導(dǎo)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(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】變頻電機;特點;應(yīng)用

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

變頻電機將“專用變頻感應(yīng)電動機+變頻器”共同使用進行交流調(diào)速，從而使機械自動化程度和生產(chǎn)效率大為提高，目前正取代傳統(tǒng)的機械調(diào)速和直流調(diào)速方案。變頻調(diào)速已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)無級變速傳動。特別是隨著變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)日益廣泛的應(yīng)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(yōu)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(mào)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(tǒng)的直起高壓電機由于無法自動調(diào)節(jié)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(yīng)的不足，為節(jié)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(yīng)用實例進行了分析，希望對我國港口建設(shè)有所幫助。

1大功率電機驅(qū)動方式

目前應(yīng)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(tài)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(zhuǎn)矩小、連續(xù)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(yīng)性調(diào)整，因此不適合應(yīng)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(diào)節(jié)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(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)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(dǎo)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(jié)能的起動和調(diào)速方式，通過改變電動機定子端的頻率與電壓實現(xiàn)起動與調(diào)速，具有調(diào)速范圍大、精度好、效率高、節(jié)能效果好等特點，應(yīng)用范圍廣泛，可應(yīng)用于扶梯、傳送帶等。

2變頻電機特點

普通電機是根據(jù)相應(yīng)的功率設(shè)計的，只有在額定的情況下才能穩(wěn)定運行。變頻電機穩(wěn)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(yīng)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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)、變頻器高頻電流沖擊以及電壓對絕緣物質(zhì)的破壞。

②平衡質(zhì)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(zhuǎn)。

③強制通風(fēng)散熱系統(tǒng)，強勁風(fēng)力，可保障馬達在任何轉(zhuǎn)速下均得到有效散熱，可實現(xiàn)高速或低速長期運行。

④采用電磁設(shè)計，減少了定子與轉(zhuǎn)子的阻值；具備軟啟動功能，可適應(yīng)不同工況條件下的頻繁變速，從而做到節(jié)能。

3.變頻電動機的應(yīng)用實例

3.1變頻技術(shù)在煤炭行業(yè)上的應(yīng)用

以新柳煤礦主礦井的原煤產(chǎn)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(lián)拖動，采用交流繞線式電機串電阻調(diào)速系統(tǒng)。該調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速平滑性差；低速時電阻上消耗的轉(zhuǎn)差功率大，節(jié)能效果差；起動過程和調(diào)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(diào)速系統(tǒng)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(jīng)過對國內(nèi)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(qū)動裝置的系統(tǒng)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(gòu)成速度和電流雙閉環(huán)主輔同步控制系統(tǒng)，采用vt710的轉(zhuǎn)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(diào)試和運行，該系統(tǒng)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(xiàn)場要求，具有以下優(yōu)點:①安全性能增強

啟動平穩(wěn)，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(xiàn)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(nèi)，實現(xiàn)了自動功率平衡調(diào)整。②節(jié)能效果明顯，大大降低了用電量，節(jié)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(jié)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(jié)能效果更加顯著。

3.2變頻電機在自動扶梯節(jié)能中的應(yīng)用

目前常規(guī)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(jīng)過試驗證明，在扶梯電氣控制線路改造中應(yīng)用變頻電機后，采用變頻調(diào)速方式控制自動扶梯運行，使扶梯具備平穩(wěn)啟動、節(jié)能運行。當(dāng)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?yōu)槁龠\行或停止，等待下一位乘客。如果乘客連續(xù)不斷，扶梯便連續(xù)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(yè)街扶梯改造為例，該商業(yè)街有扶梯32部，每部扶梯耗電量為8kW/h，每天運轉(zhuǎn)12小時，而且均以恒定速度運行，在大多數(shù)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(jù)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(yè)街扶梯總共需2457.6元/天；經(jīng)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(yè)街電費為1843.2元。由此可知經(jīng)過改造后整條商業(yè)街每天可節(jié)省614.4元，電費節(jié)省25%左右。

3.3變頻電機在化工行業(yè)的應(yīng)用

變頻技術(shù)在化工行業(yè)最成功的案例為2006年北京利德華福電氣技術(shù)有限公司的技術(shù)人員成功將一臺1000kW/6kV的HARSVERT-S高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(shè)備，安裝調(diào)試變頻電機，并于當(dāng)年3月5日試車成功。改造后的傳動系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)大大提高，由300ms提高到100ms，節(jié)約電力15％，新增效益上億元，大大增強了公司熱軋板產(chǎn)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(shè)備裝機容量可達80萬千伏安，年節(jié)電可達6.3億度(kw?h)。

4 結(jié)論

港口建設(shè)本身雖然建設(shè)投入非常大，但投產(chǎn)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(tǒng)直起高壓電機，在初期投資成本方面有優(yōu)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(xù)運作才能將成本轉(zhuǎn)化為收益的行業(yè)，其中無故障的運行為首要前提，因此，港口傳送帶驅(qū)動方式上的選擇關(guān)系到成本的轉(zhuǎn)化速度。

通過對不同行業(yè)中變頻驅(qū)動的應(yīng)用可知，變頻驅(qū)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(qū)動選擇變頻驅(qū)動可有效的降低成本，變頻節(jié)電的效果相當(dāng)明顯。

參考文獻

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

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【關(guān)鍵詞】變頻電機；絕緣損壞；脈寬調(diào)制

1引言

電工電子技術(shù)和微電子技術(shù)快速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的需要，變頻調(diào)速技術(shù)以及廣泛的在各種機械設(shè)備中加以應(yīng)用。但是隨著變頻電機這一新設(shè)備的廣泛使用，人們發(fā)現(xiàn)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(dǎo)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(xiàn)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(diào)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(chǎn)生嚴重的損害。

2.1.1 PWM調(diào)制波行波過電壓

目前變頻廣泛的采用PWM調(diào)制技術(shù)，PWM的脈沖波形頻率有開關(guān)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(fù)頻率會與開關(guān)頻率保持同步增長的關(guān)系?；绢l率直接影響電壓脈沖極性的轉(zhuǎn)變和變頻電機的轉(zhuǎn)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(dǎo)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(zhì)中的正、負電荷產(chǎn)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(zhì)的偶極發(fā)生轉(zhuǎn)向作用，這種作用被稱為偶極轉(zhuǎn)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(jīng)可以達到偶極轉(zhuǎn)向極化的時間，從而導(dǎo)致絕緣中的電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)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(chǎn)生反向電場疊加過電壓。

2.2 變頻電機的熱效應(yīng)

變頻電機不但同普通電機一樣受到性質(zhì)相同的熱效應(yīng)的作用，同時由于PWM調(diào)控而帶來的集膚熱效應(yīng)，并且絕緣介質(zhì)由于其自身發(fā)熱的作用而產(chǎn)生熱效應(yīng)。

2.2.1集膚熱效應(yīng)

變頻電機的集膚熱效應(yīng)和變頻電機的PWM脈沖電壓的頻率呈正比關(guān)系。普通電機的集膚熱效應(yīng)僅僅是在電機啟動時才會產(chǎn)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(dǎo)致集膚熱效應(yīng)伴隨電機整個運行周期。變頻電機的轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體由于其耗損多、產(chǎn)生熱量大，因而是產(chǎn)生集膚熱效益比較嚴重的部位?？傊?，變頻電機的集膚熱效應(yīng)要比普通電機嚴重的多。

2.2.2 絕緣介質(zhì)自身發(fā)熱

變頻電機的絕緣介質(zhì)由于脈沖調(diào)制的作用而導(dǎo)致電耦極子轉(zhuǎn)動的頻率相對頻繁，這就大大的提高了絕緣介質(zhì)的電應(yīng)力，絕緣介質(zhì)因電應(yīng)力強度大而導(dǎo)致其耗損和產(chǎn)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(zhì)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(zhì)的自身的設(shè)計頻率在104-105HZ之間，因此PWM脈沖電壓波的頻率已經(jīng)快達到絕緣介質(zhì)的設(shè)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(yīng)用到變頻電機中而導(dǎo)致電機的工作電壓的頻率更高，這就導(dǎo)致絕緣材料的熱效應(yīng)也隨之越來越嚴重?？梢栽O(shè)想，當(dāng)變頻電機的PWM脈沖電壓波的頻率大于或等于絕緣介質(zhì)的設(shè)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(zhì)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(shù)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(yīng)產(chǎn)生一定量的O3，和空氣中的氮氣以及水蒸氣生產(chǎn)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(zhì)；

（2）局部放電使得大量的電子撞擊絕緣介質(zhì)，其中電子的撞擊能量會達到10eV，而絕緣介質(zhì)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂解，從而使絕緣材料失效；

（3）局部放電還會產(chǎn)生X射線和紫外線，這些都會對絕緣材料產(chǎn)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(dǎo)致局部放電的次數(shù)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(chǎn)技術(shù)。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(chǎn)中傷害了導(dǎo)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(xiàn)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(yīng)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(dǎo)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(zhì)，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(tǒng)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(yīng)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(jié)構(gòu)的研究[J]. 裝備制造技術(shù)，2013（04）.

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

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關(guān)鍵詞:高壓電機 變頻 原理 安全性 意義

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

1、節(jié)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(lián)疊加的方式,主電路的開關(guān)元件為大功率IGBT,空間矢量多重化的PWM技術(shù),由數(shù)個單元串聯(lián)形成每相,每個功率單元所輸出的電壓波形以及其串聯(lián)后輸出的相電壓波形,能夠得到數(shù)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(shù)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(wǎng)污染,符合IEEE519―1992對電壓、電流諧波失真的嚴格要求,因此“串聯(lián)疊加”變頻器對同一電網(wǎng)上用電的其他電器設(shè)備不會產(chǎn)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(jié)省了安裝去除諧波裝置的昂貴費用。

1.2 節(jié)能原理

將循環(huán)泵電機改為變頻調(diào)節(jié),在輸出量滿足工藝要求的情況下,能夠節(jié)約大量的電能,節(jié)電的比例可通過理論計算得出,通過泵與風(fēng)機類負載的工作特性可知,其流量與轉(zhuǎn)速成正比:,其電機軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比:。由變頻器的工作原理可知,其轉(zhuǎn)速與頻率成正比:,其中Q為流量,N為轉(zhuǎn)速,P為軸功率為頻率。當(dāng)頻率由50Hz變?yōu)?0Hz下降20％時,由

可知軸的功率只有原來的51.2％,節(jié)約了48.8％。

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

2、變頻安全性和優(yōu)勢

2.1 變頻安全性

高壓變頻器實現(xiàn)了對電機的軟啟動,避免了在工頻啟動時所產(chǎn)生的巨大沖擊電流與沖擊轉(zhuǎn)矩,對延長電動機與負載的使用壽命,減少對電網(wǎng)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(fā)生欠壓、過壓、過流、缺相、過熱、短路、接地、過負荷等情況時,系統(tǒng)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(shè)備安全的運行。

2.2 高壓變頻器的優(yōu)勢分析

交流高壓電機的直接啟動會產(chǎn)生巨大的電流沖擊、轉(zhuǎn)矩沖擊,在很短的啟動過程中,轉(zhuǎn)子籠型繞組以及阻尼繞組都將承受很高的熱應(yīng)力、機械應(yīng)力,導(dǎo)致籠條的端環(huán)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(fā)生松弛,造成電機的發(fā)熱增加,因為變頻器可做到啟動轉(zhuǎn)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(wǎng)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(shè)備控制性能的改善也是十分迫切的,根據(jù)實際的需要,對風(fēng)機、水泵利用高壓變頻器進行調(diào)速,既可以調(diào)節(jié)風(fēng)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(jié)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(xiàn)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(huán)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(huán)將流過很大的啟動電流,所產(chǎn)生的損耗會使籠條與端環(huán)產(chǎn)生200℃～300℃的高溫,從而使得端環(huán)產(chǎn)生較大的熱變形。端環(huán)的熱變形將會使籠條受到一個彎曲應(yīng)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(xiàn)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(dǎo)致廠用電母線的電壓降低。

3.3 具有明顯的節(jié)電效果

在火力發(fā)電廠中,為滿足各種運行方式的需要,送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、增壓風(fēng)機、凝結(jié)水泵、給水泵、循環(huán)泵等設(shè)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(shè)備只能夠依靠調(diào)整入口擋板的開度、泵的出口門來調(diào)節(jié)風(fēng)量、水流量,用擋板、出口門來調(diào)節(jié)風(fēng)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(jīng)濟運行。由流體力學(xué)基本定律可知:風(fēng)機或者水泵的流量和其轉(zhuǎn)速成正比,壓力和其轉(zhuǎn)速的平方成正比,軸功率和其轉(zhuǎn)速的立方成正比。所以,在火力發(fā)電廠中,機組在不同的負荷運行時,風(fēng)機、水泵可通過調(diào)整高壓電動機的轉(zhuǎn)速來進行調(diào)量、水流量,以獲得到明顯的節(jié)電效果。

4、結(jié)語

采用高壓變頻器對電廠高耗能的用電設(shè)備進行技術(shù)改造,不僅能夠降低廠用電、供電煤耗,增加上網(wǎng)電量所帶來的直接經(jīng)濟效益,而且設(shè)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(jīng)濟效益。本文對高壓電機變頻技術(shù)的原理、節(jié)能、安全性等進行了討論,給促進發(fā)展高壓電機變頻技術(shù)提供一定的參考。

參考文獻

[1]李宏斌.高壓電機變頻改造節(jié)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(shù)在山水集團風(fēng)機類電機上的應(yīng)用[J].水泥工程,2008,(2):58-60.

篇4

根據(jù)市場調(diào)查，針對常規(guī)游梁抽油機，許多油田機械制造生產(chǎn)廠商都嘗試開發(fā)長沖程、低沖次塔式抽油機，大多數(shù)是采用傳統(tǒng)電機帶動減速機，通過控制系統(tǒng)使電機換向，帶動減速機做換向運動。這些機型，實現(xiàn)了長沖程、調(diào)參容易、有效降低耗電量，但長期不問斷的連續(xù)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(jié)能環(huán)保效果不明顯，因而推廣效果不佳。

河南機廠創(chuàng)新研發(fā)的塔架變頻調(diào)速電機型抽油機，此抽油機具備以下特性：a、采用世界領(lǐng)先的變頻閉環(huán)矢量控制及永磁同步電機技術(shù)，使輸出力矩能自動根據(jù)負載的變化而調(diào)整，始終滿足負載的變化，達到最佳的節(jié)能效果。b、采用先進工業(yè)控制器及人機操作界面，運行參數(shù)明了，調(diào)參方便、快捷，實現(xiàn)柔性啟動，系統(tǒng)運行按設(shè)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(qū)動，電磁換向，無齒輪減速箱部件，無磨損，系統(tǒng)通過抽油桿與配重箱形成天平式平衡，實現(xiàn)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(diào)平衡時配重落地調(diào)整，安全無憂。e.翻轉(zhuǎn)讓位，修井作業(yè)方便。

1.結(jié)構(gòu)及其原理

該型機由動力傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機架及提升裝置、平衡箱、平衡箱安全剎車系統(tǒng)等組成，適用于普通采油作業(yè)，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(qū)動一級皮帶減速輪，通過減速輪同軸上的驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪驅(qū)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(tǒng)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(tǒng)，控制系統(tǒng)控制電機帶動懸點符合做上下平穩(wěn)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(tǒng)

動力傳動系統(tǒng)是利用低速大扭矩永磁同步電機，經(jīng)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(tǒng) 智能控制系統(tǒng)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(gòu)成的智能化控制系統(tǒng)。其特點如下：

（1）.可人機對話，可實現(xiàn)沖程、沖次無級調(diào)速；

（2）.可監(jiān)控沖程、沖次、電流、頻率、轉(zhuǎn)矩、輸出功率、抽油桿運行速度與時間等屏幕顯示，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控；

（3）.自動判斷光桿是否失重，實現(xiàn)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(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用

（1）.平衡箱的安全制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)由離心式機械雙向動作限速器、制動轉(zhuǎn)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(dāng)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(dǎo)軌，利用摩擦力制動平衡箱，實現(xiàn)平衡箱的安全制動，避免井口側(cè)失載引起的事故。

（2）.機架翻轉(zhuǎn)裝置

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

（3）.設(shè)備動力系統(tǒng)采用外轉(zhuǎn)子永磁同步電機，具有噪音低、低轉(zhuǎn)速、大扭矩、低能耗的性能特點。

5.節(jié)能及環(huán)保特性

塔架變頻調(diào)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(xiàn)了輸出力矩與負載的最佳匹配，達到最佳節(jié)能效果，功率因數(shù)達到0.98，切實達到了高效節(jié)能的目的。

6.主要特點

（1）.操作簡便，以人為本。應(yīng)用了人機工程學(xué)原理，控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能化，可人機對話，利用觸摸屏調(diào)整參數(shù)、實現(xiàn)多參數(shù)的遠程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，并顯示運行參數(shù)，故障發(fā)生時間和故障原因，減輕維修人員的工作強度。

（2）.運行平穩(wěn)安全。該機驅(qū)動裝置均安裝在塔架頂部的驅(qū)動平臺上，平衡箱運行于封閉的塔架內(nèi)，有效減少對周圍人畜的誤傷害，當(dāng)發(fā)生抽油桿斷裂事故時，平衡箱下方有制動系統(tǒng)，實現(xiàn)平衡箱的安全制動，避免井口側(cè)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(diào)整的特點，工作時可以根據(jù)不同的井況分別調(diào)整上行和下行速度，充分提高了油泵的充滿度系數(shù)和工作效率。

7.結(jié)語

抽油機在石油開采中占據(jù)及其重要的位置，新技術(shù)的研發(fā)，環(huán)保節(jié)能，提高抽油機的效率是油田開發(fā)的重心。同時，我國目前大力倡導(dǎo)發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟，因此，更要加大技術(shù)與設(shè)備的創(chuàng)新力度，與油田的特點相結(jié)合對抽油機進行研制，提高其經(jīng)濟效益。

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[關(guān)鍵詞]電機；變頻控制；節(jié)能技術(shù)

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

社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在推動社會主義現(xiàn)代化建設(shè)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(shè)備的節(jié)能控制。在構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的今天，加強對電機變頻控制節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用問題的研究，具有至關(guān)重要的現(xiàn)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(qū)動電機的統(tǒng)稱，它采用由變頻感應(yīng)電動機和變頻器組成的控制系統(tǒng)，提高機械自動化程度和生產(chǎn)效率。以交流電機為例，其同步轉(zhuǎn)速可用下式表示：

n1=60f/p （1）

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

電機轉(zhuǎn)差率用公式表示為：

s=（ n1一n）/n1 （2）

式（2） 中：s為電機轉(zhuǎn)差率；n為電機轉(zhuǎn)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(diào)速。變頻調(diào)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(zhuǎn)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(shè)計，增加了電機電感 ，從而減少定子和轉(zhuǎn)子的阻值 ；③滿足反復(fù)的啟制動切換 ，能夠平滑無極調(diào)速，保護功能完善 ，減少設(shè)備維修 ；④節(jié)約電能.

二、電機變頻控制節(jié)能性分析

由上述交流電機調(diào)速公式（3） 可知，只要改變電源輸入頻率就可以使電機平穩(wěn)變速。而在大型變頻設(shè)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(jù)負載要求達到改變輸出功率的目的。對于風(fēng)機類負載，可以借助流體力學(xué)進行耗能分析，風(fēng)量是轉(zhuǎn)速的一次函數(shù)，風(fēng)壓是轉(zhuǎn)速的二次函數(shù)，軸功率是轉(zhuǎn)速的三次函數(shù)，可以用以下三個公式表示。

Q=k1n （4）

式（4）中：Q為風(fēng)機風(fēng)量；k1為風(fēng)量系數(shù)

H= k2n2 （5）

式（5）中：H為風(fēng)機風(fēng)壓；k2為風(fēng)壓系數(shù)

P= k3n3 （6）

式（6）中：P為軸功率；k3為軸功率系數(shù)

仍以風(fēng)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(shè)輸入流量下降比為 80%，相 應(yīng)的轉(zhuǎn)速也會降為原來80%，此時軸功率下降51%.另外，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，電機效率也會相應(yīng)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(fēng)機變頻控制節(jié)能效果。節(jié)能原理當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)流量從Q 1下降到 Q2時，如果調(diào)節(jié)通風(fēng)量，則系統(tǒng)阻力變大，系統(tǒng)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(shù)，風(fēng)機速度由n1變到n2，風(fēng)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(tǒng)計得出，風(fēng)機水泵類電機調(diào)速控制可以節(jié)約大約30%的電能。

在傳統(tǒng)的電機拖動中，當(dāng)電機拖動的負載發(fā)生變化時，一般通過調(diào)節(jié)通電時間占空比來進行調(diào)速。這樣的調(diào)節(jié)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(shù)來對電機進行調(diào)速，電機轉(zhuǎn)速不但能平滑過渡， 而且節(jié)能效果也能在很大程度上得到提高。

三、電機變頻控制技術(shù)的發(fā)展過程與應(yīng)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(dāng)時的電機在工作的時候輸出的驅(qū)動頻率是完全不變的。但是往往負載所需要的驅(qū)動頻率卻是在不斷變化的，為了能夠滿足負載所需要的驅(qū)動頻率，電機的額定驅(qū)動頻率一般都是大于負載所需要的驅(qū)動頻率的。這樣做雖然能夠保證電機提供足夠的驅(qū)動頻率，保證電機的正常運作，但是其中有很大一部分的驅(qū)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(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。為了達到節(jié)約電力，使電力得到充分利用的要求，電機變頻控制技術(shù)被開發(fā)了出來，電機變頻控制技術(shù)能夠根據(jù)負載所需要的驅(qū)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(qū)動被浪費，很好的提高了電能的利用率，完全符合我國節(jié)能減排的要求。隨著我國對節(jié)能減排的要求越來越高，對于變頻節(jié)能控制系統(tǒng)的開發(fā)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(yīng)用。

1.電機變頻技術(shù)的發(fā)展過程

現(xiàn)在的電機變頻系統(tǒng)大都采用恒 v/F控制系統(tǒng)，這個變頻控制系統(tǒng)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、制作便宜。這個系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在風(fēng)機等大型的并且對于變頻系統(tǒng)的動態(tài)性能要求不是很高的地方。這個系統(tǒng)是一種典型的開環(huán)控制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能夠滿足大多數(shù)電機的平滑的變速要是，但是對于動態(tài)和靜態(tài)的調(diào)節(jié)性能都是有限的，不能應(yīng)用在對動態(tài)和靜態(tài)性能要求比較嚴格的地方。為了實現(xiàn)動態(tài)和靜態(tài)調(diào)節(jié)的高性能，我們只能采用閉環(huán)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。所以有的科研人員提出了控制閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率的電機調(diào)速方式，這種調(diào)速方式能夠在靜態(tài)動態(tài)調(diào)速中達到很高的性能，但是這種系統(tǒng)只能在轉(zhuǎn)速比較慢的電機中得到應(yīng)用，應(yīng)為在電機的轉(zhuǎn)速較高的時候，這種系統(tǒng)不僅不會達到節(jié)約電能的目的，還會使電機產(chǎn)生極大的瞬態(tài)電流，使得電機的轉(zhuǎn)矩在瞬間發(fā)生變化。因此，為了在較高的轉(zhuǎn)速中實現(xiàn)較高的動態(tài)和靜態(tài)性能，只有先解決電機產(chǎn)生瞬態(tài)電流的問題，我們才能更好的發(fā)展電機變頻節(jié)能控制技術(shù)。

2.電機變頻控制的應(yīng)用

在電機的能耗中，大約有百分之八十都是應(yīng)用在了風(fēng)機和泵類負載當(dāng)中，所以說電機變頻控制技術(shù)能夠很好的節(jié)約這一部分負載的能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。以空調(diào)為例，沒有應(yīng)用變頻控制系統(tǒng)的空調(diào)，在設(shè)置的溫度低于閾值的時候，只能通過關(guān)閉風(fēng)路的方式來實現(xiàn)，但是這個時候空調(diào)的電機還是在繼續(xù)運轉(zhuǎn)的，這一部分驅(qū)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(tǒng)的空調(diào)當(dāng)中，如果當(dāng)空調(diào)設(shè)置的溫度降低的時候，只需要控制電動機的轉(zhuǎn)速降低，減少輸出的驅(qū)動功率就可以實現(xiàn)，完全沒有必要將風(fēng)路進行關(guān)閉，而且也不會浪費電機的驅(qū)動頻率，很好的提高了電能的利用效率。

此外，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)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(yīng)用中還要不斷優(yōu)化電機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，盡可能降低額外能量的損失，并選擇導(dǎo)磁性高的材料，比如冷軋硅鋼片等。

總之，電機變頻控制節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用可以有效減少電機不必要的驅(qū)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(xiàn)狀。隨著我國對節(jié)能環(huán)保投入的不斷增加，電機的變頻控制將會得到更好的發(fā)展。

參考文獻

[1] 陳偉華，李秀英，姚鵬.電機及其系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)發(fā)展綜述[J].電氣技術(shù)，2008（09）.

篇6

關(guān)鍵詞：凝結(jié)； 礦用水泵；電機；變頻

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

在礦用凝結(jié)水系統(tǒng)中，凝結(jié)水泵是最主要的動力設(shè)備，主要是將凝汽器中的凝結(jié)水，在送入低壓加熱器經(jīng)過加熱后，然后輸送到除氧器內(nèi)。在礦用應(yīng)用中，凝結(jié)水泵電機的實際運行狀況與實際經(jīng)濟運行狀況之間存在偏離。尤其是當(dāng)機組帶部分負荷的時候，將更偏離實際經(jīng)濟運行狀況，導(dǎo)致機電能源嚴重浪費。為了減少能源的浪費，變頻技術(shù)的改造不僅能夠使凝結(jié)礦用水泵的運行狀態(tài)穩(wěn)定，而且還能夠大大提高其運行的效率。

1 變頻系統(tǒng)的優(yōu)勢

隨著我國變頻技術(shù)的逐漸發(fā)展，通過對凝結(jié)礦用水泵電機進行技術(shù)改造，在應(yīng)用高壓變頻器以后，實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和設(shè)備的使用壽命等方面，使系統(tǒng)更經(jīng)濟和節(jié)能。其變頻系統(tǒng)主要由功率單元柜和控制器、高壓開關(guān)柜和移相變壓器所構(gòu)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(lián)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(shù)可達到36個。通過利用光纖通訊技術(shù)，確保產(chǎn)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(zhuǎn)進行控制。其實際的變頻系統(tǒng)電路如下圖1所示：

2 凝結(jié)礦用水泵電機的變頻技術(shù)改造方案

2.1 設(shè)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(jù)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(yīng)用電流、轉(zhuǎn)矩過載能力、效率以及市場反應(yīng)效果等指標(biāo)所具有的節(jié)能效果來選擇。變頻器在實際的應(yīng)用中會出現(xiàn)各種影響節(jié)能效果的情況，例如：波形輸出不穩(wěn)定、諧波控制差、設(shè)備可靠性低、使用時間短等，都將對實際節(jié)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(chǎn)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(biāo)對設(shè)備運行的影響

（1）變頻裝置輸出的諧波量。由于凝結(jié)礦用水泵電機不屬于專業(yè)的變頻電機，因此，所產(chǎn)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(shù)改造的關(guān)鍵指標(biāo)之一。變頻輸出側(cè)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(jié)礦用水泵電機實現(xiàn)變頻技術(shù)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(fā)熱現(xiàn)象，對實際諧波含量的標(biāo)準仍然無法確定。煤礦企業(yè)目前只能通過對檢測諧波含量硬件進行加裝。在長期監(jiān)控下，避免濾波電容老化和損壞影響電機運行，導(dǎo)致事故的發(fā)生。（2）設(shè)備對諧波量的反饋。在凝結(jié)礦用水泵電機設(shè)備進行變頻技術(shù)改造以后，諧波的出現(xiàn)是必然的，這給煤礦企業(yè)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(jié)礦用水泵電機變頻技術(shù)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(jù)所測得的結(jié)果，還能鑒別設(shè)備的性能。（3）變頻器的發(fā)熱與散熱。在凝結(jié)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(fā)熱量，由于變頻器的正常運行受變頻系統(tǒng)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(shè)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(diào)試的時候，在不啟動空調(diào)控制室和只采用軸風(fēng)機散熱的條件下，設(shè)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(fā)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(dāng)溫度超過40℃以后，空調(diào)控制開啟以后，設(shè)備也能實現(xiàn)正常的運行。（4）隱藏凝結(jié)水泵臨界轉(zhuǎn)速。由于受到設(shè)備、系統(tǒng)本身等因素的影響，在設(shè)備進行運轉(zhuǎn)的時候，在某頻率段容易出現(xiàn)低頻振動的現(xiàn)象影響整個設(shè)備的運行安全。如下圖2所示：

因此，在凝結(jié)礦用水泵電機實現(xiàn)變頻技術(shù)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(fā)現(xiàn)與標(biāo)準振動不符，就要及時在系統(tǒng)中進行重新設(shè)置，防止出現(xiàn)超標(biāo)點的運行狀況影響設(shè)備的正常、安全運行。

3 實際應(yīng)用分析

通過實際應(yīng)用證明，在凝結(jié)礦用水泵電機完成變頻技術(shù)改造以后，不僅對系統(tǒng)的安全運行有了改善，在經(jīng)濟效益上也有了很大的改善。首先，工作人員對系統(tǒng)的調(diào)控更穩(wěn)定，大大提高了系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)性能。其次，水泵能夠隨機組負荷變化對輸出功率進行調(diào)節(jié)，直接使凝結(jié)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(jié)省了27%以上，機組負荷節(jié)能方面也達到70%左右。不但降低了設(shè)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(shù)的改造在延長設(shè)備的壽命和使用率的同時，還使設(shè)備的維護費用得到了減少。

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

參考文獻

[1] 崔建國，潘海濱.高壓變頻技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J].電器工業(yè)，2005.

[2] 吳貴忠.變頻技術(shù)改造項目在大連開發(fā)區(qū)熱電廠的應(yīng)用評價[D].華北電力大學(xué)，2010.

篇7

關(guān)鍵詞:變頻器;電機測試;直接轉(zhuǎn)矩控制;AFE直流母線

中圖分類號:TB

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)03-0321-01

1 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)整體構(gòu)成

變頻器在電機測試平臺的應(yīng)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(cè)回饋方案,可以回饋在發(fā)電狀態(tài)下工作產(chǎn)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(fā)出的能量在發(fā)電狀態(tài)下回饋到直流母線?？梢話於嗯_逆變器在一個整流單元的直流母線上,這種模式的優(yōu)點在于:根據(jù)具體工作情況,合理組合發(fā)電狀態(tài)的設(shè)備和電動狀態(tài)的設(shè)備,匹配掛在同一直流母線上的電動功率和發(fā)電功率,整流單元的進線功率大大減少了。此外,絕大多數(shù)情況下模擬負載的電動機和被測試電動機在測試臺系統(tǒng)中是一臺處在發(fā)電狀態(tài)而另一臺處在電動狀態(tài)。在直流母線上,發(fā)電狀態(tài)的電機產(chǎn)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(fā)電效率,除消耗掉發(fā)電狀態(tài)下電機產(chǎn)生的直流電外,帶動電動狀態(tài)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(jù)需要改變速度,采用與交流側(cè)回饋方案相同的直接轉(zhuǎn)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(jīng)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(chǎn)品為代表。AFE在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)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(tǒng)的二級管或可控硅整流技術(shù)相比, 因為它位于電源進線側(cè),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(zhuǎn)變成直流,能提高功率因數(shù), 消除高次諧波, 具有卓越的動態(tài)特性和電流管理功能,不受電網(wǎng)波動的影響無換相失敗, 普通的變頻器產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng); AFE是IGBT整流, 可以矯正波形和補償電網(wǎng)功率因數(shù),能維持恒定的直流環(huán)節(jié)電壓。AFE本身產(chǎn)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(wǎng)的電壓、相位、功率因數(shù)等參數(shù)。AFE的CUSA控制板可以根據(jù)檢測到的電網(wǎng)參數(shù)通過控制IGBT的占空比和頻率,把直流電逆變成和電網(wǎng)本身完全同相位同頻率交流電回饋電網(wǎng)。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(zhuǎn)矩控制,可以根據(jù)設(shè)定值輸出轉(zhuǎn)矩而不受速度限制。轉(zhuǎn)矩的測量采用扭矩法蘭,轉(zhuǎn)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(fā)電狀態(tài)的時候,發(fā)出的直流電首先回饋到直流母線上。下圖為采用AFE交流側(cè)回饋方案結(jié)構(gòu)圖。

2 結(jié)束語

本文所提出的應(yīng)用測試方案是基于轉(zhuǎn)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(diào)速器在實踐應(yīng)用中容量的正確選擇、傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計以及外接制動電阻等方面的問題，總結(jié)了一些經(jīng)驗。

隨著電力技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進步，進入了普及應(yīng)用階段。在我國，變頻調(diào)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(guān)于容量選擇

在變頻調(diào)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(dǎo)致變頻器的誤選。

各種生產(chǎn)機械中，電動機的容量主是根據(jù)發(fā)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(nèi)，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(zhuǎn)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(diào)速器的過載能力為：150％，l分鐘。這個指標(biāo)，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(fēng)機和泵類負載，因?qū)儆陂L期恒定負載，可直接按"配用電動機容量"來選擇。

2.傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計

交流異步電動機經(jīng)變頻調(diào)速后，其有效轉(zhuǎn)矩和有效功率的范圍。配用變頻調(diào)速器時，必須根據(jù)生產(chǎn)機械的機械特性以及對調(diào)速范圍的要求等因素，對傳動系統(tǒng)進行優(yōu)級化設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計的主要內(nèi)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(fēng)機和泵類負載，這類負載的阻轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n的平方成正比TL=KTn2，輸出功率PL與轉(zhuǎn)速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP為常數(shù)），由此可知，如轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，負載的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速不超過3000r／min為前提設(shè)計的。因此，在沒有對機械重新進行設(shè)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(dāng)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(diào)到fx時電磁轉(zhuǎn)矩Tx近乎和頻率調(diào)節(jié)比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN為額定頻率fN時的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，常需進行轉(zhuǎn)矩補償。而轉(zhuǎn)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(yīng)尺可能地提高運行頻率的上限。

2.2確定傳動系統(tǒng)的傳動比并校核電動機的容量

（1）鼓風(fēng)機和泵類負載，一般均為直接驅(qū)動，不必考慮傳動比的問題。

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

假設(shè)已經(jīng)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(yīng)的轉(zhuǎn)矩相對值為tTL，則電動機的額定轉(zhuǎn)矩Tn=TL/qTL（TL負載轉(zhuǎn)矩）。如果原選電機并未留有余量的話，則配用變頻調(diào)速器后，電動機的容量應(yīng)擴大1/tTL倍。傳動系統(tǒng)的傳動比入等于電動機在最高運行頻率下的轉(zhuǎn)速nDmax負載所需求的最高轉(zhuǎn)速nLmax之比。

（3）恒功率負載：和恒轉(zhuǎn)矩負載類似，首先根據(jù)有效功率線和頻率調(diào)節(jié)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(yīng)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(shè)計恒功率負載時，應(yīng)注意兩點：（1）盡量多利用額定頻率以上的部分；（2）當(dāng)調(diào)整范圍較大時，盡量采用兩檔傳動比。因為當(dāng)傳動比分成兩欄時，頻率范圍αf與αn轉(zhuǎn)速范圍之間的關(guān)系為?？梢?，在轉(zhuǎn)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(biāo)與縱坐標(biāo)的乘積均相等，且與負載功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin。全部轉(zhuǎn)速都在額定頻率以下調(diào)節(jié)時的有效轉(zhuǎn)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(jīng)濟的。

⑴當(dāng)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?？梢?，所需用容量只要大于負載功率的On/2倍就可以了。

⑵當(dāng)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?？梢?，對于恒功率負載，當(dāng)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(diào)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(nèi)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(yīng)注意將變頻調(diào)速器內(nèi)部的制動電阻切除，如不能切除，則應(yīng)適當(dāng)加大Rs的值，以免出現(xiàn)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(nèi)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(yīng)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(yè)大學(xué)出版社，2002

[2]李紀等，煤礦機電事故分析與預(yù)防，北京：煤炭工業(yè)出版社，1997

篇9

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速永磁電機 皮帶運輸 控制系統(tǒng)

當(dāng)前技術(shù)條件支持下，變頻調(diào)速永磁電機所具有的最顯著優(yōu)勢在于：功率因素高、且工作效率高。在煤礦企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中，變頻調(diào)速永磁電機已具備取代傳統(tǒng)意義上，交流異步電機的可行性，兼顧了良好的節(jié)能與經(jīng)濟優(yōu)勢?；诖?，本文試針對皮帶輸送在變頻調(diào)速永磁電機過程中的相關(guān)問題做詳細分析。

1 變頻調(diào)速永磁電機應(yīng)用特性分析

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

以某煤礦井下工作面皮帶輸送機設(shè)備為例，在實際工作當(dāng)中就針對皮帶輸送機所應(yīng)用的異步電極進行了改造，將其改造成為變頻調(diào)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為永磁結(jié)構(gòu)。在該變頻調(diào)速永磁電機與變頻器相互配合運行的過程當(dāng)中，可有效保障多驅(qū)動電機相互之間功率的平衡性。在應(yīng)用方面的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

①運行效率高。

②噪音低。

③運行平穩(wěn)且可靠。

④啟動轉(zhuǎn)矩高。

⑤調(diào)速驅(qū)動穩(wěn)定高效。

2 控制系統(tǒng)應(yīng)用情況分析

在煤礦井下工作面皮帶輸送機設(shè)備的運行過程當(dāng)中，調(diào)速裝置中應(yīng)用了現(xiàn)代化的IGBT變頻調(diào)速理論、以及模糊控制理論。整個變頻調(diào)速裝置主要由以下幾個部分所構(gòu)成（包括變頻調(diào)速系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)定系統(tǒng)、以及顯示系統(tǒng)這三個方面）。變頻器的核心設(shè)置為基于IGBT的半導(dǎo)體開關(guān)器件及其驅(qū)動模塊，在電流裕量方面有明顯的優(yōu)勢。同時，該變頻調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中所設(shè)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(yōu)勢。不但如此，整個調(diào)速裝置自主電路到控制電路均應(yīng)用光纖方式實現(xiàn)通信，以良好的抗干擾能力防止控制系統(tǒng)的運行出現(xiàn)誤動動作。

同時，從控制算法的角度上來說，變頻調(diào)速裝置采用了先進性的控制算法，專門針對低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩三相永磁同步電機的變頻調(diào)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(zhuǎn)矩控制相結(jié)合的控制模式。此種控制算法的主要優(yōu)勢在于：穩(wěn)態(tài)性能突出、低速啟動狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩作用力較大、調(diào)速范圍寬。

3 變頻調(diào)速永磁電機的應(yīng)用優(yōu)勢

在將以變頻調(diào)速永磁電機為基礎(chǔ)的皮帶運輸機應(yīng)用于煤礦井下生產(chǎn)實踐的過程當(dāng)中，所表現(xiàn)出的主要優(yōu)勢包括以下幾個方面：

①由于新改造后的系統(tǒng)取消了減速器以及液力耦合器設(shè)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(tǒng)正常運行狀態(tài)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(tǒng)運行過程當(dāng)中，永磁電機能夠在額定轉(zhuǎn)動速度條件下確保恒轉(zhuǎn)矩特性。即便在低頻、低速、乃至低壓性的運行狀態(tài)下，電動機所提供的轉(zhuǎn)矩仍然可滿足皮帶運輸?shù)幕拘枨蟆?/p>

③也正是由于新改造系統(tǒng)省卻了一部分的設(shè)備，因而在日常維護過程當(dāng)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(jié)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(dāng)中，通過對變頻調(diào)速永磁電機的合理應(yīng)用，使得皮帶輸送機內(nèi)部所具備的減速器裝置、以及液力耦合器設(shè)備被有效剔除，因此在降低皮帶運輸噪音，提高輸送轉(zhuǎn)矩等方面體現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢?？偠灾?，本文就皮帶輸送中對變頻調(diào)速永磁電機的應(yīng)用展開了簡要分析與說明，望能夠引起同行人員的關(guān)注與重視。

參考文獻：

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[2]王奇凱.基于PLC技術(shù)實現(xiàn)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(guān)鍵詞：變頻調(diào)速異步電機；優(yōu)化設(shè)計；電磁設(shè)計軟件；模糊自適應(yīng)；Visual Basic 6.0

中圖分類號：TM343文獻標(biāo)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(diào)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(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動,高速運行時產(chǎn)生較大的振動和噪聲［1-4］。

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

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

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

1 優(yōu)化電磁設(shè)計

1.1 定轉(zhuǎn)子槽配合的優(yōu)化選擇

在變頻異步電機槽數(shù)設(shè)計方面,定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子齒諧波產(chǎn)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(fā)生共振［7］。

(1)削弱力波的槽配合

為削弱變頻電機齒諧波產(chǎn)生的力波,要求槽配合滿足表1要求。

表1 變頻調(diào)速異步電機槽配合

避免力波次數(shù)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(shù),Z2為轉(zhuǎn)子槽數(shù),p為電機極對數(shù)。

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(shù)越多、諧波損耗越少、異步附加轉(zhuǎn)矩越小,定子槽數(shù)大于轉(zhuǎn)子槽數(shù),還可以降低雜散損耗。

(3) 轉(zhuǎn)子采用奇數(shù)槽,這樣可以減少同步寄生轉(zhuǎn)矩,避免起動時產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。

(4) 采用5/6短矩系數(shù)可大大削弱5次諧波和7次諧波產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子槽形優(yōu)化設(shè)計

(1) 為了抑制高次諧波損耗的增加,異步電機轉(zhuǎn)子應(yīng)采用集膚效應(yīng)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(shù),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(zhuǎn)子槽數(shù)相同的情況下,可選擇不同的轉(zhuǎn)子槽形、尺寸,進行效率和功率因數(shù)優(yōu)化設(shè)計,從而確定高效優(yōu)化的最終電磁設(shè)計方案。

1.3 氣隙的優(yōu)化設(shè)計

電機的氣隙增大,將使勵磁電流增加,電機功率因數(shù)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(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)配合部件的加工精度和同心度適當(dāng)降低,減小了加工的難度和時間。

普通電機氣隙通常采用經(jīng)驗公式：

δ=Di11001+92p

其中:δ為電機的氣隙(mm)；Di為電機定子內(nèi)徑(cm)；p為電機極對數(shù)。

變頻電機氣隙應(yīng)比同容量普通電機氣隙稍大一些。

1.4 基于模糊自適應(yīng)設(shè)計模型的電磁優(yōu)化設(shè)計

文獻［5］給出了變頻調(diào)速異步電機不同定子槽形的定子設(shè)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(shù),定子結(jié)構(gòu)和主要尺寸就完全確定,并隨槽形和定子內(nèi)外徑比值的改變而改變。這些公式使變頻調(diào)速異步電機的設(shè)計完全由其電密和磁密的設(shè)定值控制,不僅消去了傳統(tǒng)設(shè)計中的經(jīng)驗參數(shù),而且使這些電密和磁密的設(shè)定與變頻調(diào)速系統(tǒng)中電機的運行性能建立密切關(guān)系。

文獻［5］以此為基礎(chǔ)進行了基于自適應(yīng)模型的電磁優(yōu)化設(shè)計。在該自適應(yīng)模型中,定子內(nèi)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(shè)計則將模糊控制應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計中,建立一變頻調(diào)速異步電機模糊自適應(yīng)模型,通過模糊自適應(yīng)過程不斷調(diào)整選取λ參數(shù),以達到同時滿足定、轉(zhuǎn)子電磁負荷設(shè)定的目的。

變頻調(diào)速異步電機模糊自適應(yīng)設(shè)計流程見圖1。

圖1 變頻調(diào)速異步電機模糊自適應(yīng)設(shè)計流程圖

2 變頻電機電磁設(shè)計軟件開發(fā)

本設(shè)計軟件是在Windows平臺上用VB 6.0開發(fā)的,適用于Windows 98以上的操作系統(tǒng),視窗化設(shè)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(jié)構(gòu)框圖。

圖2 電磁設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)框圖

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

3 設(shè)計實例

現(xiàn)利用開發(fā)的變頻調(diào)速異步電機電磁設(shè)計軟件進行一7.5 kW變頻調(diào)速異步電機的電磁設(shè)計。

3.1 數(shù)據(jù)輸入主體窗口

其主要額定參數(shù)輸入主體窗口見圖3。

圖3 額定參數(shù)輸入界面

點擊界面上的“計算”,軟件中將自動優(yōu)化,得出定子參數(shù),轉(zhuǎn)子參數(shù),電路參數(shù)、電流及損耗等參數(shù),然后進行整體優(yōu)化,得出最佳設(shè)計方案。

3.2 計算結(jié)果

定子參數(shù)如圖4所示,轉(zhuǎn)子參數(shù)如圖5所示,損耗及效率如圖6所示。

圖4 定子參數(shù)

圖5 轉(zhuǎn)子參數(shù)

設(shè)計結(jié)果：

(1) 定轉(zhuǎn)子槽配合為36/23；

(2) 轉(zhuǎn)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(shè)計要求的性能還要好。

依據(jù)以上參數(shù)設(shè)計的變頻調(diào)速異步電機性能良好,滿足設(shè)計要求。

圖6 損耗及效率

4 結(jié) 語

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

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