PLC的USS 输入，频率信号依照表1重复进行。综合能力着重于实际问题解决，只给出项目要求，然后由小组依照工程分析、决策、实施、检查评价、总结几个步骤完成，本阶段让学生自由发挥，不限制思路，能够检验技能的掌握程度。

（二）更新教学方法，强化师生互动

高职学生的另一特点是喜动厌静，为了讲授理论而作冗长的分析、说理不但不能引起学生的兴趣，反而导致学生昏昏欲睡。怎样让学生抬起头、放下手机，专注于学习，是教师面临的现实问题。实践中，我们采用“先做后学，边做边学”的教学方法，教师亲自动手，做出示范实例，给学生参观，要求学生依样画葫芦般模仿，目的是使其建立感性认识，然后引导他们思考：为什么会这样？接着讲明原因，师生交替互动，配合完成教学内容。

（三）借助辅助手段，扩充教学资源

由于学生人数众多，个人接受能力有不同，性格有差异，可能一时未能理解透彻，因此引入微课教学，供学生在课内外反复观看。在微课的设计上，主要以知识点为单元，突出电气规范性、内容完整性、步骤清晰性，数量充足、时间避免冗长。通过微课视频，可训练和培养学生自主学习的能力，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，提高他们的动手能力。使得教师从重复的讲解中解放出来，将更多精力投入课堂组织、答疑解惑以及安全管理方面。

（四）以人为本的教学保障

加强对学生的思想教育，改变想法，为未来打基础，去企业参观，建立感性认识；引领学生，关心关爱学生，做到主动关心某些内向学生。特别是把到企业参观作为教学内容之一，不仅能使学生了解本专业领域目前的生产、设备、技术、工艺的现状和发展趋势；同时也能熟悉职业岗位的特点、职业工作的过程和内容、管理模式。

教师要加强自身能力建设，主动下企业熟悉工作情境、工作任务和工作流程，能熟知本课程内容在企业中的实际应用；能够分析学生特点和心理，根据学习规律建设课题库，设计教学内容与方式，能够针对不同的工作类型特点，变换教学方式。教师应该树立终身学习，努力提高理论水平和技能水平的思想，绝对不能满足于完成教学时数的念头，尤其是青年教师。职业技能比赛是很好的锻炼，例如全国职业院校“自动线安装与调试”技能大赛、“电气控制系统安装与调试”技能大赛中均设置了参赛指导教师竞赛环节，竞赛内容包括针对竞赛考核装置设备的专业课程的整体教学设计，还需要对某一次课或者某一个工作站的现场课程教学讲解，检验参赛指导教师综合运用教学载体进行专业教学的课程设计和实施能力。

教学效果的取得依赖于教师和学生双方良好的互动，任何一方的缺失都不可能达成目标，教师应了解学生、关心学生、服务学生。只有这样，才能为社会、企业培养出高素质的劳动者和技能型人才，同时收获个人的职业成就感。

【参考文献】

[1]陈凤光.以市场为导向的高职“双师型”师资队伍建设研究[J].广西教育，2015（4）

【基金项目】广西高校科研立项项目研究成果（KY2015YB475）

【作者简介】黄戈里（1964— ），男，广西南宁人，柳州铁道职业技术学院副教授，研究方向：电气自动化技术，职业教育。

变频技术与电动机调速篇5

作为一种电力变换器,变频调速系统主电路(整流和逆变电路)是功率电路,在通常情形下,其电路中的电压会达到百伏甚至更高,电流会达到几安培甚至更高。变频调速系统集成度逐渐变大、集成体积逐渐变小、功能逐渐变强、性能逐渐稳定化。

1 微电子工艺集成电机变频调速系统

1.1 问题解决方案

应用微电子工艺集成电机变频调速系统的过程中存在耐压和隔离、控制电路与功率主电路接口、热效应、磁技术和电路的集成检测等问题,以下分别介绍应用微电子工艺集成电机变频调速系统的技术方案。

1.1.1 耐压和隔离

在变频调速系统中,电路既有高压部分也有低压部分,但在半导体集成电路中,硅具有导电性,因此为防止出现器件之间电连接现象,须将其与各电路器件隔离,若不隔离,会有微小的附加电流产生,使功率集成芯片的功耗大大增加;与此同时,高电压也会向低压电路传递,传递过程中有可能击穿电压电路的器件。为避免上述情况的发生,在功率集成电路中可以选择NP结隔离技术、电荷控制隔离技术、介质隔离技术、微细晶体群隔离技术和腐蚀—填充隔离技术等实现电隔离。

1.1.2 控制电路与功率主电路接口

在通用的电机变频调速系统中,控制电路与功率主电路接口由专用的驱动电路芯片或由变压器隔离驱动电路组成,驱动电源大部分采用多路相互隔离的电源供电。而在应用微电子技术集成化的变频调速系统中,目前无法将电感器件集成到芯片中,无法提供多路的相互隔离的电源,必须采用其他类型的驱动电路。

1.1.3 热效应

变频调速系统集成过程中应用微电子技术需解决的关键问题是热效应问题。不仅由于其主电路中会发生开关和导通损耗,而且由于芯片封装之后具有热阻,封装热阻对于由功率损耗导致的热量散失十分不利。在芯片温度升高的情况下,将会导致电路性能参数变坏,最终降低可靠性。若要有效解决热效应问题,应从各个方面,例如电路拓扑设计、版图设计、封装工艺入手。

1.1.4 磁技术和电路的集成检测

(1)MOS功率集成电路。MOS集成技术又可划分为高压CMOS和D/CMOS技术,前者通常运用于开关制作过程中,如图1、图2所示分别为双深陷和浅陷高压CMOS剖面图。其中前者可以与CMOS双极技术兼容,后者中高压和低压MOS制作过程中可运用标准相同的CMOS技术。DMOS技术通常有自隔离D/CMOS、结隔离D/CMOS和隔离互补D/CMOS集成技术。

(2)BIMOS集成技术。在功率集成过程中,BIMOS集成技术运用比较普遍,按照结隔离运用实际情况,可分为厚外延和薄外延BIMOS集成技术。前者制作厚外延层,高压输出管通常为LDMOS或VDMOS,通过这种技术能够集成高压LDMOS、高压VDMOS、低压NPN和低压PNP、低压CMOS;后者制作于薄外延层上,高压输出管为RESURF器件,BIMOS集成技术能获得较高的电压。

(3)SMART功率集成技术。SMAR功率集成技术通过平面技术,对功率集成电路具有针对性的集成技术。在现阶段,功率集成器件运用较为普遍。其名称为SMART功率集成器件,本质上是一种实现了智能化的功率/高压集成电路。MOTOLA公司SMART功率集成器件的输出通过外延基区纵向PNP晶体管,集电极装置位置为芯片背部,衬底运用低电阻率p+,使15A时RCE是70MW;逻辑电路选择吕珊CMOS,制作于n-外延层上,CMOS无须纵向和横向隔离,能够实现自隔离。开关选择PNP晶体管极电结在开态状态下处于正偏并且产生注入,因此高压PNP管和低电路之间的隔离必不可少,通过p+隔离扩散实现n-外延层的穿透。在T-MOS功率管、T-MOS可挂硅整流器、大电流稳压器等领域SMART功率集成器均可使用。

1.2 应用微电子工艺的可行性问题

在小功率范围值内,电机变频调速运用微电子工艺进行集成通常能够实现。受制于目前微电子工艺水平和这项工艺的自身特点,现阶段在集成电机变频调速系统中应用微电子工艺功率仅局限于很小范围内。

2 结语

近几年受到电子信息行业迅猛发展的推动,微电子技术发展变化翻天覆地,各种不同类型的控制芯片不断涌现,系统芯片步入集成的阶段。与此同时,高压集成芯片也会随着微电子技术的发展逐渐成熟和发展起来。

参考文献

[1]徐兵.采用蓄能器的液压电梯变频节能控制系统研究[D].杭州:浙江大学,2011.

[2]胡长生.小型电动机变频调速系统集成技术研究[D].杭州:浙江大学,2012.

[3]崔博文.电动机变频调速系统故障检测与诊断技术研究[D].西安:西北工业大学,2012.

变频技术与电动机调速篇6

关键词：交流,变频调速,原理

随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展, 交流电动机调速系统的性能越来越好, 特别是鼠笼式交流异步电动机的变频调速系统, 其性能已与直流电动机调速系统相媲美。由于鼠笼式交流异步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、坚固耐用、工作可靠、维护方便、适应性强等一系列优点, 而且功率、转速、电压的允许值高于直流电动机, 所以交流变频调速技术得到了迅速的发展, 并有取代直流电动机调速的趋势。

1 变频调速

在拖动系统中, 用变频器驱动电动机的目的就是实现调速, 让电动机按照希望的方式运转。但不论系统是否采用调速, 稳定运行是必须的, 即要求系统在受到扰动时有自动恢复的能力。交流调速传动, 主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动。除变频以外的另一些简单的调速方案, 例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等, 虽然仍在特定场合有一定的应用, 但由于其性能较差, 终将会被变频调速所取代。

变频调速就是指改变供电电源频率, 同步转速随之变化, 从而改变电动机转速。变频调速范围宽, 平滑性好, 效率最高, 具有优良的静态及动态特性, 是应用最广的一种高性能交流调速。电动机械特性随电动机自身电气参数改变而改变, 但由于系统转动惯量的存在, 转速不能突变, 一旦外部施加的电气参数改变, 必然引起电动机电磁转矩的突变, 从而破坏原来的转矩平衡关系而产生新的系统合转矩。该合转矩将对系统产生一个加速度, 使系统加速或减速。当外部参数稳定之后, 系统转速过渡到新的稳定状态, 这个加速或减速过程就称为调速过程。

2 交流电机的分类

根据采用的电流制式不同, 电动机分为直流电动机和交流电动机2大类, 其中交流电动的拥有量最多, 提供给工业生产的电量多半是通过交流电动机加以利用的。交流电动机的诞生和发展已有100多年的历史, 至今已经研究、制造了形式多样、用途各异的各种容量、各种品相的交流电动机。交流电动机分为同步电动机和异步 (感应) 电动机2大类。电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系, 即是同步电动机;反之, 若不保持这种关系, 即是异步电动机。根据统计, 交流电动机用电量占电机总用电量的85%左右, 可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位。

3 异步电动机变频调速的基本控制方式

3.1 变频调速的基本要求

为了充分利用铁芯材料, 在设计电机时, 一般将额定工作点选在磁化曲线开始弯曲处。因调速时希望保持每极磁通Фm为额定值, 即Фm=ФmN。因为磁通增加, 将引起铁芯过分饱和, 励磁电流急剧增加, 导致绕组过分发热, 功率因数降低;而磁通减少, 将使电动机输出转矩下降。如果负载转矩仍维持不变, 势必导致定、转子过电流, 也要产生过热, 故而希望保持磁通恒定, 即实现恒磁通变频调速。

3.2 变频调速的基本控制方式

交流异步电动机调速时, 和电流电动机一样, 希望保持电动机中每极的磁能为额定值, 并且保持不变。如果磁通太弱, 电动机的铁心得不到充分利用, 造成浪费, 如果磁通太强, 会使铁心饱和, 导致过大的励磁电流, 严重时会使绕组过热而破坏。异步电动机定子每相绕组感应电动势:

式中, N1为定子绕组每相串联匝数;KN1为基波绕组系数;Фm为每极气隙磁通。

由上式可见, Фm的值是由E1和f1共同决定的, 对E1和f1进行适当的控制, 就可以使气磁通Фm保持额定值不变。

由此表明, 在基频以下调速, 即当频率f1N从额定值f1向下调节时, 保持磁通Фm不变, 必须按比例降低Eg, 据此可采用电动势频率比恒定的控制方式, 即Eg/f=常数, 要直接控制Eg比较困难, 但当Eg较大时, 可认为定子相电压U1=Eg (忽略定子绕组的漏磁阻抗压降) , 于是有:U1/f1=常数。

按上式控制f1和U1时, 交流异步电动机的机械特性是一簇平行曲线, 当f1降低时, 交流异步电动机产生的最大电磁转矩也低, 这是因为当f1降低时, z/l和5d也降低, 这时, 定子绕组的漏磁阻抗压降所占的比例增大, 不能再忽略。因此U1/f1保持为常数已不能保持Фm恒定, Фm会逐渐减少, 从而导致电动机电磁转矩 (包括最大电磁转矩) 降低。当f1很低时, 电动机负载能力太低。可见, 低频调运只适用:F转矩随转速下降而下降的风机类负载及调速范围不大的场合。

在基频以上即f1从额定值f1N往上增高时, 定子电压的增设不能超过其额定值, U1N不变时, Фm将成反比下降, 从而导致电动机最大电磁转矩随转速升高而减小, 这相当于直流电动机弱磁升速的情况。可见, 基频以上调速时, 电动机的输出功率近视保持不变。这种调速方式称为恒功率变频调速。

3.3 变频器的类型

交-直-交变频器的作用是特工频交流电 (频串和电压幅值恒定) 经过整流器整流成为直流电, 直流电再经过逆变器变换成可变压变频的交流电。根据控制方式的不同, 交-直-交变频器可分为3种形式:

(1) 可控整流量调压、变频器调频的交-直-交变频器。这种变频器调压和调频分别由互相协调配合的2个控制电路实现。

(2) 不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频的交-直-交变频器。这种变频器的整流环节由二极管构成, 只整流不调压, 斩波器用于脉宽调压。

(3) 整流器整流、脉宽调制 (PWM) 、逆变器调压调频的交-直-交器不控变频器。这种变频器用PWM逆变, 输出谐波较小, 而且输出波形非常接近正弦波。

交-直-交变频器适用于各种电力拖动系统、稳压稳频电源和不停电电源。交-交变频器的作用是将工频交流电 (频率和电压幅值恒定) 经过交-交变频器直接变换成变压变频的交流电。电压源型交-直-交变频器和电流源型交-直-交变频器的主要区别在于中间直流环节所采用的滤波器。

4 变频器的常用功能

4.1 变频器的升速功能

升速时间长, 意味着频率上升慢, 电动机在起动过程中的转差小, 动态转矩小。其结果是减小了起动电流;反之, 升速时间短, 意味着频率上升快, 如拖动系统的惯性大, 则电动机转子的转速将跟不上同步转速的上升, 结果使转差和动态转矩增大, 导致升速电流超过允许值。升速过程属于从一种稳定运行状态转换到另一种稳定运行状态的过渡过程, 在这段时间内, 通常是不进行生产活动的。因此, 升速时间应在不过流的前提下, 越短越好。

变频器除了可以控制升、降速时间外, 还可以通过对升速方式的预置, 对不同时段的加速度进行控制。常见的升速方式有3种:

(1) 频率与时间成线性关系, 多数负载可预置为线性方式。

(2) S形方式, 在开始阶段和结束阶段, 升速的过程比较缓慢;而在中间阶段, 则按线性方式升速。如在电梯的起动和停止过程中, 如果加速度变化过快, 会使乘客感到不舒服, 故以采用S形方式为宜。

(3) 半S形方式, 升速过程呈半S形, 例如, 鼓风机在低速时负载转矩很小, 升速过程可以快一些, 但随着转速的增加, 负载转矩增大较多, 升速过程应减缓一些, 采用半S形升速方式是比较适宜的。

4.2 变频器的过载保护功能

从根本上说, 对电动机进行过载保护的目的, 是使电动机不因过热而烧坏。因此, 进行保护的主要依据便是电动机的温升不应超过其额定值。

5 结语

变频器不仅具有卓越的节能作用、显著的调速性能和保护功能, 还具有优越的控制方式。应用变频调速, 不仅可以使电动机在节能的转速下运行, 而且还可以大大提高电动机转速的控制精度, 提升工艺质量和生产效率, 是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。

参考文献

[1]张燕宾编著.变频调速460问[M].机械工业出版社, 2006

[2]李发海, 王岩编著.电机与拖动基础[M].清华大学出版社, 1994

[3]国家发展和改革委员会节能信息传播中心.工业企业节能技术指南汇编[M].中国环境科学出版社, 2009

变频技术与电动机调速篇7

关键词：最优控制,电动钻机,变频调速,研究与开发

1概述

采矿业是现代工业的的重要部门, 对经济社会的发展有重大意义。电动钻机是一种应用广泛的凿岩设备, 与其他凿岩设备相比较, 有着非常突出的优点, 如在节能、高效方面, 其电能利用率高达50%-60%, 超过液压凿岩机的效率一倍左右, 是气动凿岩机效率的5倍以上。但是目前所使用的电动钻机也存在钻速较低的缺点, 尤其是面对硬岩, 它的转速只有气动凿岩机的50%左右, 严重的影响了电动凿岩机的推广使用。造成这一缺点的主要原因是目前的主流电动钻机直接使用交流工频电源 (50HZ) , 不能随着工作环境 (矿物硬度、钻孔孔径、深度) 改变输出转矩、转速, 使得工作效率较低。本文基于最优控制原理设计了一种可变频调速的电动钻机, 采用DSP处理器控制可程控的变频交流电源, 输出不同频率、幅值的交流电, 进而改变电动钻机的输出转矩和转速。经验证, 可以有效的改善了电动设备的工作性能。

2硬件系统设计

2.1电动钻机整体结构设计

本文所设计的变频电动钻机, 由机体、变频电动机、回转机构等部分组成。在工作中, 根据工作对象的性质 (岩石、矿体的硬度、厚度、韧度等) , 由软件计算出频率调节信号, 再由辅助电源驱动处理器, 输入频率调节信号到DSP处理器, 处理器控制调节主电源输出一定频率和电压的电信号, 驱动变频电动机运转, 输出需要的转矩和转速。对于不同的岩石及矿体, 操作人员可通过不断调整电源频率使凿岩效率达到最高。其整体原理结构如图1所示。

2.2变频电机的选择

为体现变频调速的优势, 本设计中将原电动钻机中的1350W小型异步电动机改为1.5KW变频电机, 此变频电机为YVP系列变频调速异步电动机。绝缘为F、H级, 防护等级为IP54、IP55、IP56。可附带各种光电编码器 (或测速发电机) 传感器装置等, 同时可提供配套变频调速器。产品适应各种变频电源的高频冲击, 确保电机在最低速和最高速时均具良好的工作特性。

2.3变频电源的设计

本设计采用DSP处理器为控制元件来设计变频电源的, 克服了以往采用单片机的变频电源系统灵活性较差, 无法实现实时变频变压的缺点。利用它强大的运算能力和低廉的价格, 很好的解决实时性与成本的问题。本设计中的变频电源, 额定输出功率不小于5KW, 输出电压为220~380v, 输出频率为20~400Hz可调。以美国TI (Texas Instrument) 公司的16位定点DSPTMS320LF2407A为插补处理器, 它集成了编码器信号采集和处理电路, D/A输出电路, 扩展存储器电路等。以TMS320LF2407A为核心构建硬件系统, 由辅助电源驱动处理器, 实现16KHZ载波频段, 静音运行, 输出谐波含量小。输入频率调节信号到DSP处理器, 处理器控制调节主电源输出频率, 使之按调节需要输出变频电压信号驱动电机设备。另还可按照要求附加显示设备, 将调节信号频率输出显示在液晶屏上。变频电源结构图如图2所示。

3基于最优控制的软件系统设计

3.1最优控制原理

最优控制理论是现代控制理论的重要组成部分, 其原理就是根据各种不同的研究对象以及人们预期要达到的目标, 寻找一个最优控制规律, 或设计出一个最优控制方案或最优控制系统。最优控制理论需要解决的主要问题是:根据已建立的被控对象的时域数学模型或频域数学模型, 选择一个容许的约束条件, 使得被控对象按预定要求运行, 并使给定的某性能指标达到最优值。

3.2异步电动机状态方程

按照异步电动机的数学模型, 推导出其状态方程 (约束条件) 如下:

3.3主程序流程图 (图3) 。

4性能改进实验

本文设计的变频调速电钻机, 经理论计算、模拟仿真、样品制作后, 在湘西同力机械公司、武陵电化总厂金属包装厂经过多次实验表明, 在不同频率、不同负载情况下, 输出转速和转矩可基本实现实时控制, 具有较好的工作稳定性和抗干扰能力。与对比的原型机相比, 转孔速度有一定的提高。

5结论

电动钻机由于钻速较低的缺点, 目前在市场的应用不如气动式、液压式凿岩机。但是其在高效、节能方面有着很突出的优势, 因此利用各种方法改善缺陷, 提高效率将是未来研究的热点。而采用变频调速的原理, 结合工控技术应是其中的重要课题。

参考文献

[1]冯勇, 叶斌.IGBT逆变器吸收电路的仿真分析与参数选择[J].电力机车技术, 1999, (2) :12-14.

[2]程永华, 杨成林, 徐德鸿.基于DSP变压变频电源设计[J].电力电子技术, 2003, 37 (5) .

[3]陈国呈.电压型PWM逆变器的波形失真及其补偿方法[J].冶金自动化, 1990, 14 (3) :11-14.

[4]赵勇.基于IGBT大功率变频电源的研制[D].济南:山东大学, 2006.

[5]李锋.基于DSP的SPWM变压变频电源的设计[D].长沙:湖南大学, 2008.

变频技术与电动机调速篇8

一般来说, 三相异步电动机具备更好的应用效益, 通过其相关材料成本、运作成本等的控制, 有利于促进该电动机的有效普及。其具备普通单相电动机无法比拟的优势, 比如良好的运行性能、较低的材料成本。通过对转子结构模式的划分, 三相异步电动机可以分为多种模式, 这要针对实际的应用场合, 展开相关变频调速系统的有效选择了, 从而实现电动机的最大利用效益的实现, 满足现实工作的发展需要。

1 关于交流电动机变频调速环节的分析

三相异步电动机主要分为绕线模式与笼式模式, 这两种模式具备各自的优缺点。一般来说, 笼式三相异步电动机的应用范围是比较广泛的, 其价格是比较低的, 运作安全性高, 结构模式简单, 方便操作。这种应用模式也存在一定程度的缺陷, 比如其调速的困难性, 难以实现其调速环节的优化。绕线式电动机也有其自身的运作优势, 通过其变阻器电阻的有效控制, 可以保证电动机转速模式的有效调节, 实现电动机起动性能的有效提升。交流电动机不论是三相异步还是同步的, 只要设法改变三相交流电动机的供电频率, 就可方便地改变电机的转速。它比改变极对数, 和转差率, 两个参数要简单得多, 特别是近年来, 静态电力变频调速器技术的飞速发展, 使得三相交流电动机变频调速成为当前电气调速的主流。实际上, 仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频效果。在应用变频调速时, 需同时改变电压和频率, 才能保持磁通的基本恒定。

为了满足现实经济的发展, 进行一系列的电动机模式及其变频器模式的有效组合, 是非常必要的, 通过其控制体系的应用, 来满足实际生产工作的需要。一般来说, 三相异步电动机开环控制模式存在多种变频器调速模式, 其控制方式是通俗易懂的, 其工作可靠程度是比较高的。也是受到开环控制模式的影响, 无论是其动态响应环节及其精度控制环节都存在一定程度的麻烦, 这需要针对实际应用场合, 展开相关区域电压的有效调整, 在调整过程中, 其低速区域的电压调整是比较复杂的, 如果不能实现该环节的有效控制, 其调度精度的提升及其调速范围扩大的实现是基本不可能的。由于受到转差率的影响, 异步电动机的最大利用效益是难以实现的, 这需要一系列的变频器的应用, 实现其功能效益的提升。通用变频器异步机开环变频调速仅适用于一般场合, 例如风机、水泵等机械。三相异步电动机开环控制的矢量变频器调速控制。与上述通用比较, 两者的差别仅在使用的变频器不同。由于使用无速度传感器矢量控制的变频器, 可以分别对异步电动机的磁通和转矩电流进行检测、控制, 自动改变电压和频率, 使指令值和检测实际值达到一致, 从而实现了矢量控制。虽然是开环控制系统, 但是大大提升了静态精度和动态品质, 转速响应也较快。它应用于生产要求不太高的场合, 可达到控制结构简单, 可靠性高的实效。

2 关于三相异步电机变频调速环节的分析

为了实现三相异步电机变频模式的有效选择, 实现其变频器模式的有效应用是非常必要的, 这需要通过一系列的电力半导体器件的应用, 来满足其工频电源的有效转换。在现实工作场合中, 变频器的应用范围也是比较广泛的, 这也有赖于三相异步电机的有效普及。目前来说, 现阶段应用比较普遍的变频模式, 其主要是利用矢量控制变频来实现具体操作的。这需要进行工频交流电源的有效应用, 实现其直流电源的有效调整, 保证其直流电源的有效转换, 从而满足电动机的发展需要。为了更好的进行三相异步电机变频调速的选择, 实现其相关变频器电路的选择是非常必要的。变频器的应用, 需要遵循一定的顺序性, 比如整流环节、直流环节等的应用。在整流应用模式中, 要进行相关类型的三相桥式逆变器的应用, 其输出为PWM波形, 中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器选型, 变频器选型时要确定以下几点:采用变频的目的;恒压控制或恒流控制等。变频器的负载类型;如叶片泵或容积泵等, 特别注意负载的性能曲线, 性能曲线决定了应用时的方式方法。变频器与负载的匹配问题;电压匹配;变频器的额定电压与负载的额定电压相符。电流匹配;普通的离心泵, 变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数, 以最大电流确定变频器电流和过载能力。转矩匹配;这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。

在变频器的应用过程中, 通过相关应用环节的控制, 可以保证电机的有效驱动。受到高速电机的自身应用性质的应用, 变频器的选择, 要保证其内部电容量的控制。这是高速电机变频器选择的关键, 只有做好该环节的工作, 才能保证其普通电机选型的有效选择, 实现变频器的综合利用效益的提升。在变频器的电缆运作过程中, 可以通过相关措施的应用, 保证地耦合电容的有效控制, 实现变频器的有效应用。这对于电动机的综合利用效益的提升是非常必要的。通过对上述模式的采取, 可以避免变频器工作过程中的各个麻烦。所以在这样情况下, 变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。对于一些特殊的应用场合, 如高温, 高海拔, 此时会引起变频器的降容, 变频器容量要放大一挡三相异步电动机闭环控制矢量变频器调速系统。矢量控制异步电机闭环变频调速是一种理想的控制方式, 它具有如下优点:可以从零转速起进行速度控制, 即甚低速亦能运行, 因此调速范围很宽, 可达到100:1或1000:1;可以对转矩实行精确控制;系统的动态响应速度甚快;电动机的加速度特性很好。

通过对相关变频调速技术的有效应用, 实现其异步电动机综合利用效率的提升。这需要积极进行相关异步电动机配套设备的优化, 比如速度传感器的应用, 从而确保移动电动机的有效工作, 保证其工作质量效率的提升。受到相关外界因素及其电动机内部因素的影响, 如果不能实现速度传感器的有效安装, 并且受到一些操作行为的限制, 比如多了反馈电路和环节, 也增加了出故障的机率。因此, 在必须采用的情况下, 对于调速范围、转速精度和动态品质要求不是特别高的场合, 适宜采用无速度传感器矢量变频器开环控制异步机变频调速系统。

在不同的应用场合, 必须要展开相关电动机应用模式的选择, 比如永磁同步电动机的应用, 该模式实行了对变频调速系统的有效选择, 实现其电动机开环控制模式的有效选择, 具备比较简单的电路控制模式, 可以满足现实工业的发展需要。广泛应用于各行各业的风机、水泵类负载;应用于重载及调速精度要求较高的场所;应用于轧钢、纺织、化纤等多电机同步传动系统, 各种方式的应用示例在此不一一例举。

3 结束语

变频技术与电动机调速篇9

在工业企业中, 随着工艺要求和生产效率的提高, 许多设备需要调速控制。调速方法既有传统的液力耦合器调速、串电阻器调速等, 也有运用先进的电子技术实现的串级调速、变频调速等。本文针对现代控制领域中技术成熟并经常使用的串级调速和变频调速的特点, 就以下几个方面作比较, 分析其优缺点。

1 串级调速与变频调速的概念

晶闸管串级调速系统是在绕线型异步电动机转子侧用大功率二极管或晶闸管, 将转子的转差频率交流电变为直流电, 再用晶闸管逆变器将转子电流返回电源或返回电动机定子侧的反馈绕组的一种调速方式。将转子电流返回电源是常规式的串级调速, 而返向电动机定子侧是最近发展的内反馈式串级调速。

变频调速是一种高效率、高性能的调速方式, 采用异步电动机 (或同步电动机) , 使其在整个工作范围内保持在正常的小转差率下运转, 实现无级平滑调速。

2 串级调速与变频调速特点比较

2.1 对需要调速电机的要求

(1) 串级调速必须使用特殊的电机, 该类电机转子回路需外加调速绕组, 制造工艺复杂, 制造成本较高;维修时比较麻烦, 维修费用也较高。串级调速所用电机属于非标产品, 串级调速系统在功率较大时, 可靠性低。另外, 电机转子上有滑环, 维护工作量大;当转速较高时, 滑环的制造工艺复杂。串级调速不能用于两极电机, 也不能一拖多运行, 在运行电机和备用电机之间不能互相切换。

(2) 变频调速可以使用通用型异步电机, 也可使用变频调速电机。该类电机制造工艺为常规制造, 无特殊要求, 故制造成本低, 维护费用也低。变频调速可以实现一套变频调速系统拖动多台电机运行, 也可以实现运行电机和备用电机之间进行切换。

2.2 功率因数

变频调速在整个负载范围内, 电网侧的功率因数都在0.95以上, 所以无需附加任何功率因数补偿措施。

串级调速控制部分的功率因数可以达到0.9左右, 但这只是系统功率很小的一部分, 其电网侧的功率因数随着转速的下降而下降, 低于异步电机本身的功率因数, 一般小于0.7。故用户必须增加电容补偿装置提高功率因数。因为功率因数是随着负载变化而变化的, 无功功率补偿要做到动态连续补偿, 在技术上是很难解决的。

2.3 谐波

变频调速:在电网侧采用多脉冲整流, 如12脉冲、18脉冲、24脉冲甚至更多脉冲, 电机侧采用多级PWM调制, 使其电网侧和电机侧的谐波较小。

串级调速的变流器采用6脉冲整流和逆变, 在转子绕组、变流器、内馈绕组存在谐波, 定子绕组肯定会受到影响, 其谐波电流比变频调速更加明显。

2.4 效率

变频调速与串级调速都是技术界公认的高效调速方式。变频调速的效率一般在96%左右。

串级调速的效率不会比变频调速具有明显的优势, 这是因为: (1) 由于有内馈绕组, 电机的效率肯定低于标准异步电机; (2) 在调速运行中, 有一部分能量在定子绕组-转子绕组-调速装置-内馈绕组之间循环; (3) 系统的功率因数低, 铜损大; (4) 转子绕组、变流器、内馈绕组存在谐波, 影响电机效率; (5) 定子绕组与内馈绕组的耦合效率较低。

2.5 调速范围及调速精度

变频调速的调速范围是0~120%, 全范围无级调速, 能精确调节电机的转速, 误差在几转之内。

串级调速的调速范围一般为60%~95%, 95%以上就必须切换到工频运行。如果要增大调速范围, 则价格优势不复存在, 技术难度也将加大。

串级调速依靠转子导出的功率来调节转速, 两者之间的函数关系非常复杂, 只能做到大致的调节。

2.6 启动方式

变频调速可以做到完全的软启动, 启动平稳, 启动电流小, 不会产生冲击电流, 也不会造成电网电压波动而使电机启动困难。

串级调速在启动时先切换到工频, 绕线型电机在转子回路串频敏变阻器启动, 启动电流达到额定电流的3倍左右, 故会造成电网电压波动。启动后, 将频敏变阻器切除, 变流器投入, 进行调速。

2.7 安全停产操作

变频调速对断电停机操作顺序无特殊要求, 当出现故障时, 允许用户直接断开电网电源侧的高压开关, 不会造成生产流程问题或生产设备故障。

串级调速在停机停止生产时, 必须先将变流器切除, 切换到工频运行, 再断开电网电源侧的开关停机, 直接断开电机是不允许的非正常操作, 用户必须设计工艺过程满足这一要求。

2.8 对电网电压波动或短时断电的适应性

高压变频器对电网有极强的适应能力, 允许电网电压波动±15%, 不影响生产, 电网失电3 s不停机。