电动变频（精选9篇）
电动变频 篇1
随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展, 以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展, 变频调速技术应用越来越广泛, 涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域, 目前, 交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎, 变频调速技术的应用取得了显著的经济效益。变频器及电动机的选用在很多书籍中也有介绍, 在选用、使用中注意事项要多方面考虑。
1 案例
主扇风机作为煤矿大型设备, 在安全生产中起着重要作用, 被誉为矿井“肺脏”, 主扇风机的运行情况, 直接威胁矿井的安全。山东能源集团贵州矿业有限公司一矿为高瓦斯新建矿井, 主扇风机选用2台FBCDZ-8№23 2×200k W型矿用防爆轴流式, 一用一备, 驱动电动机型号为YBF355L2-8, 电动机额定容量为200k W, 额定电压为660V, 佳木斯电动机股份有限公司生产, 采用ABB公司生产的ACS-800系列变频器控制, 额定风量2220~6085m3/min, 该套主扇风机2012年10月1日投入运行。2012年11月10日10:10, 1#主扇风机突然停止运转, 值班司机倒运2#主扇风机, 并汇报相关部门。维修工赶到现场, 经现场检查、检测, 电动机烧毁。
经分析主要原因是该主扇风机电动机选用非变频器专用电动机, 由于为新建矿井, 需风量小, 频率调整在30 Hz运行, 低于8极电动机长期运行范围。
2 交流变频调速电动机的选用
2.1 普通异步电动机
普通异步电动机都是按恒频恒压设计的, 不可能完全适应变频调速的要求。变频器对电动机的影响有以下几方面:
2.1.1 电动机的效率和温升的问题
不论那种形式的变频器, 在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流, 使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍, 以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例, 其低次谐波基本为零, 剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为:2u+1 (u为调制比) 。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗的增加, 最为显著的是转子铜耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的, 因此, 高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后, 便会产生很大的转子损耗。除此之外, 还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热, 效率降低, 输出功率减小, 如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下, 其温升一般要增加10%~20%。
2.1.2 电动机绝缘强度问题
目前中小型变频器, 不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫, 这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率, 相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压, 使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外, 由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上, 会对电动机对地绝缘构成威胁, 对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。
2.1.3 谐波电磁噪声与震动
普通异步电动机采用变频器供电时, 会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉, 形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时, 将产生共振现象, 从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽, 转速变化范围大, 各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。
2.2 变频电动机的特点
2.2.1 电磁设计
对普通异步电动机来说, 在设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机, 由于临界转差率反比于电源频率, 可以在临界转差率接近1时直接启动, 因此, 过载能力和启动性能不在需要过多考虑, 而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下: (1) 尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗, 以弥补高次谐波引起的铜耗增大。 (2) 为抑制电流中的高次谐波, 需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大, 高次谐波铜耗也增大。因此, 电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。 (3) 变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态, 一是考虑高次谐波会加深磁路饱和, 二是考虑在低频时, 为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
2.2.2 结构设计
在结构设计时, 主要也是考虑非正弦电源特性对变频电动机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响, 一般注意以下问题: (1) 绝缘等级, 一般为F级或更高, 加强对地绝缘和线匝绝缘强度, 特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。 (2) 对电动机的振动、噪声问题, 要充分考虑电动机构件及整体的刚性, 尽力提高其固有频率, 以避开与各次力波产生共振现象。 (3) 冷却方式:一般采用强迫通风冷却, 即主电动机散热风扇采用独立的电动机驱动。 (4) 防止轴电流措施, 对容量超过160k W电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称, 也会产生轴电流, 当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时, 轴电流将大为增加, 从而导致轴承损坏, 所以一般要采取绝缘措施。 (5) 对恒功率变频电动机, 当转速超过3000r/min时, 应采用耐高温的特殊润滑脂, 以补偿轴承的温度升高。变频电动机可在0.1Hz-130Hz范围长期运行, 而普通电动机长期运行频率不同, 2极的电动机长期运行范围为20~65Hz, 4极的电动机长期运行范围为25~75Hz, 6极的电动机长期运行范围为30~85Hz, 8极的电动机长期运行范围为35~100Hz。
综上, 普通电动机和变频电动机主要区别有以下几方面, 在选用时, 要根据电动机使用环境等实际情况进行考虑: (1) 散热系统不一样。变频电动机加强了槽绝缘, 一是绝缘材料加强, 二是加大槽绝缘厚度, 以提高承受高频电压的水平, 增大了电磁负荷。普通电动机工作点基本在磁饱和拐点, 如果用做变频, 易饱和, 产生较高的激磁电流, 而变频电动机在设计时增大了电磁负荷, 使磁路不易饱和。 (2) 变频电动机一般分为恒转矩专用电动机, 用于有反馈矢量控制的带测速装置的专用电动机以及中频电动机等。 (3) 调速技术对电动机的要求是三个方面:第一, 绝缘等级;第二, 强制冷却;第三, 转子轴承。如果超过基频向上调速, 还要考虑电动机结构的机械强度。 (4) 变频电动机在价格方面要比普通电动机高。
3 结论
本文根据现场设备使用情况, 通过对变频电动机与普通异步电动机电气性能差异比较, 变频器使用普通异步电动机的长期运行范围, 在选型时必须要根据实际情况, 组织有关部门进行技术、经济论证、调研, 选型合理;使用时必须加强技术业务培训, 做到三知四会, 变频器的频率调整在电动机允许的长期运行范围内工作。
摘要：随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展, 以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。变频调速技术应用越来越广泛, 涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。该文通过介绍了一起煤矿主扇风机电动机事故, 经过深入细致的研究分析, 详细说明了事故的原因, 并提出可行的防范措施, 对各煤矿今后杜绝类似的事故具有较高的借鉴性;并详细阐述了普通电动机与变频电动机的不同、特点, 在选用时应注意的相关事宜。
关键词：普通,变频,电动机,选用
电动变频 篇2
PWM变频器输出过电压和谐波对电动机的影响及抑制措施
随着电力电子技术和现代控制理论在交流变频器调速驱动系统的应用，特别是近年来，IGBT等高开关速率的电力电子器件及PWM变频调速技术的进步，变频器(或逆变器)越来越广泛地应用于工业生产和日常生活中，并且有取代直流调速传动的趋势。从目前国内看，中小容量的变频器调速系统使用的比较广泛，研制和开发技术还比较成熟，在使用的变频器中，低压变频器和100kW 以下的变频器占绝大多数，其中70％以上应用在风机泵类负载及压缩机上，如供水与供暖系统、输液系统和通风系统。在我国拖动风机泵类负载的电动机中，虽然大功率在数量上仅占20 ％，但在容量上却占80％以上。因此，大功率电动机的变频调速是现在节能措施中极为重要的手段。石化、化工、采矿、钢铁、发电及自来水厂等行业所拥有的大功率风机泵类负载节能改造对大功率变频器的需求很大，这对变频器行业来说是一急需开发的市场。但是，目前在我国变频器的生产厂家中，实际能生产大功率低压变频器的还不多，大多数厂家实际上仅能生产75kW甚至是37kW以下的变频器。研究PWM逆变器供电对异步电动机的影响，不仅可以对电机和大功率变频器的设计和应用具有现实意义，而且对电机绝缘寿命有重要意义。PWM供电对电动机的影响 PWM变频调速对异步电动机的影响有很多方面，我现在从PWM变频器对电网和对电动机这两端来看，谈以下主要两点： 1.机端过电压 PWM变频器输出的具有陡上升沿或下降沿的脉冲电压却在电动机接线端子及绕组上产生了过电压，造成电动机绕组绝缘的过早破坏，许多变频电动机寿命只有1～2年，甚至有些在试运行期间电动机绝缘就发生击穿破坏。文献[1]中试验研究表明，很高的电压上升率()在电动机绕组上产生不均匀的电压分布，随着变频器与电动机之间电缆长度的增加，在电动机接线端子上将产生近2倍高频振荡的过电压，而且电缆越长，过电压的峰值越大，长时间重复性的过电压应力的作用将致电动机绕组匝间绝缘的过早破坏。在文献[1]中，也表明变频器开关器件高的开关频率会造成上升沿时间很短，电力晶体管(GTR)和IGBT通常时间小于0.1μ,GTO常处于2-10μ,这样使电机在很短的时间内承受很高的峰值电压；有些电机制造商给出了可以接受的上升时间，一般希望上升时间大约为5μ，而且过电压和入射电压、反射电压都在tr上升时间内同时急剧增加，这对电机来讲，长时间的作用会损坏电机。在文献[2]中，PWM驱动电机的输出电压幅值和频率通过控制逆变器开关状态来改变的，高的开关频率最明显的优点是减少低次谐波，可以减少输出滤波器的容量，但过快的电压变化能够引起严重的绝缘问题，对于每个脉冲的前沿和后沿在短时间内都有高频衰减振荡，而且峰值电压的85％都降落在第一个线圈上的第一匝，易引起匝间故障。2．变频器电源的谐波 变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，波形按傅立叶级数分解为基波和各次谐波，其中的高次谐波将干扰输入供电系统。在逆变输出回路中，输出电压信号是受PWM载波信号调制的脉冲波形，对于GTR大功率逆变元件，其PWM的载波频率为2～3kHz，而IGBT大功率逆变元件的PWM最高载频可达15kHz。同样，输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其他各次谐波，而高次谐波电流对负载直接干扰。谐波电压和电流对电动机影响更大，会增加电动机的铁耗和铜耗，使电动机温度上升，效率下降，并产生噪声，还会使电动机转子振动，甚至造成电机损坏，谐波还对通信以及电子设备产生严重干扰，影响周围设备的正常运行。同时，谐波引起电缆内耗加大，电缆发热，缩短电缆的使用寿命；而高次谐波对电容的影响更为突出，含有高次谐波的电压加至电容两端时，由于电容器对高次谐波的阻抗很小，所以电容器很容易发生过负荷导致损坏。高次谐波的干扰，往往还会导致电动机保护开关误动作，造成电网停电，严重影响用电设备的正常工作。同时，高次谐波电流还通过电缆向空间辐射，对通讯设备也产生干扰信号。文献[6]中，用傅立叶分析方法把PWM变频器输出脉冲进行频谱分析，由于PWM在三相桥式逆变电路情况下，根据晶体管V1-V6的导通和截止的不同组合，三相输出端U、V、W相对于直流回路的中点0的电位分别为+E/2或-E/2,而输出线电压为+E、-E、0。经过分析，得到三相变频器输出线电压的基波和谐波幅值，谐波含量和幅值比较高，对电动机的影响比较严重。解决方案初探 1抑制谐波常用的方法 逆变器是电力电子装置中的重要组成部分，是不间断电源、交流电气传动、中频电源等许多设备的核心，因而其研究工作倍受人们的关注，研究的焦点是如何方便地调节逆变电源的输出电压和频率，并降低谐波含量，改善输出波形。迄今为止，降低谐波含量和调节输出电压（大小或频率）的常用措施有：（1）对逆变电源的开关进行高频PWM调制，使逆变器输出为高频等幅的PWM波；（2）通过改变逆变电源主电路拓扑结构，在主电路上进行波形重构以实现阶梯波形输出，减小低阶高次谐波含量； 对于高频PWM调制来说，开关频率越高，谐波含量越小，但开关损耗也越大，故不宜用在大功率逆变电源中。而波形重构方式往往需要多个逆变器来实现电压的叠加。波形重构的级数越多，出现的最低谐波次数越高，但主电路和控制电路也越复杂，相应地控制难度也越大，输出电压的调节也不甚方便，因此这种方式通常只在大功率逆变电源中采用。理论分析表明，早在1973年提出的消谐控制策略能有效地克服上述问题，它只需要较少的开关脉冲数即可完全消除容量较大的低阶高次谐波，取得很好的滤波效果，具有开关频率低、开关损耗小、电压利用率高、滤波容量小等许多优点，是实现逆变电源PWM控制的理想方法。然而该方法经过近二十年的研究至今仍未实际应用，其主要原因是消谐模型的求解复杂，难以获得实时控制。文献[5]中，提出适当的调节输出电压调制比、载波频率和逆变电路开关滞时等参数，可以减少谐波对电机的影响。以上的消除谐波多是从变频器的逆变侧出发，通过各种有效措施来减少输出的谐波含量。从谐波对电网的影响来看，治理谐波问题基本思路是：第一，对电力电子装置本身进行有效地控制，改造本身的性能，使其功率因数可控制为1，不产生谐波；第二，装谐波补偿装置来补偿谐波源，使其注入电网的谐波几乎为0.传统装设谐波补偿装置的方法是采用LC调谐滤波器，它的基本原理是利用LC串联谐振，为滤除特定次谐波提供阻抗极低的通路，使其不注入电网，同时还可以补偿无功功率。如图(1)所示，这种消谐方式结构简单，不必要控制回路，运行费用低，造价相对也较低，一直被广泛使用。这种方法主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，容易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。但是目前LC滤波器仍是补偿谐波的主要手段，而且常用单调谐和二阶高通滤波器组合来滤波，二阶高通其结构如图(1)。由于LC滤波器本身缺点，国内外都探索采用其他滤波方式来进行电网谐波抑制。有源滤波器(APF)就是一种能够弥补无源滤波器不足的新型滤波设备。它的基本原理是向系统电网注入补偿谐波电流，以抵消非线性负载所产生的谐波电流。如图(2)所示。有源滤波器基本原理可用如下一组公式来描述： , , ,，式中 表示为负载电流的基波分量； 但是有源滤波器的使用要求有较大的容量来提供足够的补偿电流。因此，文献[7]又提出了混合型有源滤波器，它的优点在于结合了无源滤波器和有源滤波器的优点，克服有源电力滤波器容量大、成本高的缺点，又可获得良好的补偿性能。无源LC滤波器典型组成可以滤除特征谐波，如5、7、9、11等，这样，绝大多数由谐波源产生的谐波已由LC滤波器滤除，有源滤波器只需要补偿LC滤波器未能补偿的谐波，因而，有源滤波器只需要提供很小的补偿电流，容量不需要很大。2．机端过电压的抑制 在电机端子上安装阻抗匹配器可以很大程度地消除过电压，最简单的是并联一个与电缆的波阻抗接近的电阻，但在电阻上功耗很大。采用阻抗匹配与滤波于一体低通滤波器，它是将电阻和电容串联后并联在电机接线端子相相之间，如图(2)要阻止机端过电压，必须正确地选择滤波器参数，对于任意容量或电压等级的变频调速系统，滤波器参数的选取应根据变频器的上升时间及幅值、电缆和电动机的波阻抗及电缆长度来确定。文献[3]中试验表明，一般来说，驱动系统的容量越大，变频器的上升时间就越长，电缆和电动机的波阻抗就越小，滤波器的参数Rf和Cf则相应减小。对于滤波电阻Rf的阻值应该与电缆的波阻抗Z0相等，而电动机的冲击阻抗(或波阻抗)远大于Z0,这样负载阻抗近似为电阻，电缆末端的负载阻抗与电缆的波阻抗相匹配，那末在电机机端就不会产生电压波的全反射，也不会形成过电压。滤波器的Rf和Cf与电动机端过电压的关系：(1)滤波器的电容值Cf越大，Rf越小，过电压倍率(上升沿处的电压峰值Vm与稳态值V之比)就越小；(2)过电压倍率随电容增加而变化幅度与Rf有关，Rf越大，过电压倍率随电容变化幅度越小，当Rf大于一定阻值时，过电压倍率随电容的增加，变化幅度很小； 滤波器的Rf与Cf与电动机端上升沿时间的关系：(1)Rf越小，上升沿时间tr就越大，且随Cf的增大而增加，但Cf超过一定值时，tr趋于饱和，与电容值无关；(2)电缆长度L越长，上升沿时间也相应增加，这样电压变化率就越小； 在文献[9]中，为了抑制电动机端电压反射现象，可采用RC一阶无源滤波器来显著减少电动机端的过电压，消除了高频阻尼震荡现象，从而避免电动机绝缘的快速老化甚至损坏。通过分析表明，电压反射现象与逆变器输出脉冲的上升时间以及电缆的长度有关，PWM上升时间越短，电缆长度越长，反射越明显。在文献[8]中提出使用新的逆变器输出滤波器的拓扑结构，能够有效减少高频谐波引起电动机轴承和绝缘损害。新的滤波器是由LC滤波器和RLC滤波网络串联构成，如图(3)LC滤波器由变频器开关频率来调谐，能够十分有效地滤掉开关频率出地电压谐波，在开关频率处阻抗为无穷大，滤波器的谐振角频率为，对于RLC滤波器而言,也要满足一定的条件。此种新的滤波器结构使输出波形比较平缓，可以降低输出脉冲的过电压和上升沿时间，相对于传统的并在电动机出口的RC滤波而言，如图(4),它能够很好的消除过电压对电机的影响。总结 从上述所讲，PWM变频器所产生的谐波和过电压对电网和对电机的影响是十分严重的，尽管目前已经提出了各种解决方法，但是对于谐波而言，所引起得一些基本概念还没有统一定义，谐波治理还停留在无源阶段，需要大量工作来使有源和混合型滤波器投入实际运行中，对于PWM输出脉冲所产生过电压问题，如何有效抑制，基本都用无源RC来抑制，对于参数的选取比较麻烦，如果寻求一种更高效防止过电压的电路，能够实时的检测PWM上升沿和下降沿，及时的补偿过电压来提高效率，减少电机的损坏和使用寿命。
浅析变频调速电动机的设计特点 篇3
关键词变频；调速；电动机；设计
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)051-0110-01
紧跟现今变频技术发展的潮流，利用变频技术的电动机的动态性能得到更明显的增强。现今各个领域的工业，由于运用变频技术的电动机，本身具备的简便构造、物美价廉、经久耐用、操作可靠、便于维护等等优势，同时，还表现在容量大、转速高、安全性高等方面，已得到广泛的应用。通过与变频器供电相融合的特点分析，围绕电机的发热冷却、噪声、振动和转子轴电流，全面的了解变频调速步电动机的设计特点。
1电动机受到变频器供电的具体影响
1）变频器供电对电机绝缘结构的影响变频器输出的波形不是正弦波而是脉宽跳变冲波。较高的变频器元器件的开关频率，一定程度上会造成较高的变频器输出电压对应值。变频器供电时，电机线圈承受很高的电压上升率，相当于线圈反复承受电压陡度很大的冲击电压。冲击电压作用在线圈的首末匝的引线上主要影响匝间绝缘。
线圈承受冲击电压时，由于电离作用在绕组绝缘气隙中以及绕组主绝缘表面上会产生大量空间电荷。当电压极性改变时，空间电荷产生的电场与外加电场相迭加形成一个很强的电场。电荷在电场的作用下在绕组匝间绝缘和主绝缘上产生局部放电现象。由于脉宽跳变冲波的频率很高，电压陡度大，导致变频调速电动机绝缘系统局部放电的数量远远大于一般工频异步电动机，从而加速了变频调速电动机的绝缘老化。
另外，当电机绕组匝间发生局部放电时，会使绝缘中分布电容所储存的电能变为热、幅射、机械和化学能，从而使整个绝缘系统劣化，绝缘的击穿电压降低，最终导致绝缘击穿。
由于变频器供电对电机主绝缘的影响主要取决于脉宽跳变冲波幅值的大小，而电机主绝缘的击穿电压较高，因此变频器供电对电机匝间绝缘的影响更严重一些。
2）电机效率和温升受到谐波的影响。由于在变频器输出中含有不同程度的谐波电压和谐波电流，造成电机端输入的电压、电流为非正弦。虽然随着电力电子技术的发展，变频器输出中的低次谐波几乎为零，但还是不可避免地有大量的高次谐波输入变频电动机中。高次谐波的存在引起电机的定子铜耗、转子铜耗、铁耗和附加损耗的增加，这些损耗的增加又导致了电机效率降低和温升升高。
3）电机噪声和振动受到的影响因素。变频供电时，由于变频器中的各次谐波与电机电磁部分的固有谐波相互干扰形成电磁激振力。当电磁力波与电机结构件固有频率一致或接近时将产生共振现象。变频电机调速范围大很难完全避开电机结构件的固有频率。因此，变频调速电动机的电磁噪声和振动比一般工频电动机要大。
4）冷却变频电机的表现。采用自扇冷却方式的变频电动机在恒转矩调速时会有通风冷却问题，造成电机低速时温升过高。分析下来主要有以下原因:
首先电机转速向下调速时，同轴风扇所提供的风量与电机转速的三次方成比例减小，散热效果大大降低。
其次，电机基速以下为恒转矩调速，电机功率随转速降低成线性关系下降，因此电机向下调速时，发热量的下降速度远远低于冷却风量的下降速度。
另外，变频电动机在低速运行时由于电机阻抗不理想需要进行低压电压补偿。而低压电压补偿往往导致铁心磁场饱和，磁场饱和后空载电流增大使得电机发热加剧。
因此，自扇冷却方式不适用于有调速要求的变频电动机。变频异步电动机一般采用带独立方风机的通风冷却方式。
5）轴电压和轴电流的具体表现。在正弦波电源供电时，电机的工频频率低，电源中点对地阻抗及电机容性电抗较大，有效地抑制了轴电压和轴电流。因此，虽然工频电机也会产生轴电压和轴电流，但是影响不是很显著。
在变频器供电时，高频脉宽调变脉冲波使得供电的不平衡变得更加严重。轴与轴承之间会产生更大的轴电压，并且零点漂移电压中含有大量的高次谐波，零序阻抗很小，使产生的轴电流加大。同时， 脉宽调变脉冲波的频率很高，使得变频调速电动机的轴与轴端之间产生轴电压值远远高于一般工频电机的轴电压值。
变频器供电的变频调速电动机的转子轴与轴端之间，或轴与轴承之间会产生轴电压。当该电压达到一定数值时，将击穿油膜，在转轴、轴承和底板构成的回路内引起轴电流。轴电流会造成油膜破坏，使滑动轴承的轴瓦及轴颈上产生电弧灼点，或者使滚动轴承内外圈跑道上产生洗衣搓板样的条形烧伤痕迹，同时还伴有麻点、裂纹等伤痕出现。
2设计电磁的过程
在普通电动机设计基础之上，为进一步提高变频调速电机的性能，对变频调速电动机的设计参数也要进行更加细致的考虑。满足高性能要求时的变频电机设计参数的变化与设计目标之间的关系。在设计参数和性能要求之间还必须折衷选择。电磁设计时不能仅限于计算某一个工作状态，电磁参数的选取应使每个频率点的转矩参数满足额定参数要求，最大发热因数满足温升限值，最高磁参数满足材料性能要求，最高频率点满足转矩倍数要求，额定点效率、功率因数满足额定要求。由于谐波磁势是由谐波电流产生的，为减小变频器输出谐波对电动机工作的影响，总之是限制谐波电流在一定范围内。
1）削弱齿谐波可利用斜槽来实现。变频调速电动机定子槽斜一个齿距后，同一根导体内各点所感应的齿谐波电势的时间相位不同。一根导体的齿谐波电势可以看成许多小段导体感应的齿谐波电势的矢量和。这样可以大大削弱导体中的总齿谐波电势，因此采用定子斜槽可削弱齿谐波对电磁噪声利振动的影响。
2）选取或对谐波有削弱作用。因为变频器输出的谐波不影响异步附加转矩和同步附加转矩的产生，所以变频调速电动机设计时，可通过采用普通电动机的一些措施来削弱或避免附加转矩、同步附加转矩。而变频电动机选取转子槽数时，主要考虑杂散损耗和电磁噪声对电机性能产生的不良影响。
从减小杂散损耗的角度来看，定转糟数越接近杂散损耗越小。但是定转糟数越接近齿谐波所产生的力波次数越低，而越低次数的力波所引起的电磁振动和噪声越大。因此变频调速电动机设计时可综合考虑杂散损耗、电磁振动和噪声的影响选取转子槽数来削弱谐波影响。
3设计变频电动机的转子槽形
变频电动机的设计不用考虑电机起动性能参数的大小。因此，变频电动机设计时，为减小转子基波及谐波损耗，在转子磁密允许的情况下通常会尽可能地增大转子槽面积。另外考虑到由于高次谐波的影响使得集肤效应对变频电动机的影响更加显著，为了减小集肤效应的影响，变频电动机槽形一般设计成矮胖型。转子槽形设计时为了抵制谐波减小转子损耗，中小型变频电动机采用平行齿设计的矮胖型梯形闭口槽，大型变频电动机由于转子直径大转速高则采用平行槽设计的矮胖型矩形半闭口槽。
4加强变频电动机绝缘的有力措施
由于变频电动机运行时所产生的冲击电压会对电机的匝间和对地绝缘造成损伤。因此，变频电动机设计时会通过增加对地绝缘厚度、采用防晕处理、采用真空压力无溶剂浸渍以及采用旋转烘焙工艺等措施来提高电机绕组的承受冲击电压和防电晕的能力，从而确保变频电动机的绝缘寿命。
5轴电流的规避手段
变频电动机在使用过程不可避免地会产生转子轴电压。造成轴电压的原因主要表现在：一方面是由于磁不对称在转子的轴与轴端之间产生轴电压。另一方面是由于变频器输出脉动电压通过静电感应在轴与轴承之间产生轴电压。所以，在较大容量的变频调速电动机设计中，采用轴承绝缘的措施来防止磁不对称所产生轴电压在轴与轴承之间形成回路产生轴电流。采用在电机的轴伸端加装接地碳刷的措施来防止静电感应产生轴电压在轴与大地之间形成回路产生轴电流。
6结束语
通过全面的分析了变频调速电动机自身的特征，真正掌握了设计过程中的侧重点，有效侦破设计过程中遇到的各种难题，最大限度的掌控了变频调速电动机的设计特点。
参考文献
[1]杨德印.电动机的起动控制与变频调速[M].机械工业出版社,2010.
[2]周彬.电动机控制与变频技术[M].重庆大学出版社,2010.
变频技术与电动机调速 篇4
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.
谈谈电动叉车的交流变频电机 篇5
电动叉车的驱动,过去以直流电机为主,经历了串励到他励直流驱动的几十年历程。随着低电压、大电流车用交流变频控制器的成功推出,以及国产系列化交流变频电机的出台,为电动叉车采用交流变频电机驱动奠定了良好的基础。
采用交流变频驱动系统的优势是十分明显的。首先在动力性能上,低速时可以实现恒转矩控制,高速时实现恒功率控制,使得叉车在起动、平路运行和爬坡的性能更好。其次是控制系统实行了闭环控制,扩展了功能,包括再生制动、能量回收、不同加速性能的设定,前进与后退不同速度的设定以及坡道防下滑等。第三是实现了电控、电机的免维护,提高了使用的可靠性,也降低了叉车的使用维护成本。
本文对交流变频电机的选型、结构特点及试验作一阐述,旨在为推动叉车的电传动出一份绵薄之力。
交流变频电机的选型
交流变频电机的输出特性必须能满足叉车的动力性能。具体说来对于行走电机既能满足叉车的满载平道运行的速度要求,又能满足叉车满载爬坡的要求。这二种要求,一个是工作在电机的高频区,另一个是工作在低频区。作为好的电机性能必须要兼顾这二者的性能要求,并在设计中进行优化,使之达到最佳的效果。这里需要说明的是根据我国相关的标准,我们所标定的功率是额定功率,而有时有些国外厂商标定是峰值功率,所以有时不能混同,更不能盲目跟风。一般叉车平道满载时所需驱动功率总是小于电机额定功率。在叉车爬坡时,则根据不同坡度的要求,必须保证电机有足够的转矩输出。如果此时电机还是工作在额定转速附近,则它只能利用电机在额定频率下的过载转矩特性,一般不会大于2.2倍的额定输出转矩,这样是很难满足要求的。所以这时就必须借助于控制器的变频特点,把频率往下调。下调的幅度与各电机的磁负荷有密切的关系,把频率下调一定的幅度是没有问题的。这样在同功率情况下电机的转矩随着转速的下降而得到提升,且可以在此基础上再利用过载而获得更大的转矩,从而满足叉车爬坡的要求。由此,我们认为,一个叉车动力性能的好坏决定于叉车、电机、控制器这三者之间的匹配与否,而且是十分密切相关的。为了优化性能,一般应该十分重视前期方案的沟通与确定。笔者主张按如下的模式进行前期探讨比较适宜。
特别是对于叉车爬坡的计算,它是利用了电机的短时过载特性,不像直流驱动那样直观,必须在电机设计的不同频率点进行优化选择进行确定。所以电机制造厂商有义不容辞的责任来承担,并推荐给产业链的前端与后端。
交流变频电机的结构特点
交流变频电机主要由定子、转子、机座、端盖、转轴及速度传感器、温度传感器等组成。由于其转子为硅钢片与铸铝组成,它能承受高转速运转,这样就为叉车的设计带来了方便,可以采用较大速比的驱动桥。对于平衡重叉车来讲,其总速比一般可选择24以上,这样更有利于发挥交流变频电机的优势。
电机的防护形式,有开启式和封闭式两种。对于平衡重叉车来讲,考虑其工作环境的多种适应性,笔者认为以选择封闭式为佳。
封闭式的电机,其散热主要靠电机表面,所以电机的机壳一般设计为有散热筋的结构。其绝缘等级采用H级,最高温升可达180K。当然采用了高的绝缘耐温等级,不等于电机的实际温升一定达到此值,而是远远低于它的。这主要是出于二种考虑:一是为了提高电机的效率,设计时不宜将电机的发热因素取得太高;二是为了提高电机耐热的可靠性,应对特殊的偶然发生的恶劣工况,如叉车行驶路上遇到障碍物导致电机瞬时堵转等情况。
为了把电机的速度与相位准确地传递出来,以便提供给变频控制器实施控制,在交流变频电机的旋转部位应安装旋转编码器。其形式主要有传感器轴承与光栅传感器二种。在叉车用的交流变频电机中,主要用前者。根据电机容量的不同,选择了不同大小的传感器轴承。它们的输出脉冲信号分别有32,48,64,80个脉冲数每转。
对于传感器轴承的安装,有多种形式。主要应减少电机内部产生的电磁及温度对它的影响。为了把这些影响降低到最低程度,目前也有把传感器轴承的功能进行分离的方案,即把它仅作为旋转式传感器使用,另外增加一个承载的轴承。且在结构设计时,把它从端盖的内部移至端盖的外部安装,改成易拆卸式。这样,一旦传感器发生故障,用户在现场即可很方便地进行更换。此举颇受广大叉车厂商的欢迎。本厂新推出的1~3t平衡重叉车的系列交流变频电机即具此种特色。当然对于结构紧凑的以及防爆电机等还是采用传感器轴承的复合功能,但如上所述,设计上包括电磁参数的取定及结构的布置应作充分的考虑。
交流变频电机的试验与验证
即便是最好的设计,也得进行试验验证,这是不言而喻的。我们选择的性能试验方案如下列框图所示
为了与叉车整机厂的运行性能相衔接,我们在新产品的定型性能试验中作了如下的选择。
对于行走电机一般测试下列几点的电流值:
空载行驶,满载行驶,额定点,空载爬坡,满载爬坡5个工作点。
对于油泵电机一般测下列几点的电流值:
0Q、1.0Q、1.1Q、1.25Q、1.33Q(其中Q为叉车额定载荷质量)
其中负载是按叉车各性能参数经动力计算后取模拟的转矩值取定。取定的转矩值与测量的电流值储存于电脑中。往后待各整机厂做叉车性能试验时请其提供实测的电流值进行比较。经过几次磨合,可以把模拟值逐步贴近实际值。
根据控制器厂商的要求,我们可以把定电流、定功率及定转矩的各频率点的性能测试出来,提供相关控制器厂商进行控制器的调制。其中美国CURTIS的交流变频器本身带有对电机性能的自检测功能。因此交流变频电机的固有性能参数可以在它与电机联接后的预运转中获得。然后在此基础上用手持单元可对控制器进行设定或修改必要的程序以便与电机达到匹配。这样为叉车主机厂及电机制造厂带来了极大的方便。
结束语
由于交流变频驱动系统的技术比较成熟,性能价格比合理,因此在未来相当长的一段时期内,成为电动叉车的主役驱动系统将是不争的客观事实。当然,其它各种形式的电传动系统也在不断进步与探索,如交流永磁同步系统,开关磁阻电机驱动系统等。某种技术的领先总是相对的,技术的进步是永无止境的。只有不断努力、不断进步才能日臻完善,才能被用户认可,被市场接受。
林德将推出全新混合动力叉车
林德叉车作为目前拥有最先进技术的叉车制造商,计划推出全新混合动力叉车。新款叉车动力系统采用新型的设计理念,将做到低能耗高效率的完美结合,为企业节能减排出力。
新款林德内燃叉车吸取了混合动力系统的优势并进行了改进,起动发电机将承担发电机和传动机的双重功能,充分发挥发动机功率,提高动力传动系统效率,降低能耗,将为客户节约更多的成本。同时新款叉车的内燃机还附加了暂停和重新启动的功能,设计更加人性化,更加方便作业人员进行操作。
林德集团作为物料搬运界的引领者,一直致力于新产品的研发,从而为客户提供量身定制的服务。在德国CeMAT 2008上,林德就曾以“人机工程,环保,高效”概念为主题,推出了三款环保概念车——Hybrid叉车、Hydrogen叉车以及Fuel cell牵引车,并获得了业内人士的认可。此次全新内燃叉车,是林德经过在叉车行业长久的技术积累,集合对混合动力系统多年的研发,是叉车领域的又一重大创新。
亚欧大陆桥电子平台三方签约
2010年3月,中国连云港代表团参观访问北帕蒂斯基港、塔林港,并就合作打造亚欧大陆桥电子平台项目进行了深入交流探讨。会谈结束后,连云港、中国国际海运网与北帕蒂斯基港、塔林港分别签订合作协议,各方将依托自身优势,整合资源,携手打造亚欧大陆桥电子平台,推动亚欧商贸交流。
连云港港是中国沿海10大、全球40强集装箱港口之一,更是新亚欧大陆桥、新丝绸之路东桥头堡,是沿新亚欧大陆桥区域、中国中西部地区东端最经济最便捷的出海口,对于促进世界东西方经济的发展与繁荣,发挥着日益显著的作用。连云港港口集团总裁俞向阳认为,此次合作将进一步发挥连云港港桥头堡的作用,推动连云港港国际大港的建设步伐,提升港口电子化程度。
变频电动机典型故障及处理方法 篇6
1 电动机运行时声音异常, 出现某些振点
1.1 故障原因或现象
(1) 由于磨损轴承间隙过大。
(2) 转子不平衡、气隙不均匀。
(3) 转轴弯曲、铁心变形或松动。
(4) 联轴器 (皮带轮) 中心未校正。
(5) 风扇不平衡。
(6) 固定电动机的地脚螺栓松动或者固定电动机的基础不牢、不平衡等。
1.2 处理方法
(1) 检修轴承, 必要时更换。
(2) 调整气隙, 使之均匀。
(3) 重叠铁心, 校正转子、联轴器。
(4) 校直转轴。
(5) 检修风扇, 校正平衡, 纠正其几何形状。
(6) 紧固地脚螺栓, 修正或加固电动机的基础, 使其牢固平衡。
2 绕组匝间烧坏
2.1 故障原因或现象
(1) 由于电动机本身密封不良, 使电动机内部进水或进入其他带有腐蚀性的液体或气体, 电动机绕组绝缘受到侵蚀, 侵蚀严重部位或绝缘最薄弱点发生一点对地、相间短路或匝间短路现象, 从而导致电动机绕组局部烧坏。
(2) 由于长时间过载或过热运行, 绕组绝缘老化加速, 绝缘最薄弱点炭化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象, 使绕组局部烧毁。
2.2 处理方法
(1) 检修电动机每个部位的密封, 例如在各法兰涂少量704密封胶, 在螺栓上涂抹油脂, 必要时在接线盒等处加装防溅盒, 如电动机暴露在易进入液体和污物的地方应做保护罩。
(2) 尽量避免电动机过载运行, 保证电动机洁净并通风散热良好, 避免电动机频繁启动。
3 电动机运行时温度过高
3.1 故障原因或现象
(1) 电源电压过高, 使铁心发热量大大增加。
(2) 电源电压过低, 电动机带额定负载运行, 电流过大使绕组发热。
(3) 当电动机轴装配不好或轴
承有弯曲等毛病时, 会使电动机电5流增大, 铜损耗及机械摩擦损耗增
加, 使电动机过热。
(4) 进风口有杂物挡住或风扇损坏。
(5) 电动机的负载功率大于电动机的额定功率, 则电动机长期过载运行 (即“小马拉大车”) , 导致电动机过热。
3.2 处理方法
(1) 降低电源电压, 若是电动机星三角接法错误引起, 则改正接法。
(2) 提高电源电压或更换大截面积导线。
(3) 尽量减小机械摩擦, 及时更换有损伤部件。
(4) 保障进风畅通或更换风扇。
(5) 选择与负载相匹配的电动机。
4 电动机外壳带电
4.1 故障原因或现象
(1) 电源线与接地线接错。
(2) 电动机绕组受潮, 绝缘老化使绝缘性能降低。
(3) 引出线与接线盒碰壳。
(4) 局部绕组绝缘损坏使导线碰壳。
(5) 铁心松弛刺伤导线。
(6) 接线板损坏或表面油污过多。
4.2 处理方法
(1) 纠正电源线接法。
(2) 先对受潮绕组进行烘干, 当冷却到60~70℃时, 浸上绝缘漆后再烘干。
(3) 纠正引出线, 不要让其与接线盒接触。
(4) 对绕组绝缘损坏处重新进行绝缘处理。
(5) 校正或更换铁心使其牢固。
(6) 清理接线板油污使其干爽或者更换。
电动机通电后没有转动
5.1 故障原因或现象
(1) 电源未接通或者只有一相接通。
(2) 控制设备接线错误。
(3) 过流继电器选型过小或调得太小。
(4) 电源电压过低。
(5) 电动机负载过大、转子卡住或者轴承卡住。
(6) 小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬。
5.2 处理方法
(1) 检查电源回路开关、熔丝、接线盒处是否有断点, 如有则修复。
(2) 纠正设备接线。
(3) 调大过流继电器电流定值或更换大容量过流继电器。
(4) 提高电源电压。
(5) 减小电动机负载, 查出并消除机械故障。
(6) 重新装配使之灵活, 更换合格油脂。
电动变频 篇7
关键词：钻井装备,交流变频,变频控制,故障分析
0 引言
电动钻机交流变频控制系统在石油钻井领域有着广泛的应用, 主要用于控制和调节三相交流异步电机的转速, 其主要特点是性能稳定、组合功能丰富、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力等。目前, 其应用的钻机类型主要有转盘单独交流变频驱动和绞车、转盘、泥浆泵交流变频驱动两种。在实际使用过程中, 有一些常见的故障, 下面对这些故障进行解析。
1 变频柜元器件老化爆裂
故障经过:2013年3月9日, 某40LDB钻井队正在2900米左右滑动钻进, 转盘处于使能状态, 司钻操作手轮转动转盘时, 发现无任何反应, 电工到VFD房检查, 有烧焦的气味, 立即断电起钻。技术人员到井后对变频柜进行了检查, 发现整流控制板、CUVC板、IGBT模块及IGBT触发板都有烧损的痕迹。原因分析, 经过检查, 是由于整流控制板上一个元器件爆裂, 导致其散热片脱落至电容组插槽处, 造成短路, 瞬间缺相, 造成IGBT炸裂, 同时造成触发板、CBP板、EB1板损坏。在修理的过程中, 由于检测手段缺乏, 只能频繁换件调试, 修理难度很大, 费用也比较高。该钻机已投产使用近10年, 从未做过预防性维修, 由于6SE70系列变频柜拆卸比较繁琐, 风险较高, 除尘保养也是停留在表面, 打开后积尘也比较严重。建议对使用超过5年以上的变频器及控制系统进行无故障预维修, 对元器件、电路板进行分类检测, 不合格的坚决予以更换。确定变频器倒换制度, 难点是需要专业的维修队伍及实验装置。
2 通讯故障
案例1, 某50LDB钻机原井场井架推移后, PLC状态无法实现对转盘的控制, 但是旁路控制正常, 无故障报警, 通讯板工作灯显示正常, 经过反复检查发现通讯总线在CPU处正负极性接反, 但可以确定的是, 厂家在设备配套时就已接反, 在正常工作一年后才暴露出来。案例2, 某50LDB钻机在原井场井架推移后, PLC状态和旁路状态下均无法控制转盘工作, 变频柜PMU显示F082通讯故障。故障排除方法, 将通讯线路上个DP插头终端电阻, 逐一打开, 确定故障点, 最后确定触摸屏通讯接口损坏。通讯故障在变频控制系统中比较常见, 主要有, 通讯线故障如短路、断路、接地等, 检查方法就是用万用表量通断, 相对比较简单。如果是CBP板、EB1板损坏, 由于没有检测设备, 现场需要有相应的配件, 通过更换电路板来确定故障点。通讯故障在安装后容易出现, 要求现场人员安装标准要高, 通讯线及其它控制线与动力线路分开, 布线合理, 连接牢靠, 专人安装调试。
3 变频柜线路内部连接故障
故障经过:某40LDB钻机在安装完成后调试转盘, 转盘使能后屡次停机, 无法正常使用, 无故障报警代码。变频柜有火花冒出。技术人员上井后首先对变频柜进行了检查, 发现充电电阻连接螺栓松动, 立即进行了紧固, 系统恢复正常。这个故障反映出现场工作人员在安装的过程中, 对已拆卸部件的紧固比较重视, 忽略了由于运输过程中剧烈的颠簸导致变频柜内一些元器件连接固定松动, 从而引起虚接、断路等, 引发系统故障, 更严重的会导致功率器件烧毁, 造成重大损失的情况。鉴于这种情况, 搬安期间, 对可见的司控房、VFD房等的线路及电路板连接固定要反复检查紧固, 降低此类事故的发生概率。
4 编码器故障
故障经过, 某70LDB钻机为了进行丛式井施工, 对绞车供电及控制线路进行了改造, 完成后在调试的过程中发现绞车电机转速无法达到设定的最高转速, 屡次对电机参数进行了优化没有效果。最后从编码器选型上进行了分析, 更换了绞车电机编码器, 转速恢复正常。电机编码器故障也是电控系统常见故障之一, 除了编码器选型的问题, 其它如编码器线路短路, 联轴器疲劳损坏或者打滑导致转速不同步等, 最严重就是DTI板损坏等, 这一类故障现象比较明显, 由于无法形成反馈控制, 会造成转速低、扭矩大等, PMU上显示故障代码F051, 处理方法是对变频器参数进行修改, 由闭环运行改为开环运行, 保障正常生产, 再逐步寻找问题。开环控制的缺点是无反馈控制, 实际转速与输入转速有差异, 但是差异很小不影响钻井参数的执行。
5 外部线路连接故障
故障经过:某40LDB钻机为满足施工水平井的需要, 对转盘电机进行改造, 将原来300k W电机改为400k W, 更换完毕后, 现场进行调试, 发现转盘无法驱动。技术人员经过检查, 很快发现故障原因是转盘电机接线箱连接线路不准确, 现场人员对线路工作原理不理解, 一味死搬硬套, 线路连接错误。同样的故障类型, 动力线路打铁、连接松动发热烧断等, 还有司控房12V电源模块损坏或性能下降等, 转速控制手轮使用时间太长疲劳损坏等, 解决或预防这些问题发生只有经常检查, 观察设备使用情况用万用表测量电压或钳形电流表测量电流等, 另外就是要有配件储备。
6 发电机电源故障
故障经过:2012年7月17日, 某50LDB钻井队在井深3754米时通井循环, 两台柴油机带节能发电机, 突然节能发电机输出电压升高到450V以上, 造成电控系统5块电源烧坏。这类故障属于发电机电压故障, 通过事后查看变频柜参数, 电压升高导致变频柜保护停机, 但是由于是瞬间作用, 开关没有保护跳闸, 导致大量电源模块和开关电源烧毁。通过这起故障提醒现场操作者要合理分配发电机功率, 操作平稳, 井深2000米以后使用电压更稳定的VOLVO发电机组。
综上所述, 电控系统出现的问题大多是设备变更后故障率较高, 比如, 搬家安装, 设备改造, 设备更换等, 这都是由于考虑不周全或工作过程中不仔细所致。遇到电控系统出现故障时, 首先不要怀疑硬件损坏, 更不能轻易将元器件拆下来检查, 因为毕竟现场检测手段不齐全, 误判和解决问题的方法不正确, 有可能会人为制造新的故障, 造成重大经济损失, 浪费解决问题的宝贵时间, 甚至会造成井下复杂。所以出现问题后要进行全面、系统的检查和分析, 逐步缩小问题的范围。要认真检查各种控制开关是否被人动过、是否有误操作, 要询问发现故障的当事人, 要检查故障代码及指示灯工作状态, 还要操作和运行记录, 综合各种信息, 由表及里, 由浅入深、冷静分析, 有的放矢。
参考文献
[1]邵亲华, 马林昌, 索文刚.电动钻机电控系统故障浅析[J].电气传动自动化, 2010 (04) .
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电动变频 篇8
笔者经手检查维修过多台变频器控制的烧损电动机,拆开后,基本上都是局部匝间短路、相间短路及对地短路。为什么变频器已有完善的保护功能,电动机还会烧坏呢?这其中与哪些技术指标有关系呢?笔者现进行如下分析,供参考。
2 原因分析
在工频供电情况下,电动机绕组输入的是三相50Hz的正弦波电压,绕组产生的感应电压也较低,线路中的浪涌分量较小。
在变频供电的情况下,根据变频器的工作原理,其逆变部分将直流电压转换为三相交流电压,通过控制六个桥臂的开关元件导通、关断来实现三相交流电压的输出。因此,当变频器接入电动机后,实际频率为几到十几千赫,这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压,使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。电压变化率du/dt的增加,使得电动机绕组匝间电压变化率du/dt很高,绕组电压分布变得很不均匀,电动机的供电条件由此变得“恶劣”了,使绕组匝间短路的故障增加,电动机故障率增加。变频器输出的PWM波形,在电动机绕组供电回路中,还会产生各种分量的谐波电压。由电感特性可知,流过电感的电流变化速度越快,电感的感应电压也越高。电动机绕组的感应电压比工频供电时升高了。在工频供电时暴露不出的绝缘缺陷,因耐受不了高频电压的冲击而崩溃,于是绕组匝间或相间的电压击穿(短路故障)就产生了。变频器的输出电压波形,在半导体开关的高速切换影响下,冲击电压叠加在运行中的电动机绕组上,使电动机绕组上产生脉冲过电压,峰值约为直流部分电压的2倍,对电动机的绝缘构成威胁,对地绝缘在高压的反复冲击下会加速击穿。匝间短路或接地短路,不但会烧毁电动机,甚至可能会烧掉变频器模块。因此,相对于工频供电,用上变频器,电动机倒是更容易烧损了。
3 处理方法
SVA尖峰电压吸收器是一种新型的电动机保护装置,体积小、质量轻、成本低、安装方便,在电动机端与电动机并联连接,能够将电动机电源输入端的尖峰电压吸收掉,保证电压不会超过800 V。尤其在大功率电动机应用的场合,且当变频器与电动机之间的连线在
电动变频 篇9
一、交流电机具体分类
电动机根据不同的电流形式分为:直流电动机以及交流电动机。这其中交流电动机占主要部分, 很多工业生产都是使用交流电动机。交流电动机在100多年前就可以出现了, 经过过年的发展, 相关学者研究, 现阶段内有着更多说我形式, 用途也更加多样化。交流电动机也可以分为电动机以及异步感应电动机。电动机转子转速和定子电流的频率之间的关心需要保证不变, 也就是所说的同步电动机。与之相反的是:要是此种形式受到影响, 就称之为异步电动机。根据不完全统计, 电动机中有85%以上都是交流电动机。通过此项数据不难看出交流电动机在国民经济中所占的比重。
二、交流电动机变频调速基本控制形式
(一) 变频调速的基本要求
在进行电机设计过程中, 材料需要使用铁芯, 将额定工作点设定为磁化曲线弯曲开始位置。调速过程中需要保证每极磁通值为一定的数额。铁芯会因为磁通增加出现一定的饱和, 励磁电流也会不断地增加, 这样情况下绕组就会过分发热, 整个的工作组工作功率会因此降低;要是磁通有所减低, 电动机输出输出转矩就会下降。要是负载转矩一直保持不变, 那么转子过电流也会出现一定的热量, 所以说需要保证磁通恒定, 最主要的就是实现磁通变频调速。
(二) 变频调速主要方式
特工频交流电主要工作形式是通过整流器将交流电转变为直流电, 再将直流电通过逆变器转变为可使用的交流电。具体的形式如下:
可控整流量调压、变频器调频所使用的交流-直流-交流变频器。这样变频器调压和调频是通过相互配合的2个控制电路所使用的。
不可控制整流器整流、逆变器调频、斩波器调压的交流-直流-交流变频器。这种形式下变频器整流环节是由二极管所组成的, 不能实现调压作用。
整流器整流、脉宽调制 (PWM) 、逆变器调压调频的交流-直流-交流器不控变频器。此种变频器所用的PWM会出现一定的逆变, 只是较小的输出谐波, 但是输出波形和正弦波是相似的。逆变器调压调频的交流-直流-交流变频器主要应用在不同的电力拖动系统、稳压稳频系电源内。电压源型交流-直流-交流变频器和电流源型交流-直流-交流变频器的主要区别在于中间直流环节所采用的滤波器。
三、电动机使用变频技术之后所具备的功能
(一) 升速功能的提升
运行过程中升速时间较长, 就表示频率增加较慢, 电动机在起动过程中只有较小的转差。此种运行最终会使得起动电流降低。与此相反的是:升速时间较短, 那么频率的增长就会较快。要拖动系统具有交大的惯性, 那么电动机转子转速就不能与同步转速保证一直, 这样会使得转差与动态转矩变大, 使得电流高于标准值。所谓的升速过程就是由一种稳定的运行方式转变为另一种稳定运行方式改变过程, 这个转变的时间越短越好。
变频技术不单单能够控制升、降的速度, 同时还能控制升速的方式, 对于不断时间段内的速度进行控制。一般会使用下面三种方式:
保证频率和时间之间成线性关系, 将多数负载设定为线性方式。
S形方式。在运行开始以及结束时期内, 升速是比较缓慢的, 但是在这中间运行时间段内, 需要根据线性方式运行。要是电梯突然间的开启或是停止, 速度改变较大, 那么电梯内的人员会感觉到不舒服, 所以说, 都会是使用S形方式操作。
半S形方式。此种方式主要是在是升速过程中使用。就比如说, 鼓风机在降速过程中需要较小的负载转矩, 但是升速过程中需要将其有所提升。但是随着转速提升, 负载转矩也会相应的增加。
(二) 使用过程中保护功能
就运行本质来讲, 电动机操作过程中需要有一定的过载保护。此种保护主要功能为保证电动机不会因为运行过热对于电机有所损坏。所以说, 保护主要是为了保证电机温度不超过标准值所定。
四、结语
节能性、调速性以及保护功能是变频器所具备的主要功能, 除此之外, 还有一定的控制性。在使用变频技术过程中, 需要在保证电动机正常运行的状态下进行工作, 通过此种方式不单单能够将电动机的转速控制精度提升上去, 同时还能保证公益质量以及公益效率, 此项技术可以说是产品更新换代最理想的替代产品。
参考文献
[1]张燕宾编著.变频调速460问[M].机械工业出版社, 2009.