變頻電機范文

導語：如何才能寫好一篇變頻電機，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】變頻電機;特點;應用

變頻技術，就是通過改變用電設備的供電頻率，進而達到控制設備輸出功率的目的。變頻技術隨著微電子學、電力電子、計算機和自動控制理論等的發展，已經進入了一個嶄新、逐漸成熟的技術，其應用亦進入了一個新的。應用該技術可通過變頻調速改變軸輸出功率，從而達到減少輸入功率節省電能的目的，是感應式異步電動機節能的重要技術手段之一[1]。

變頻電機將“專用變頻感應電動機+變頻器”共同使用進行交流調速，從而使機械自動化程度和生產效率大為提高，目前正取代傳統的機械調速和直流調速方案。變頻調速已廣泛應用于各行各業無級變速傳動。特別是隨著變頻器在工業控制領域內日益廣泛的應用，變頻電機的使用也日益廣泛起來。由于變頻電機在變頻控制方面較普通電機的優越性，因此用到變頻器的地方都不難看到變頻電機的身影[2]。

隨著中國加入世界貿易組織，我國港口的吞吐量在不斷攀升，因此我國港口運輸中皮帶機運輸運用越來越多。但是傳統的直起高壓電機由于無法自動調節速度，使得港口耗電量居高不下。隨之而來的是我國電力資源供應的不足，為節約電力資源同時改造我國皮帶運輸中存在的問題，筆者對變頻電機進行了簡單的陳述并對其成功應用實例進行了分析，希望對我國港口建設有所幫助。

1大功率電機驅動方式

目前應用最廣的大功率電機的起動方式主要有：串自耦變壓器起動、磁控軟起動、液阻軟起動、變頻器起動、固態軟起動等[3]。

1.1串自耦變壓器起動

該起動方式起動電流小、平均起動電磁轉矩小、連續及頻繁起動性能低、抽頭難以固定、難以保證電機的最佳起動性能、對工況變化不可能做到最佳的適應性調整，因此不適合應用作為皮帶傳送的起動方式。

1.2磁控軟起動

該方法起動開始時電抗器的電抗值較大，在軟起動過程中，通過反饋調節使電抗值逐漸減小，及至軟起動完成后旁路。該起動方式存在起控電壓高，有較大的電流沖擊、體積較大、工作時的噪音較大等問題。

1.3液阻軟起動

液阻是一種由電解液形成的電阻，它導電的本質是離子導電。它的阻值正比于相對的二塊電極板的距離，反比于電解液的電導率。這種起動方式存在液阻箱容積大、控制功能低下、保護功能不全、維護困難、安全性差等問題。

1.4交流變頻器起動

該方式為高效節能的起動和調速方式，通過改變電動機定子端的頻率與電壓實現起動與調速，具有調速范圍大、精度好、效率高、節能效果好等特點，應用范圍廣泛，可應用于扶梯、傳送帶等。

2變頻電機特點

普通電機是根據相應的功率設計的，只有在額定的情況下才能穩定運行。變頻電機穩定運行需要克服低頻時的過熱與振動，因此變頻電機具有以下特點：

①應用高分子絕緣材料和真空壓力浸漆制造工藝以及特殊的絕緣結構，使電氣繞組絕緣耐壓及抗機械強度方面有了很大提高，可防止由于馬達高速運轉、變頻器高頻電流沖擊以及電壓對絕緣物質的破壞。

②平衡質量高，震動等級為降振級，機械零部件加工精度高，并采用專用高精度進口軸承，可以高速運轉。

③強制通風散熱系統，強勁風力，可保障馬達在任何轉速下均得到有效散熱，可實現高速或低速長期運行。

④采用電磁設計，減少了定子與轉子的阻值；具備軟啟動功能，可適應不同工況條件下的頻繁變速，從而做到節能。

3.變頻電動機的應用實例

3.1變頻技術在煤炭行業上的應用

以新柳煤礦主礦井的原煤產量提升至400萬t的技改項目為例。主井皮帶原本由2臺315kw/6kv高壓異步電動機并聯拖動，采用交流繞線式電機串電阻調速系統。該調速系統調速平滑性差；低速時電阻上消耗的轉差功率大，節能效果差；起動過程和調速換擋過程中電流沖擊大；中高速運行振動大，安全性較差。該調速系統在解決電機間同步，以及出力不均的問題時能力明顯不足。

經過對國內外多家電機廠商的綜合比較，并同各方面專家進行多次的研討后，最終確認了日本明電舍的vt710高壓變頻器驅動裝置的系統方案。在施工過程中建立了以輥筒的一致性線速度為給定、以功率平衡分配為最終控制對象，構成速度和電流雙閉環主輔同步控制系統，采用vt710的轉矩自動平衡控制模式，從而達到了理想的同步控制效果。

通過調試和運行，該系統滿足了電壓波動大、負載變化大、平滑起停等多單元同步運行的現場要求，具有以下優點:①安全性能增強

啟動平穩，由主機控制將3臺電機同時啟動，能夠自動達到功率平衡。實現了軟啟動，軟停止。啟動過程中幾乎無沖擊，降低了電機的噪音和故障率。并且3臺變頻器運行電流相差均在1A以內，實現了自動功率平衡調整。②節能效果明顯，大大降低了用電量，節約了電費。

實際測量中，空載運行電流為15A，重載運行電流為40-50A。3臺電機每小時至少能節約電能270-350kw.h，按0.5元/kw.h計算，一天運行20h，每年可減少電費支出100萬元左右。在煤量不正常的情況下降頻使用，節能效果更加顯著。

3.2變頻電機在自動扶梯節能中的應用

目前常規的自動扶梯空載時仍以額定速度運行，因此會造成耗能大，機械磨損大，使用壽命低等問題。如果扶梯在無人空載時停運或緩行，不但會減少用電量，而且可有效延長扶梯的使用壽命。經過試驗證明，在扶梯電氣控制線路改造中應用變頻電機后，采用變頻調速方式控制自動扶梯運行，使扶梯具備平穩啟動、節能運行。當乘客走近時，扶梯啟動以正常速度運行；乘客離開后，扶梯減速變為慢速運行或停止，等待下一位乘客。如果乘客連續不斷，扶梯便連續以正常速度運行，直到最后一位乘客離開扶梯。

以石家莊中心線商業街扶梯改造為例，該商業街有扶梯32部，每部扶梯耗電量為8kW/h，每天運轉12小時，而且均以恒定速度運行，在大多數情況下，扶梯較多地運行于1/3額定載客量以下，每部扶梯每天無人空載時間累計約8小時。改造前根據計算，一臺8kW的電動機，每天運行12 小時，每度電費為0.8元，那么它每天的電費為76.8元，那個整條商業街扶梯總共需2457.6元/天；經過改造后如果每天慢速運行的時間為全天的50%的話，那么每架扶梯每天慢行所耗費的電費為19.2元，整天電費為57.6元，整條商業街電費為1843.2元。由此可知經過改造后整條商業街每天可節省614.4元，電費節省25%左右。

3.3變頻電機在化工行業的應用

變頻技術在化工行業最成功的案例為2006年北京利德華福電氣技術有限公司的技術人員成功將一臺1000kW/6kV的HARSVERT-S高壓變頻調速系統應用于巨化股份公司合成氨廠的同步電機上。

3.4變頻電機在軋鋼廠的應用

攀枝花鋼鐵公司2000年1月利用熱連軋廠年修改造時間，拆除舊電動機及電氣設備，安裝調試變頻電機，并于當年3月5日試車成功。改造后的傳動系統動態響應大大提高，由300ms提高到100ms，節約電力15％，新增效益上億元，大大增強了公司熱軋板產品的市場競爭能力。如果我國改造100臺套軋機的大功率電動機，以平均每臺4000kW計算，電動機設備裝機容量可達80萬千伏安，年節電可達6.3億度(kw?h)。

4 結論

港口建設本身雖然建設投入非常大，但投產后年收益較高，因此港口運行考慮的難題為如何降低港口的無效的消耗，其中電力為最主要問題。傳統直起高壓電機，在初期投資成本方面有優勢，投資較低，但后期運行電量消耗大。而變頻電機在初期投資方面較大，但后期運行電量消耗較少。港口是一個需要長時間連續運作才能將成本轉化為收益的行業，其中無故障的運行為首要前提，因此，港口傳送帶驅動方式上的選擇關系到成本的轉化速度。

通過對不同行業中變頻驅動的應用可知，變頻驅動對偶有間斷的運送有極大的降低成本的功能，因此在港口中傳送帶驅動選擇變頻驅動可有效的降低成本，變頻節電的效果相當明顯。

參考文獻

[1]王文良,趙純禹.淺談恒轉距變頻調速電機設計特點[J].機械管理開發,2010,25(4):22-23.

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【關鍵詞】變頻電機；絕緣損壞；脈寬調制

1引言

電工電子技術和微電子技術快速發展和工業生產的需要，變頻調速技術以及廣泛的在各種機械設備中加以應用。但是隨著變頻電機這一新設備的廣泛使用，人們發現變頻電機尤其是低壓變頻電機的絕緣會過早的損壞，直接導致了變頻電機的使用壽命比普通電機短得多，甚至幾個星期就出現故障。因此，就需要對變頻電機絕緣損壞的機理進行分析并探尋控制措施。

2 變頻電機的絕緣損壞機理

2.1 變頻電機過電壓

變頻電機在使用的過程中不但同普通電機一樣的受到操作過電壓的沖擊，而且會受到PWM（脈寬調制）波行波過電壓和反向電場過電壓的沖擊。只要變頻電機啟動運行，這些類型的過電壓就一直的存在，并對變頻電機絕緣產生嚴重的損害。

2.1.1 PWM調制波行波過電壓

目前變頻廣泛的采用PWM調制技術，PWM的脈沖波形頻率有開關頻率和基本頻率兩種形式。其中由于電壓信號的傳播形式為波的形式，PWM的脈沖電壓值的峰值重復頻率會與開關頻率保持同步增長的關系。基本頻率直接影響電壓脈沖極性的轉變和變頻電機的轉速。由于變頻電機和逆變器的電阻率遠大于輸電線的電阻率，因此在它們之間傳播的PWM脈沖電壓因反射波的作用而導致PWM過電壓可達雙頻電機工作電壓的2倍。

2.1.2 反向電場疊加過電壓

外部的電場作用可以使得絕緣介質中的正、負電荷產生瞬間的相對運動從而形成位移極化，這種極化由于其時間非常短（越10-15-10-12s），因此也被稱為瞬間位移極化。同時外部電場也會使絕緣介質的偶極發生轉向作用，這種作用被稱為偶極轉向極化，這種極化的時間不同于位移極化，它的時間相對十分緩慢（10-10-10-2s），因而也叫松弛極化。但是變頻電機的PWM脈沖電壓波的頻率在幾百HZ到幾千HZ之間，因而其周期就很短（10-5-10-3S），已經可以達到偶極轉向極化的時間，從而導致絕緣中的電荷轉移產生的電場滯后，因此了與外部電場方向一致的反向電場，從而產生反向電場疊加過電壓。

2.2 變頻電機的熱效應

變頻電機不但同普通電機一樣受到性質相同的熱效應的作用，同時由于PWM調控而帶來的集膚熱效應，并且絕緣介質由于其自身發熱的作用而產生熱效應。

2.2.1集膚熱效應

變頻電機的集膚熱效應和變頻電機的PWM脈沖電壓的頻率呈正比關系。普通電機的集膚熱效應僅僅是在電機啟動時才會產生，但是由于變頻電機的脈沖電壓波的頻率一直很高，因此導致集膚熱效應伴隨電機整個運行周期。變頻電機的轉子繞組導體由于其耗損多、產生熱量大，因而是產生集膚熱效益比較嚴重的部位。總之，變頻電機的集膚熱效應要比普通電機嚴重的多。

2.2.2 絕緣介質自身發熱

變頻電機的絕緣介質由于脈沖調制的作用而導致電耦極子轉動的頻率相對頻繁，這就大大的提高了絕緣介質的電應力，絕緣介質因電應力強度大而導致其耗損和產生大量的熱量，過多的熱量很嚴重的影響變頻電機的絕緣介質的性能和壽命。目前PWM脈沖電壓波的頻率最高可以到達104HZ，而一般有機絕緣介質的自身的設計頻率在104-105HZ之間，因此PWM脈沖電壓波的頻率已經快達到絕緣介質的設計頻率的下限，而隨著集成門極換流晶閘管（IGCT）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等材料應用到變頻電機中而導致電機的工作電壓的頻率更高，這就導致絕緣材料的熱效應也隨之越來越嚴重。可以設想，當變頻電機的PWM脈沖電壓波的頻率大于或等于絕緣介質的設計頻率，此時的狀況就如同微波爐工作原理一樣，而絕緣介質如同食品一樣被PWM脈沖電壓波被迅速的加熱，這也是變頻電機使用過程中急需要解決的技術問題，需要改善新的、高性能的絕緣材料來加以解決這一難題。

2.3 變頻電機絕緣局部放電

變頻電機絕緣的局部放電是絕緣失效的主要原因之一。絕緣部位局部放電對絕緣失效作用主要包括3主形式：

（1）絕緣部位的局部放電會與空氣中的O2反應產生一定量的O3，和空氣中的氮氣以及水蒸氣生產硝酸，臭氧和硝酸都具有強氧化性，會氧化絕緣材料，改變了絕緣材料的性質；

（2）局部放電使得大量的電子撞擊絕緣介質，其中電子的撞擊能量會達到10eV，而絕緣介質分子聚合鍵之間C-H為3.5eV，C-C鍵為6.2eV，這會使絕緣材料的分子結構產生裂解，從而使絕緣材料失效；

（3）局部放電還會產生X射線和紫外線，這些都會對絕緣材料產生輻射作用。然而在PWM脈沖的作用下，電壓波的脈沖頻率比較大，這會導致局部放電的次數多，放電能量大，這就加大了絕緣材料的失效率。

3 減少絕緣損害的對策

（1）采用合理的繞線、嵌線等絕緣生產技術。變頻電機的絕緣材料的繞線、嵌線工藝必須加以控制，防止在生產中傷害了導線，將線圈的端部位加以固定使之形成整體，確保整個絕緣材料的強度。

（2）采用聚酰亞胺系列絕緣材料來代替現階段的有機材料，這樣就能比較徹底的解決絕緣部位的熱效應的問題。聚酰亞胺系列絕緣材料是新型納米無機材料，其表面的導電率比較大，能強有力的保留在其表面的電子，這會使得反向疊加電場的場強變小，這樣會有效的降低過電壓對絕緣材料的破壞作用。而且無機材料分子的鍵能比較大，能有效的抗擊局部放電時的電子沖擊。

使用真空壓力無溶劑浸漆和聚酰亞胺系列絕緣材料，真空壓力無溶劑浸漆采用的是無氣隙絕緣，能減少絕緣材料中的空氣等雜質，能減少局部放電的危害。

提高絕緣材料的整體機械強度。提高機械強度能增加抗熱熔、抗振動以及抗電磁激振力，因此提高了變頻電機絕緣系統的整體機械強度能使其更有效的抵抗脈沖電壓波的作用、提高對各種熱效應的能力以及電機使用過程中的機械振動的影響。

參考文獻：

[1]丁再春，高壓變頻電機絕緣結構的研究[J]. 裝備制造技術，2013（04）.

[2]王鵬，高波，吳廣寧，羅楊，曹開江.連續方波電壓下變頻電機絕緣局部放電特性[J].高電壓技術，2013（06）.

[3]徐慧慧. 基于超高頻法的變頻牽引電機絕緣局部放電特性研究[D].西南交通大學，2013.

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關鍵詞:高壓電機 變頻 原理 安全性 意義

高壓交流變頻調速技術為90年代以來迅速發展起來的一種新型的電力傳動調速技術,在高壓交流電動機的變頻調速領域得到了廣泛應用,其技術與性能優于其它任何一種調速方式,變頻調速憑借其顯著的高效率、高精度、高節能效益、寬范圍的調速性能,以及完善的電力電子保護功能,易于實現自動的通信功能,得到了廣泛的推廣與應用。

1、節能原理

1.1 變頻原理

高壓變頻器采用先進的功率單元進行串聯疊加的方式,主電路的開關元件為大功率IGBT,空間矢量多重化的PWM技術,由數個單元串聯形成每相,每個功率單元所輸出的電壓波形以及其串聯后輸出的相電壓波形,能夠得到數十個不同的等級電壓,在增加電壓等級的同時,每個等級的電壓值大大降低,從而減小了dv/dt對電機絕緣的破壞,并極大的削弱了輸出電壓諧波的含量,由于電壓等級數量的增加,也極大的改善了變頻器的輸出性能,輸出波形幾乎接近于正弦波,不存在電網污染,符合IEEE519―1992對電壓、電流諧波失真的嚴格要求,因此“串聯疊加”變頻器對同一電網上用電的其他電器設備不會產生諧波干擾,純凈的功率輸入能夠免去耗時的諧波、共振分析,從而也節省了安裝去除諧波裝置的昂貴費用。

1.2 節能原理

將循環泵電機改為變頻調節,在輸出量滿足工藝要求的情況下,能夠節約大量的電能,節電的比例可通過理論計算得出,通過泵與風機類負載的工作特性可知,其流量與轉速成正比:,其電機軸功率與轉速的立方成正比:。由變頻器的工作原理可知,其轉速與頻率成正比:,其中Q為流量,N為轉速,P為軸功率為頻率。當頻率由50Hz變為40Hz下降20％時,由

可知軸的功率只有原來的51.2％,節約了48.8％。

以上只是在理想條件下的節電率,在實際使用工程中,由于各種運行工況的不同,節電效果也將會不一樣,實際的節電效果和以上的計算結果將會有一定的出入,但從計算結果來看,節電效果較顯著,值得改造。

2、變頻安全性和優勢

2.1 變頻安全性

高壓變頻器實現了對電機的軟啟動,避免了在工頻啟動時所產生的巨大沖擊電流與沖擊轉矩,對延長電動機與負載的使用壽命,減少對電網的沖擊,從而保證機組正常的運行有著非常重要的實際意義。在變頻器發生欠壓、過壓、過流、缺相、過熱、短路、接地、過負荷等情況時,系統能自動的檢測并及時的進行智能提示、報警或者保護,完整的運行保護體系可靠的保證了設備安全的運行。

2.2 高壓變頻器的優勢分析

交流高壓電機的直接啟動會產生巨大的電流沖擊、轉矩沖擊,在很短的啟動過程中,轉子籠型繞組以及阻尼繞組都將承受很高的熱應力、機械應力,導致籠條的端環斷裂;同時會造成定子繞組絕緣的機械損傷與磨損,從而致使定子繞組的絕緣擊穿,在直接啟動時的大電流還會引起鐵芯發生松弛,造成電機的發熱增加,因為變頻器可做到啟動轉矩高,并且平滑無沖擊,對于延長電動機的使用壽命,減少對電網的沖擊,保證機組的正常運行是很有必要的。隨著電廠的自動化程度不斷的提高,運行工藝對輔助設備控制性能的改善也是十分迫切的,根據實際的需要,對風機、水泵利用高壓變頻器進行調速,既可以調節風機、水泵的流量,又可以極大的降低電能的消耗,從而既保證與改善工藝,又能夠達到節能降耗的效果。

3、進行高壓電機變頻改造的意義

3.1 電動機實現了真正的軟啟動,可延長電動機的使用壽命

在直接啟動過程中,由于電動機籠條與端環將流過很大的啟動電流,其值可以達到額定電流的4～7倍,在雙鼠籠式電動機的啟動過程中,外籠條與外端環將流過很大的啟動電流,所產生的損耗會使籠條與端環產生200℃～300℃的高溫,從而使得端環產生較大的熱變形。端環的熱變形將會使籠條受到一個彎曲應力,造成電動機籠條開焊、斷裂。

3.2 減少了對廠用電的沖擊

因為高壓電機實現了軟啟動,而電動機的啟動電流只是額定電流,啟動的時間延長,不會導致廠用電母線的電壓降低。

3.3 具有明顯的節電效果

在火力發電廠中,為滿足各種運行方式的需要,送風機、引風機、一次風機、增壓風機、凝結水泵、給水泵、循環泵等設備都是按照最大運行方式的要求進行配置的,在低負荷運行時,機組這些設備只能夠依靠調整入口擋板的開度、泵的出口門來調節風量、水流量,用擋板、出口門來調節風量、水流量將會有大量的電能浪費在克服擋板、出口門的阻力上,造成用電率增高,影響機組的經濟運行。由流體力學基本定律可知:風機或者水泵的流量和其轉速成正比,壓力和其轉速的平方成正比,軸功率和其轉速的立方成正比。所以,在火力發電廠中,機組在不同的負荷運行時,風機、水泵可通過調整高壓電動機的轉速來進行調量、水流量,以獲得到明顯的節電效果。

4、結語

采用高壓變頻器對電廠高耗能的用電設備進行技術改造,不僅能夠降低廠用電、供電煤耗,增加上網電量所帶來的直接經濟效益,而且設備以及機組的安全可靠性也會得到大幅度的提高,減少機組故障所帶來的隱形經濟效益。本文對高壓電機變頻技術的原理、節能、安全性等進行了討論,給促進發展高壓電機變頻技術提供一定的參考。

參考文獻

[1]李宏斌.高壓電機變頻改造節能分析[J].硅谷,2010,(5):37-38.

[2]肖兆帥,鄭川,宋光珍.高壓變頻技術在山水集團風機類電機上的應用[J].水泥工程,2008,(2):58-60.

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根據市場調查，針對常規游梁抽油機，許多油田機械制造生產廠商都嘗試開發長沖程、低沖次塔式抽油機，大多數是采用傳統電機帶動減速機，通過控制系統使電機換向，帶動減速機做換向運動。這些機型，實現了長沖程、調參容易、有效降低耗電量，但長期不問斷的連續運行，軸承和齒輪疲勞問題無法得到保障，運行噪音高，使運行可靠性降低，同時節能環保效果不明顯，因而推廣效果不佳。

河南機廠創新研發的塔架變頻調速電機型抽油機，此抽油機具備以下特性：a、采用世界領先的變頻閉環矢量控制及永磁同步電機技術，使輸出力矩能自動根據負載的變化而調整，始終滿足負載的變化，達到最佳的節能效果。b、采用先進工業控制器及人機操作界面，運行參數明了，調參方便、快捷，實現柔性啟動，系統運行按設定曲線運行，換向無剛性沖擊，低噪音（55dB）。c、主機采用高性能永磁低速、大扭矩電機驅動，電磁換向，無齒輪減速箱部件，無磨損，系統通過抽油桿與配重箱形成天平式平衡，實現運行時的平衡，無功損耗接近零，從而使機械效率達到95%以上。d、主機配置抱閘功能，配重箱配備安全剎車裝置，運行時運動部件與人隔離，操作機器與高壓電隔離，調平衡時配重落地調整，安全無憂。e.翻轉讓位，修井作業方便。

1.結構及其原理

該型機由動力傳動系統、控制系統、機架及提升裝置、平衡箱、平衡箱安全剎車系統等組成，適用于普通采油作業，特別適用于長沖程、低沖次的采油工況。

其工作原理是：電機驅動一級皮帶減速輪，通過減速輪同軸上的驅動輪和導向輪驅動鋼絲繩組（寬帶）。鋼絲繩組（寬帶）一端和平衡箱連接，另一端通過懸繩器懸掛光桿；電機運行時，系統通過安裝在機架中部的霍爾元件，自動檢測到平衡箱位置，并反饋給控制系統，控制系統控制電機帶動懸點符合做上下平穩運行。運行過程中利用光電信號檢測平衡箱的運動位移，來消除運動過程中的累積誤差。

2.動力傳動系統

動力傳動系統是利用低速大扭矩永磁同步電機，經過一級皮帶減速；采用柔性鋼絲繩（寬帶）傳動使整機具有過載保護，避免了剛性沖擊。

3.智能控制系統 智能控制系統由高過載能力矢量控制變頻器、可編程控制單元及速度、重力、光電等各種傳感器構成的智能化控制系統。其特點如下：

（1）.可人機對話，可實現沖程、沖次無級調速；

（2）.可監控沖程、沖次、電流、頻率、轉矩、輸出功率、抽油桿運行速度與時間等屏幕顯示，可實現遠程監控；

（3）.自動判斷光桿是否失重，實現緊急停機；

（4）.對電機全程自動控制，并具有超載、失載、過熱、缺相、短路保護、故障記憶等功能；

4.創新技術的應用

（1）.平衡箱的安全制動系統，該系統由離心式機械雙向動作限速器、制動轉向盤、安全制動鉗組成。

安全制動原理：通過連接在平衡箱的鋼絲繩即時追蹤平衡箱的運行速度，當平衡箱的運行速度超出限定速度時，離心機械限速器動作，反饋信號使電機制停，利用平衡箱加速下行的慣量，通過鋼絲繩的另一端拉緊裝在平衡箱上的安全制動鉗，抱剎導軌，利用摩擦力制動平衡箱，實現平衡箱的安全制動，避免井口側失載引起的事故。

（2）.機架翻轉裝置

修井作業工位讓開裝置：漲緊輪和導向輪輪架通過和機架連接的軸進行旋轉，卸掉載荷，漲緊輪向下旋轉，導向輪向上旋轉，這時導向輪可避開井口1200mm，為修井讓出作業空間。

（3）.設備動力系統采用外轉子永磁同步電機，具有噪音低、低轉速、大扭矩、低能耗的性能特點。

5.節能及環保特性

塔架變頻調速電機型抽油機在實際運用中，永磁同步電機配合高過載能力的矢量控制變頻器，實現了輸出力矩與負載的最佳匹配，達到最佳節能效果，功率因數達到0.98，切實達到了高效節能的目的。

6.主要特點

（1）.操作簡便，以人為本。應用了人機工程學原理，控制系統實現智能化，可人機對話，利用觸摸屏調整參數、實現多參數的遠程聯網監控，并顯示運行參數，故障發生時間和故障原因，減輕維修人員的工作強度。

（2）.運行平穩安全。該機驅動裝置均安裝在塔架頂部的驅動平臺上，平衡箱運行于封閉的塔架內，有效減少對周圍人畜的誤傷害，當發生抽油桿斷裂事故時，平衡箱下方有制動系統，實現平衡箱的安全制動，避免井口側失載引起的事故。

（3）.提高抽油泵的工作效率。該型抽油機具有勻速運行段長、上下行速度可以分別調整的特點，工作時可以根據不同的井況分別調整上行和下行速度，充分提高了油泵的充滿度系數和工作效率。

7.結語

抽油機在石油開采中占據及其重要的位置，新技術的研發，環保節能，提高抽油機的效率是油田開發的重心。同時，我國目前大力倡導發展綠色循環經濟，因此，更要加大技術與設備的創新力度，與油田的特點相結合對抽油機進行研制，提高其經濟效益。

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[關鍵詞]電機；變頻控制；節能技術

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）36-0194-01

社會經濟和科學技術的快速發展，在推動社會主義現代化建設的同時，也對電力能源的提供提出了更高的要求，尤其是各種電機設備的節能控制。在構建資源節約型和環境友好型社會的今天，加強對電機變頻控制節能技術與應用問題的研究，具有至關重要的現實意義。

一、電機變頻控制的基本原理和特點

變頻電機是變頻器驅動電機的統稱，它采用由變頻感應電動機和變頻器組成的控制系統，提高機械自動化程度和生產效率。以交流電機為例，其同步轉速可用下式表示：

n1=60f/p （1）

式（1） 中：n1表示同步轉速；f表示電源頻率，50 H z；p為電機磁極對數。

電機轉差率用公式表示為：

s=（ n1一n）/n1 （2）

式（2） 中：s為電機轉差率；n為電機轉速

由式 （1） 和式 （2） 可以推得：n= 60f（ 1-s）/p （3）

圖1所示為電機變頻控制原理。通過電機變頻器輸出的不同頻率，可以對交流電機進行調速。變頻調速的主要特點是通過變頻器改變輸出頻率和輸出電壓，最終達到對轉動負載的精確定量。除此之外 ，變頻電機還具有以下一些特點：①具備軟啟動和停止功能 ；②采用電磁設計，增加了電機電感 ，從而減少定子和轉子的阻值 ；③滿足反復的啟制動切換 ，能夠平滑無極調速，保護功能完善 ，減少設備維修 ；④節約電能.

二、電機變頻控制節能性分析

由上述交流電機調速公式（3） 可知，只要改變電源輸入頻率就可以使電機平穩變速。而在大型變頻設備中，在效率不變的情況下通過改變電源輸入頻率和輸入電壓，根據負載要求達到改變輸出功率的目的。對于風機類負載，可以借助流體力學進行耗能分析，風量是轉速的一次函數，風壓是轉速的二次函數，軸功率是轉速的三次函數，可以用以下三個公式表示。

Q=k1n （4）

式（4）中：Q為風機風量；k1為風量系數

H= k2n2 （5）

式（5）中：H為風機風壓；k2為風壓系數

P= k3n3 （6）

式（6）中：P為軸功率；k3為軸功率系數

仍以風機為例，隨著輸入流量的減少，電機做減速運動，功率也會按電機速度的三次方減少。假設輸入流量下降比為 80%，相 應的轉速也會降為原來80%，此時軸功率下降51%.另外，當轉速下降時，電機效率也會相應下降，這時由控制裝置等帶來的損耗比例也會增加。圖2所示為風機變頻控制節能效果。節能原理當系統風流量從Q 1下降到 Q2時，如果調節通風量，則系統阻力變大，系統工作點從A變到B，軸功率 P2與BH2，Q20組成的矩形面積成正比；如果使用電機變頻技術，風機速度由n1變到n2，風壓急劇下降到H3，功率P3 （CH3與Q20所組成矩形面積） 明顯縮小，降低的功率可表示為， P= P2 H×Q2.它BH2，CH3組成的矩形面積成正比。泵類負載曲線與此相同。通過大量統計得出，風機水泵類電機調速控制可以節約大約30%的電能。

在傳統的電機拖動中，當電機拖動的負載發生變化時，一般通過調節通電時間占空比來進行調速。這樣的調節雖然很簡單，但是電機會不斷地啟動、制動，而在啟動和制動過程中電機的耗能很大。如果采用變頻技術來對電機進行調速，電機轉速不但能平滑過渡， 而且節能效果也能在很大程度上得到提高。

三、電機變頻控制技術的發展過程與應用

在最初的時候我國的電機頻率都是固定的，電機只能固定的輸出一種功率，一個電壓。所以說當時的電機在工作的時候輸出的驅動頻率是完全不變的。但是往往負載所需要的驅動頻率卻是在不斷變化的，為了能夠滿足負載所需要的驅動頻率，電機的額定驅動頻率一般都是大于負載所需要的驅動頻率的。這樣做雖然能夠保證電機提供足夠的驅動頻率，保證電機的正常運作，但是其中有很大一部分的驅動頻率都會被浪費掉，這就造成了大量的電力能源被浪費，不能得到有效的利用，完全不符合我國可持續發展的戰略要求。為了達到節約電力，使電力得到充分利用的要求，電機變頻控制技術被開發了出來，電機變頻控制技術能夠根據負載所需要的驅動頻率來改變電機輸出的功率和電壓，保證不會有多余的驅動被浪費，很好的提高了電能的利用率，完全符合我國節能減排的要求。隨著我國對節能減排的要求越來越高，對于變頻節能控制系統的開發和研究也不斷的完善，并且得到了更好的推廣，在越來越多的地方被應用。

1.電機變頻技術的發展過程

現在的電機變頻系統大都采用恒 v/F控制系統，這個變頻控制系統的特點是結構簡單、制作便宜。這個系統被廣泛應用在風機等大型的并且對于變頻系統的動態性能要求不是很高的地方。這個系統是一種典型的開環控制系統，這個系統能夠滿足大多數電機的平滑的變速要是，但是對于動態和靜態的調節性能都是有限的，不能應用在對動態和靜態性能要求比較嚴格的地方。為了實現動態和靜態調節的高性能，我們只能采用閉環控制系統來實現。所以有的科研人員提出了控制閉環轉差頻率的電機調速方式，這種調速方式能夠在靜態動態調速中達到很高的性能，但是這種系統只能在轉速比較慢的電機中得到應用，應為在電機的轉速較高的時候，這種系統不僅不會達到節約電能的目的，還會使電機產生極大的瞬態電流，使得電機的轉矩在瞬間發生變化。因此，為了在較高的轉速中實現較高的動態和靜態性能，只有先解決電機產生瞬態電流的問題，我們才能更好的發展電機變頻節能控制技術。

2.電機變頻控制的應用

在電機的能耗中，大約有百分之八十都是應用在了風機和泵類負載當中，所以說電機變頻控制技術能夠很好的節約這一部分負載的能耗，實現節能減排的目的。以空調為例，沒有應用變頻控制系統的空調，在設置的溫度低于閾值的時候，只能通過關閉風路的方式來實現，但是這個時候空調的電機還是在繼續運轉的，這一部分驅動功率就完全沒有被利用，只是單純的被浪費掉了。但是在運用了變頻控制系統的空調當中，如果當空調設置的溫度降低的時候，只需要控制電動機的轉速降低，減少輸出的驅動功率就可以實現，完全沒有必要將風路進行關閉，而且也不會浪費電機的驅動頻率，很好的提高了電能的利用效率。

此外，在實際應用中需要根據不同的需要選擇大小合適、性能高的電機，減小電機的浮裝容量，防止能量浪費。同時，在實際應用中還要不斷優化電機系統結構，盡可能降低額外能量的損失，并選擇導磁性高的材料，比如冷軋硅鋼片等。

總之，電機變頻控制節能技術的應用可以有效減少電機不必要的驅動頻率的輸出，提高電能的利用效率，這在很大程度上緩解了我國電力能源緊缺的現狀。隨著我國對節能環保投入的不斷增加，電機的變頻控制將會得到更好的發展。

參考文獻

[1] 陳偉華，李秀英，姚鵬.電機及其系統節能技術發展綜述[J].電氣技術，2008（09）.

篇6

關鍵詞：凝結； 礦用水泵；電機；變頻

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0022-02

在礦用凝結水系統中，凝結水泵是最主要的動力設備，主要是將凝汽器中的凝結水，在送入低壓加熱器經過加熱后，然后輸送到除氧器內。在礦用應用中，凝結水泵電機的實際運行狀況與實際經濟運行狀況之間存在偏離。尤其是當機組帶部分負荷的時候，將更偏離實際經濟運行狀況，導致機電能源嚴重浪費。為了減少能源的浪費，變頻技術的改造不僅能夠使凝結礦用水泵的運行狀態穩定，而且還能夠大大提高其運行的效率。

1 變頻系統的優勢

隨著我國變頻技術的逐漸發展，通過對凝結礦用水泵電機進行技術改造，在應用高壓變頻器以后，實現了系統的穩定運行和設備的使用壽命等方面，使系統更經濟和節能。其變頻系統主要由功率單元柜和控制器、高壓開關柜和移相變壓器所構成，一共形成18個功率單元，各功率單元的電路為單向的交-直-交逆變，并且每6個單元串聯成一相，以多重化PWM控制方式進行控制。整流為二極管三相全橋，不僅電路多重化，而且脈沖數可達到36個。通過利用光纖通訊技術，確保產品具有較強的抗干擾性和可靠性。除此之外，極低的輸出諧波，可以有效地對每一轉進行控制。其實際的變頻系統電路如下圖1所示：

2 凝結礦用水泵電機的變頻技術改造方案

2.1 設備的選型

由于目前高壓變頻器在市場中的類型較多，因此，要根據在對礦用變頻器進行選擇的時候，不僅要考慮變頻裝置的諧波輸入與輸出、變頻器使用的時間和壽命，還要考慮變頻器的功率、電機額定電流和實際應用電流、轉矩過載能力、效率以及市場反應效果等指標所具有的節能效果來選擇。變頻器在實際的應用中會出現各種影響節能效果的情況，例如：波形輸出不穩定、諧波控制差、設備可靠性低、使用時間短等，都將對實際節能效果造成影響。除此以外，考慮其變頻器的價格，通過一系列比較，將采用上海西門子公司生產的PROFIBUS DP空冷型完美無諧波高壓變頻器進行改造。

2.2 各項指標對設備運行的影響

（1）變頻裝置輸出的諧波量。由于凝結礦用水泵電機不屬于專業的變頻電機，因此，所產生的諧波量一定會對電機的使用壽命造成嚴重的影響，對負載輸出諧波量的嚴控是變頻技術改造的關鍵指標之一。變頻輸出側的傳感器由于主要使用的是霍爾元件，因此，對實際諧波含量無法進行檢測。在凝結礦用水泵電機實現變頻技術改造以后，雖然負荷電流和電機溫度都有所下降，但是從表面上依然無法察覺異常發熱現象，對實際諧波含量的標準仍然無法確定。煤礦企業目前只能通過對檢測諧波含量硬件進行加裝。在長期監控下，避免濾波電容老化和損壞影響電機運行，導致事故的發生。（2）設備對諧波量的反饋。在凝結礦用水泵電機設備進行變頻技術改造以后，諧波的出現是必然的，這給煤礦企業帶來了一定的影響。例如：引起電機絕緣被破壞和毀損、使電氣保護和自動裝置安全性受到影響等方面可靠性受到威脅。因此，必須嚴格控制凝結礦用水泵電機變頻技術改造的過程。一旦改造完工，必須定期檢測諧波含量，防止諧波污染。同時根據所測得的結果，還能鑒別設備的性能。（3）變頻器的發熱與散熱。在凝結礦用水泵電機中，變頻器裝置的能耗與電機容量相比，至少40%左右都被變頻器裝置所占有。同時還具有非常大的發熱量，由于變頻器的正常運行受變頻系統控制的空間和對外換熱所影響，如果散熱的效果不好，會直接對設備的使用壽命和使用性能造成嚴重影響。因此，在對變頻器進行調試的時候，在不啟動空調控制室和只采用軸風機散熱的條件下，設備裝置負荷運行一定要滿足24小時，以此來檢測變頻器的發熱與散熱狀況。通過實際檢測我們得知，變頻器上層溫度為33℃左右，有較強的散熱與換熱功能。即使在夏季，當溫度超過40℃以后，空調控制開啟以后，設備也能實現正常的運行。（4）隱藏凝結水泵臨界轉速。由于受到設備、系統本身等因素的影響，在設備進行運轉的時候，在某頻率段容易出現低頻振動的現象影響整個設備的運行安全。如下圖2所示：

因此，在凝結礦用水泵電機實現變頻技術改造以后，必須要對每個頻率段的振動狀況進行詳細的實際檢測，一旦發現與標準振動不符，就要及時在系統中進行重新設置，防止出現超標點的運行狀況影響設備的正常、安全運行。

3 實際應用分析

通過實際應用證明，在凝結礦用水泵電機完成變頻技術改造以后，不僅對系統的安全運行有了改善，在經濟效益上也有了很大的改善。首先，工作人員對系統的調控更穩定，大大提高了系統自動調節性能。其次，水泵能夠隨機組負荷變化對輸出功率進行調節，直接使凝結礦用水泵電機的電耗得到了減少。在除去變頻裝置本身的能耗上，改造后的能耗耗損要節省了27%以上，機組負荷節能方面也達到70%左右。不但降低了設備的損壞，還使變頻器起到了自動保護的作用。除此之外，技術的改造在延長設備的壽命和使用率的同時，還使設備的維護費用得到了減少。

綜上所述，凝結礦用水泵電機的變頻技術改造除了在運行效益和直接經濟效益上達到了令人滿意的節能效果外，還在提高系統自動裝置穩定性和維修、沖擊力矩對電機損壞等方面都起到了節能的明顯效果。

參考文獻

[1] 崔建國，潘海濱.高壓變頻技術發展與應用[J].電器工業，2005.

[2] 吳貴忠.變頻技術改造項目在大連開發區熱電廠的應用評價[D].華北電力大學，2010.

篇7

關鍵詞:變頻器;電機測試;直接轉矩控制;AFE直流母線

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)03-0321-01

1 系統的設計與實現

1.1 系統整體構成

變頻器在電機測試平臺的應用可以采取兩種方案的回饋方式:直流母線回饋方案以及采用AFE交流側回饋方案,可以回饋在發電狀態下工作產生的電能,減少能源消耗。電力測試平臺組成框圖如下:

1.2 直流母線回饋方案

直流母線回饋方案指的是電機發出的能量在發電狀態下回饋到直流母線。可以掛多臺逆變器在一個整流單元的直流母線上,這種模式的優點在于:根據具體工作情況,合理組合發電狀態的設備和電動狀態的設備,匹配掛在同一直流母線上的電動功率和發電功率,整流單元的進線功率大大減少了。此外,絕大多數情況下模擬負載的電動機和被測試電動機在測試臺系統中是一臺處在發電狀態而另一臺處在電動狀態。在直流母線上,發電狀態的電機產生的直流電被帶動另一臺電機的逆變器消耗掉。由此可知,選擇兩個逆變單元和一個整流單元是試驗臺的最佳方案。如圖2。

由于各種功率損耗以及發電效率,除消耗掉發電狀態下電機產生的直流電外,帶動電動狀態電機的逆變單元還要消耗一定的直流功率。因此,兩個逆變單元分別帶動兩臺交流異步電動機, 掛在同一整流單元的直流母線上, 其中一臺是模擬負載,另一臺是被測試電機。帶動模擬負載電機的變頻器根據需要改變速度,采用與交流側回饋方案相同的直接轉矩控制,帶動被測試電機的逆變器采用速度控制。這個方案更適用于在固定場合測試變速裝置的機械部分,因為直流母線不便于經常拆卸和安裝。此外被測試電機和模擬負載電機在共用直流母線的方式都要采用變頻器帶動。

1.3 AFE方案

AFE即帶有自換向脈沖整流/回饋單元,以西門子公司的產品為代表。AFE在結構上相當于一個逆變器,因為它采用了絕緣柵雙極晶體管(IGBT)功率元件,其輸入為交流而輸出為直流。與傳統的二級管或可控硅整流技術相比, 因為它位于電源進線側,所以被稱為“前端”。它具備了很多主動的控制功能,不再是被動地將交流轉變成直流,能提高功率因數, 消除高次諧波, 具有卓越的動態特性和電流管理功能,不受電網波動的影響無換相失敗, 普通的變頻器產生諧波污染電網; AFE是IGBT整流, 可以矯正波形和補償電網功率因數,能維持恒定的直流環節電壓。AFE本身產生的諧波非常小, 且各次諧波由濾波電路刪除。

AFE變頻器本身帶有VSB電壓檢測板用來檢測進線電網的電壓、相位、功率因數等參數。AFE的CUSA控制板可以根據檢測到的電網參數通過控制IGBT的占空比和頻率,把直流電逆變成和電網本身完全同相位同頻率交流電回饋電網。由于測試臺、被測試電機和裝置是完全獨立的,這個方案適用于任何測試場合。電氣部分采用AFE變頻器帶動一臺異步電動機來模擬負載。變頻器采用直接轉矩控制,可以根據設定值輸出轉矩而不受速度限制。轉矩的測量采用扭矩法蘭,轉矩的控制通過PLC里的PID功能塊完成。模擬負載的電機工作在發電狀態的時候,發出的直流電首先回饋到直流母線上。下圖為采用AFE交流側回饋方案結構圖。

2 結束語

本文所提出的應用測試方案是基于轉矩控制算法(DTC), 采用變頻器帶動交流異步電動機作為模擬負載。這樣的測試模式可以支持試驗臺按照試驗人員的輸入或某一曲線控制被測試方上的扭矩,不受速度的影響。

篇8

【論文摘要】：對變頻調速器在實踐應用中容量的正確選擇、傳動系統的優化設計以及外接制動電阻等方面的問題，總結了一些經驗。

隨著電力技術的迅速發展，交流電機變頻調速技術取得了突破性的進步，進入了普及應用階段。在我國，變頻調速器也正越來越廣泛地被采用，與此同是地，如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問題了。

1.關于容量選擇

在變頻調速器的說明書中，為了幫助用戶選擇容量，都有"配用電動機容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導致變頻器的誤選。

各種生產機械中，電動機的容量主是根據發熱原則來選定的。就是說，在電動機帶得動的前提下，只要其溫升在允許范圍內，短時間的過載是允許的。電動機的過載能力一般定為額定轉矩的1.8-2.2倍。電動機的溫升，所謂"短時間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調速器的過載能力為：150％，l分鐘。這個指標，對電動機來說，只有在起動過程才有意義，在運行過程中，實際上是不允許載。

因此，"配用電動機容量"一欄的準確含義是"配用電動機的實際最大容量"。實際選擇變頻器時，可按電動機在工作過程中的最大電流來進行選擇，對于鼓風機和泵類負載，因屬于長期恒定負載，可直接按"配用電動機容量"來選擇。

2.傳動系統進行優化設計

交流異步電動機經變頻調速后，其有效轉矩和有效功率的范圍。配用變頻調速器時，必須根據生產機械的機械特性以及對調速范圍的要求等因素，對傳動系統進行優級化設計，優化設計的主要內容和大致方法如下：

2.1確定電動機的最高運行頻率

（1）鼓風機和泵類負載，這類負載的阻轉矩TL與轉速n的平方成正比TL=KTn2，輸出功率PL與轉速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP為常數），由此可知，如轉速超過額定轉速，負載的轉矩和功率將分別按平方律和立方律增加，因此，在一般情況下，不允許在額定頻率以上運行。

（2）一般情況下，各種機械的強度、振動以及耐磨性能等，都是以電動機轉速不超過3000r／min為前提設計的。因此，在沒有對機械重新進行設計的情況下，2級電機的最高運行頻率不要超過額定頻率太多。

（3）當異步電機在額定頻率以上運行時，由于電源電壓是恒定的，其在調到fx時電磁轉矩Tx近乎和頻率調節比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN為額定頻率fN時的轉矩）。因此，最高運行頻率不宜超過額定頻率

（4）異步電機在低頻下運行時，為了獲得足夠的轉矩，常需進行轉矩補償。而轉矩補償將使電機的磁路趨于飽和，從而增加附加損失，降低了效率，因此，只要情況許可，應尺可能地提高運行頻率的上限。

2.2確定傳動系統的傳動比并校核電動機的容量

（1）鼓風機和泵類負載，一般均為直接驅動，不必考慮傳動比的問題。

（2）恒轉矩負載，首先，根據有效轉矩線以及所要求的頻率調節范圍，確定電機運行的最高頻率和最低頻率。

假設已經確定的電動機最高運行頻率為fmax最低運行頻率為fmin與此對應的轉矩相對值為tTL，則電動機的額定轉矩Tn=TL/qTL（TL負載轉矩）。如果原選電機并未留有余量的話，則配用變頻調速器后，電動機的容量應擴大1/tTL倍。傳動系統的傳動比入等于電動機在最高運行頻率下的轉速nDmax負載所需求的最高轉速nLmax之比。

（3）恒功率負載：和恒轉矩負載類似，首先根據有效功率線和頻率調節范圍，求出電動機運行頻率的上、下限。

同樣，在求出最高和最低運行頻率的同時，得到對應的功率相對值tPL，而電動機的額定功率PN≥PL／tPL（PL為負載要求功率）。

在設計恒功率負載時，應注意兩點：（1）盡量多利用額定頻率以上的部分；（2）當調整范圍較大時，盡量采用兩檔傳動比。因為當傳動比分成兩欄時，頻率范圍αf與αn轉速范圍之間的關系為。可見，在轉速范圍相同的情況下，頻率范圍將大為減小，從而可減小電動機的容量。

負載的機械特性，因是恒功率負載，故曲線上任一點的橫坐標與縱坐標的乘積均相等，且與負載功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin。全部轉速都在額定頻率以下調節時的有效轉矩線，在這種情況下，所需電動機的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明，所需電動機的容量比負載功率的On倍還要大，是很不經濟的。

⑴當最高運行頻率為額定頻率的2倍，傳動比只有一檔時的情形。在這種情況下，所需電機的容量PN=KPTN1/2nLmax1/2αnPL。可見，所需用容量只要大于負載功率的On/2倍就可以了。

⑵當最高運行頻率為額定頻率的2倍，傳動比為兩檔時的情形。這時，所需電機的容量PN1/2PL。可見，對于恒功率負載，當αn>4時，這種方案是比較理想的。

3.自配外接制動電阻

各種變頻調速器都允許外接制動電阻，加快制動速度，外接電阻。但配套的制動電阻價格昂貴，不易買到，自動配置時，其阻值與功率可如下決定：

直流電路的電壓值UP=×380=53V；制動電流Is一般以不超過電機的額定電流IDN為原則，即Is≤IDN，故制動電阻Rs≥UD/Is。

因Rs內通過電流的時間只有幾秒鐘，故其功率PR可按工其工作時的（1/10-1/8）選擇，即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。

因Rs接入電路時，應注意將變頻調速器內部的制動電阻切除，如不能切除，則應適當加大Rs的值，以免出現制動電流過大的情形。

在外接制動電路時，為了避免燒毀變頻器內部的放電用大功率晶體管（GTR）有時也可以外接整個制動電器（即包括制動電阻和放電晶體管，這時，GTR應選取其VCEX≥700伏；ICN≥（1.2-1.5）IDN安。

參考文獻

[1]馬新民，礦山機械，徐州：中國礦業大學出版社，2002

[2]李紀等，煤礦機電事故分析與預防，北京：煤炭工業出版社，1997

篇9

關鍵詞：變頻調速永磁電機 皮帶運輸 控制系統

當前技術條件支持下，變頻調速永磁電機所具有的最顯著優勢在于：功率因素高、且工作效率高。在煤礦企業生產系統當中，變頻調速永磁電機已具備取代傳統意義上，交流異步電機的可行性，兼顧了良好的節能與經濟優勢。基于此，本文試針對皮帶輸送在變頻調速永磁電機過程中的相關問題做詳細分析。

1 變頻調速永磁電機應用特性分析

帶式輸送機常規意義上所采取的電機設備多為異步電動機設備，在配合齒輪減速器裝置、以及液力耦合器設備的基礎之上，構成一個完整性的動力驅動系統。此種驅動系統實踐應用中的機械故障比較頻繁，工作效率較低，且在重載狀態下的啟動難度比較大。相對于此，建立在變頻調速永磁電機基礎之上的整個驅動系統可作用于對皮帶輸送機轉動速度的調節工作，去掉了傳統意義上的減速器裝置、以及液力耦合器設備。

以某煤礦井下工作面皮帶輸送機設備為例，在實際工作當中就針對皮帶輸送機所應用的異步電極進行了改造，將其改造成為變頻調速的永磁電機。該同步電動機的額定容量為55kW單位，額定電壓為660V單位，額定頻率為12Hz單位，轉子結構為永磁結構。在該變頻調速永磁電機與變頻器相互配合運行的過程當中，可有效保障多驅動電機相互之間功率的平衡性。在應用方面的優勢主要表現在以下幾個方面：

①運行效率高。

②噪音低。

③運行平穩且可靠。

④啟動轉矩高。

⑤調速驅動穩定高效。

2 控制系統應用情況分析

在煤礦井下工作面皮帶輸送機設備的運行過程當中，調速裝置中應用了現代化的IGBT變頻調速理論、以及模糊控制理論。整個變頻調速裝置主要由以下幾個部分所構成（包括變頻調速系統、參數設定系統、以及顯示系統這三個方面）。變頻器的核心設置為基于IGBT的半導體開關器件及其驅動模塊，在電流裕量方面有明顯的優勢。同時，該變頻調速系統當中所設置的熱管散熱器在散熱性能、維護性能、實用性能等方面均有顯著優勢。不但如此，整個調速裝置自主電路到控制電路均應用光纖方式實現通信，以良好的抗干擾能力防止控制系統的運行出現誤動動作。

同時，從控制算法的角度上來說，變頻調速裝置采用了先進性的控制算法，專門針對低轉速大轉矩三相永磁同步電機的變頻調速運行特性，在控制算法方面選擇了無線傳感器矢量控制與直接轉矩控制相結合的控制模式。此種控制算法的主要優勢在于：穩態性能突出、低速啟動狀態下的轉矩作用力較大、調速范圍寬。

3 變頻調速永磁電機的應用優勢

在將以變頻調速永磁電機為基礎的皮帶運輸機應用于煤礦井下生產實踐的過程當中，所表現出的主要優勢包括以下幾個方面：

①由于新改造后的系統取消了減速器以及液力耦合器設備，因而在皮帶運輸過程中的震動與噪音問題大大降低。同時，也使得整個系統正常運行狀態下的電耗問題明顯降低，運行效率大大提升。

②在新改造后系統運行過程當中，永磁電機能夠在額定轉動速度條件下確保恒轉矩特性。即便在低頻、低速、乃至低壓性的運行狀態下，電動機所提供的轉矩仍然可滿足皮帶運輸的基本需求。

③也正是由于新改造系統省卻了一部分的設備，因而在日常維護過程當中，對于這部分零部件磨損的投入維護費用大大降低，進而在一定程度上可有助于皮帶運輸效率的提升。

4 結束語

通過本文以上分析需要認識到：在煤礦井下工作面，

皮帶輸送機的運行過程當中，通過對變頻調速永磁電機的合理應用，使得皮帶輸送機內部所具備的減速器裝置、以及液力耦合器設備被有效剔除，因此在降低皮帶運輸噪音，提高輸送轉矩等方面體現出了顯著的優勢。總而言之，本文就皮帶輸送中對變頻調速永磁電機的應用展開了簡要分析與說明，望能夠引起同行人員的關注與重視。

參考文獻：

[1]葉云岳，范承志，盧琴芬等.直驅式高效節能復式永磁電機的研發與應用[J].電機與控制應用，2010，37（1）：1-3，12.

[2]王奇凱.基于PLC技術實現多條運輸皮帶自動延時啟停[J].神華科技，2011，09（1）：75-77，81.

篇10

關鍵詞：變頻調速異步電機；優化設計；電磁設計軟件；模糊自適應；Visual Basic 6.0

中圖分類號：TM343文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2009)03-148-03

Development of Optimal Electromagnetic Design Software of

Small and Medium Variable-Frequency Motor

XIAO Jinfeng,FU Wenjing,PAN Wentao

(School of Electrical Engineering,University of South China,Hengyang,421001,China)

Abstract：In order to restrain the influence of high frequency harmonics on the variable frequency source to inverter-driven induction motor,this paper presents the optimal electromagnetic design method of inverter-driven induction motor,such as optimal stator and rotor slot matching,optimal design of rotor slot type and airgap,constructing inverter-driven induction motor fuzzy self-adaptive design model.Using Visual Basic 6.0 as a tool,the optimal electromagnetic design software of inverter-driven induction motor is developed to improve practicability of optimal design Software,the 7.5 kW inverter-driven induction motor is designed by the electromagnetic design software.The result indicates that good performance of the motor,feasibility of the optimal design method and practicability of the optimal electromagnetic design,the performance of the software is excellent to accord with the request of design.

Keywords：inverter-driven induction motor;optimal design;electromagnetic design software;fuzzy self-adaptive ；Visual Basic 6.0

0 引 言

變頻調速異步電機由變頻裝置供電,由于變頻器的輸出電壓和電流中包含一系列的高次諧波,將使電機效率降低,溫升升高,低速運行時產生轉矩脈動,高速運行時產生較大的振動和噪聲［1-4］。

變頻調速異步電機的諧波抑制方法一直是傳動領域中一個研究的熱點問題［1-5］ 。

該文以抑制變頻調速異步電機的諧波為目的,從改動和優化變頻調速異步電機設計出發,提出了變頻電機的優化電磁設計方法。文獻［5］提出了變頻調速異步電機自適應設計模型優化電磁設計方法,本文將模糊控制應用至電磁優化設計中,得到模糊自適應設計模型,可進一步提高設計電機的性能。

文獻［6］研發的變頻三相感應電動機設計CAD系統功能強大,操作方便,但該系統設計前需輸入變頻器控制參數,不同變頻器參數不同,使設計的電機應用范圍受到限制。該設計將利用Visual Basic 6.0開發變頻調速異步電機的電磁設計軟件,設計時只需從主窗口輸入電機在額定狀態下的主要性能參數,即可通過計算機自動優化,得到氣隙、定轉子槽形尺寸、電機損耗效率等輸出性能參數。

1 優化電磁設計

1.1 定轉子槽配合的優化選擇

在變頻異步電機槽數設計方面,定轉子槽配合的約束得到放寬,考慮槽配合時,主要考慮避免一階定、轉子齒諧波產生的低階力波(n=0,1,2,3,…),這些力波可能與定子的固有頻率接近,發生共振［7］。

(1)削弱力波的槽配合

為削弱變頻電機齒諧波產生的力波,要求槽配合滿足表1要求。

表1 變頻調速異步電機槽配合

避免力波次數槽配合要求

0Z1－Z2≠0,2p

1Z1－Z2≠±1,2p±1

2Z1－Z2≠±2,2p±2

3Z1－Z2≠±3,2p±3

表1中：Z1為定子槽數,Z2為轉子槽數,p為電機極對數。

更高次力波引起的振動幅值小,一般中小型電機中可不予考慮。

(2) 對籠型電動機,定子槽數越多、諧波損耗越少、異步附加轉矩越小,定子槽數大于轉子槽數,還可以降低雜散損耗。

(3) 轉子采用奇數槽,這樣可以減少同步寄生轉矩,避免起動時產生堵轉。

(4) 采用5/6短矩系數可大大削弱5次諧波和7次諧波產生的附加轉矩影響,對變頻電機減少高次諧波影響起到十分重要的作用。

1.2 轉子槽形優化設計

(1) 為了抑制高次諧波損耗的增加,異步電機轉子應采用集膚效應小的特殊槽形,槽面積盡可能大,槽形宜淺不宜深,槽形總體上寬下窄；采用直槽而非斜槽轉子結構以減少其負載損耗［8］。

(2) 采用磁性槽楔,不但能減小有效氣隙,降低空載電流,改善功率因數,還能降低氣隙諧波磁勢分量,減小諧波磁勢引起的附加損耗和其他不良影響。

(3) 在定、轉子槽數相同的情況下,可選擇不同的轉子槽形、尺寸,進行效率和功率因數優化設計,從而確定高效優化的最終電磁設計方案。

1.3 氣隙的優化設計

電機的氣隙增大,將使勵磁電流增加,電機功率因數下降,同時氣隙中的諧波磁場也將降低,附加損耗減少。另氣隙的增大可以使定轉子結構配合部件的加工精度和同心度適當降低,減小了加工的難度和時間。

普通電機氣隙通常采用經驗公式：

δ=Di11001+92p

其中:δ為電機的氣隙(mm)；Di為電機定子內徑(cm)；p為電機極對數。

變頻電機氣隙應比同容量普通電機氣隙稍大一些。

1.4 基于模糊自適應設計模型的電磁優化設計

文獻［5］給出了變頻調速異步電機不同定子槽形的定子設計公式,一旦給定定子電密、氣隙磁密、定子齒軛磁密(J1,Bg,Bt1,By1)等參數,定子結構和主要尺寸就完全確定,并隨槽形和定子內外徑比值的改變而改變。這些公式使變頻調速異步電機的設計完全由其電密和磁密的設定值控制,不僅消去了傳統設計中的經驗參數,而且使這些電密和磁密的設定與變頻調速系統中電機的運行性能建立密切關系。

文獻［5］以此為基礎進行了基于自適應模型的電磁優化設計。在該自適應模型中,定子內外徑之比λ是不確定的,這個變量的選取對電機的性能會有很大的影響。該設計則將模糊控制應用到系統設計中,建立一變頻調速異步電機模糊自適應模型,通過模糊自適應過程不斷調整選取λ參數,以達到同時滿足定、轉子電磁負荷設定的目的。

變頻調速異步電機模糊自適應設計流程見圖1。

圖1 變頻調速異步電機模糊自適應設計流程圖

2 變頻電機電磁設計軟件開發

本設計軟件是在Windows平臺上用VB 6.0開發的,適用于Windows 98以上的操作系統,視窗化設計,全漢化顯示,界面友好,人機交互,提高了工作效率。

圖2所示為該軟件編寫的結構框圖。

圖2 電磁設計軟件結構框圖

電磁設計程序采用VB語言編寫。優化電磁計算方法以文獻［5,8,9］為基礎,并對其提出的電磁計算方法進行改良,將模糊控制應用至文獻［5］提出的異步電機自適應設計模型中,得到了異步電機模糊自適應設計模型。

3 設計實例

現利用開發的變頻調速異步電機電磁設計軟件進行一7.5 kW變頻調速異步電機的電磁設計。

3.1 數據輸入主體窗口

其主要額定參數輸入主體窗口見圖3。

圖3 額定參數輸入界面

點擊界面上的“計算”,軟件中將自動優化,得出定子參數,轉子參數,電路參數、電流及損耗等參數,然后進行整體優化,得出最佳設計方案。

3.2 計算結果

定子參數如圖4所示,轉子參數如圖5所示,損耗及效率如圖6所示。

圖4 定子參數

圖5 轉子參數

設計結果：

(1) 定轉子槽配合為36/23；

(2) 轉子槽形選擇上寬下窄的平底槽；

(3) 氣隙比同容量普通電機氣隙稍大,增大0.026 mm。

(4) 效率為92%,比設計要求的性能還要好。

依據以上參數設計的變頻調速異步電機性能良好,滿足設計要求。

圖6 損耗及效率

4 結 語

變頻調速異步電機應用日益廣泛,其設計水平也越來越高。該文提出了變頻調速異步電機的優化電磁設計方法，利用VB 6.0研制了變頻調速異步電機的電磁設計軟件。實例結果表明本文提出的電磁設計方法是有效、正確、先進的,開發出的電磁設計軟件設計準確、方便實用。

參考文獻

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［3］Wu Jia,Fred C Lee.Elimination of Low-Frequency Harmonics Caused by PWM in a Three-Phase Soft-Switched Boost Rectifier\.IEEE Trans.on Industry Applications,2002,38(2)：483-488.

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［6］李輝,韓力,王亞峰,等.變頻三相感應電動機設計及其CAD系統開發［A］.四川省電工技術學會電機專業委員會二00一年第十三屆學術年會\.2000.

［7］李莉,劉玉慶.變頻調速異步電機槽配合的探討［J］.電機技術,2001(4):6-8.

［8］何春波,劉生.變頻調速異步電動機轉子槽優化設計［J］.防爆電機,2007,42(1):44-48.

［9］關慧,趙爭鳴,孟朔,等.變頻調速異步電機的優化設計(英文) ［J］.中國電機工程學報,2004(7)：194-199.