变频电机范文

导语：如何才能写好一篇变频电机，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】变频电机;特点;应用

变频技术，就是通过改变用电设备的供电频率，进而达到控制设备输出功率的目的。变频技术随着微电子学、电力电子、计算机和自动控制理论等的发展，已经进入了一个崭新、逐渐成熟的技术，其应用亦进入了一个新的。应用该技术可通过变频调速改变轴输出功率，从而达到减少输入功率节省电能的目的，是感应式异步电动机节能的重要技术手段之一[1]。

变频电机将“专用变频感应电动机+变频器”共同使用进行交流调速，从而使机械自动化程度和生产效率大为提高，目前正取代传统的机械调速和直流调速方案。变频调速已广泛应用于各行各业无级变速传动。特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用，变频电机的使用也日益广泛起来。由于变频电机在变频控制方面较普通电机的优越性，因此用到变频器的地方都不难看到变频电机的身影[2]。

随着中国加入世界贸易组织，我国港口的吞吐量在不断攀升，因此我国港口运输中皮带机运输运用越来越多。但是传统的直起高压电机由于无法自动调节速度，使得港口耗电量居高不下。随之而来的是我国电力资源供应的不足，为节约电力资源同时改造我国皮带运输中存在的问题，笔者对变频电机进行了简单的陈述并对其成功应用实例进行了分析，希望对我国港口建设有所帮助。

1大功率电机驱动方式

目前应用最广的大功率电机的起动方式主要有：串自耦变压器起动、磁控软起动、液阻软起动、变频器起动、固态软起动等[3]。

1.1串自耦变压器起动

该起动方式起动电流小、平均起动电磁转矩小、连续及频繁起动性能低、抽头难以固定、难以保证电机的最佳起动性能、对工况变化不可能做到最佳的适应性调整，因此不适合应用作为皮带传送的起动方式。

1.2磁控软起动

该方法起动开始时电抗器的电抗值较大，在软起动过程中，通过反馈调节使电抗值逐渐减小，及至软起动完成后旁路。该起动方式存在起控电压高，有较大的电流冲击、体积较大、工作时的噪音较大等问题。

1.3液阻软起动

液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。它的阻值正比于相对的二块电极板的距离，反比于电解液的电导率。这种起动方式存在液阻箱容积大、控制功能低下、保护功能不全、维护困难、安全性差等问题。

1.4交流变频器起动

该方式为高效节能的起动和调速方式，通过改变电动机定子端的频率与电压实现起动与调速，具有调速范围大、精度好、效率高、节能效果好等特点，应用范围广泛，可应用于扶梯、传送带等。

2变频电机特点

普通电机是根据相应的功率设计的，只有在额定的情况下才能稳定运行。变频电机稳定运行需要克服低频时的过热与振动，因此变频电机具有以下特点：

①应用高分子绝缘材料和真空压力浸漆制造工艺以及特殊的绝缘结构，使电气绕组绝缘耐压及抗机械强度方面有了很大提高，可防止由于马达高速运转、变频器高频电流冲击以及电压对绝缘物质的破坏。

②平衡质量高，震动等级为降振级，机械零部件加工精度高，并采用专用高精度进口轴承，可以高速运转。

③强制通风散热系统，强劲风力，可保障马达在任何转速下均得到有效散热，可实现高速或低速长期运行。

④采用电磁设计，减少了定子与转子的阻值；具备软启动功能，可适应不同工况条件下的频繁变速，从而做到节能。

3.变频电动机的应用实例

3.1变频技术在煤炭行业上的应用

以新柳煤矿主矿井的原煤产量提升至400万t的技改项目为例。主井皮带原本由2台315kw/6kv高压异步电动机并联拖动，采用交流绕线式电机串电阻调速系统。该调速系统调速平滑性差；低速时电阻上消耗的转差功率大，节能效果差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行振动大，安全性较差。该调速系统在解决电机间同步，以及出力不均的问题时能力明显不足。

经过对国内外多家电机厂商的综合比较，并同各方面专家进行多次的研讨后，最终确认了日本明电舍的vt710高压变频器驱动装置的系统方案。在施工过程中建立了以辊筒的一致性线速度为给定、以功率平衡分配为最终控制对象，构成速度和电流双闭环主辅同步控制系统，采用vt710的转矩自动平衡控制模式，从而达到了理想的同步控制效果。

通过调试和运行，该系统满足了电压波动大、负载变化大、平滑起停等多单元同步运行的现场要求，具有以下优点:①安全性能增强

启动平稳，由主机控制将3台电机同时启动，能够自动达到功率平衡。实现了软启动，软停止。启动过程中几乎无冲击，降低了电机的噪音和故障率。并且3台变频器运行电流相差均在1A以内，实现了自动功率平衡调整。②节能效果明显，大大降低了用电量，节约了电费。

实际测量中，空载运行电流为15A，重载运行电流为40-50A。3台电机每小时至少能节约电能270-350kw.h，按0.5元/kw.h计算，一天运行20h，每年可减少电费支出100万元左右。在煤量不正常的情况下降频使用，节能效果更加显著。

3.2变频电机在自动扶梯节能中的应用

目前常规的自动扶梯空载时仍以额定速度运行，因此会造成耗能大，机械磨损大，使用寿命低等问题。如果扶梯在无人空载时停运或缓行，不但会减少用电量，而且可有效延长扶梯的使用寿命。经过试验证明，在扶梯电气控制线路改造中应用变频电机后，采用变频调速方式控制自动扶梯运行，使扶梯具备平稳启动、节能运行。当乘客走近时，扶梯启动以正常速度运行；乘客离开后，扶梯减速变为慢速运行或停止，等待下一位乘客。如果乘客连续不断，扶梯便连续以正常速度运行，直到最后一位乘客离开扶梯。

以石家庄中心线商业街扶梯改造为例，该商业街有扶梯32部，每部扶梯耗电量为8kW/h，每天运转12小时，而且均以恒定速度运行，在大多数情况下，扶梯较多地运行于1/3额定载客量以下，每部扶梯每天无人空载时间累计约8小时。改造前根据计算，一台8kW的电动机，每天运行12 小时，每度电费为0.8元，那么它每天的电费为76.8元，那个整条商业街扶梯总共需2457.6元/天；经过改造后如果每天慢速运行的时间为全天的50%的话，那么每架扶梯每天慢行所耗费的电费为19.2元，整天电费为57.6元，整条商业街电费为1843.2元。由此可知经过改造后整条商业街每天可节省614.4元，电费节省25%左右。

3.3变频电机在化工行业的应用

变频技术在化工行业最成功的案例为2006年北京利德华福电气技术有限公司的技术人员成功将一台1000kW/6kV的HARSVERT-S高压变频调速系统应用于巨化股份公司合成氨厂的同步电机上。

3.4变频电机在轧钢厂的应用

攀枝花钢铁公司2000年1月利用热连轧厂年修改造时间，拆除旧电动机及电气设备，安装调试变频电机，并于当年3月5日试车成功。改造后的传动系统动态响应大大提高，由300ms提高到100ms，节约电力15％，新增效益上亿元，大大增强了公司热轧板产品的市场竞争能力。如果我国改造100台套轧机的大功率电动机，以平均每台4000kW计算，电动机设备装机容量可达80万千伏安，年节电可达6.3亿度(kw・h)。

4 结论

港口建设本身虽然建设投入非常大，但投产后年收益较高，因此港口运行考虑的难题为如何降低港口的无效的消耗，其中电力为最主要问题。传统直起高压电机，在初期投资成本方面有优势，投资较低，但后期运行电量消耗大。而变频电机在初期投资方面较大，但后期运行电量消耗较少。港口是一个需要长时间连续运作才能将成本转化为收益的行业，其中无故障的运行为首要前提，因此，港口传送带驱动方式上的选择关系到成本的转化速度。

通过对不同行业中变频驱动的应用可知，变频驱动对偶有间断的运送有极大的降低成本的功能，因此在港口中传送带驱动选择变频驱动可有效的降低成本，变频节电的效果相当明显。

参考文献

[1]王文良,赵纯禹.浅谈恒转距变频调速电机设计特点[J].机械管理开发,2010,25(4):22-23.

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【关键词】变频电机；绝缘损坏；脉宽调制

1引言

电工电子技术和微电子技术快速发展和工业生产的需要，变频调速技术以及广泛的在各种机械设备中加以应用。但是随着变频电机这一新设备的广泛使用，人们发现变频电机尤其是低压变频电机的绝缘会过早的损坏，直接导致了变频电机的使用寿命比普通电机短得多，甚至几个星期就出现故障。因此，就需要对变频电机绝缘损坏的机理进行分析并探寻控制措施。

2 变频电机的绝缘损坏机理

2.1 变频电机过电压

变频电机在使用的过程中不但同普通电机一样的受到操作过电压的冲击，而且会受到PWM（脉宽调制）波行波过电压和反向电场过电压的冲击。只要变频电机启动运行，这些类型的过电压就一直的存在，并对变频电机绝缘产生严重的损害。

2.1.1 PWM调制波行波过电压

目前变频广泛的采用PWM调制技术，PWM的脉冲波形频率有开关频率和基本频率两种形式。其中由于电压信号的传播形式为波的形式，PWM的脉冲电压值的峰值重复频率会与开关频率保持同步增长的关系。基本频率直接影响电压脉冲极性的转变和变频电机的转速。由于变频电机和逆变器的电阻率远大于输电线的电阻率，因此在它们之间传播的PWM脉冲电压因反射波的作用而导致PWM过电压可达双频电机工作电压的2倍。

2.1.2 反向电场叠加过电压

外部的电场作用可以使得绝缘介质中的正、负电荷产生瞬间的相对运动从而形成位移极化，这种极化由于其时间非常短（越10-15-10-12s），因此也被称为瞬间位移极化。同时外部电场也会使绝缘介质的偶极发生转向作用，这种作用被称为偶极转向极化，这种极化的时间不同于位移极化，它的时间相对十分缓慢（10-10-10-2s），因而也叫松弛极化。但是变频电机的PWM脉冲电压波的频率在几百HZ到几千HZ之间，因而其周期就很短（10-5-10-3S），已经可以达到偶极转向极化的时间，从而导致绝缘中的电荷转移产生的电场滞后，因此了与外部电场方向一致的反向电场，从而产生反向电场叠加过电压。

2.2 变频电机的热效应

变频电机不但同普通电机一样受到性质相同的热效应的作用，同时由于PWM调控而带来的集肤热效应，并且绝缘介质由于其自身发热的作用而产生热效应。

2.2.1集肤热效应

变频电机的集肤热效应和变频电机的PWM脉冲电压的频率呈正比关系。普通电机的集肤热效应仅仅是在电机启动时才会产生，但是由于变频电机的脉冲电压波的频率一直很高，因此导致集肤热效应伴随电机整个运行周期。变频电机的转子绕组导体由于其耗损多、产生热量大，因而是产生集肤热效益比较严重的部位。总之，变频电机的集肤热效应要比普通电机严重的多。

2.2.2 绝缘介质自身发热

变频电机的绝缘介质由于脉冲调制的作用而导致电耦极子转动的频率相对频繁，这就大大的提高了绝缘介质的电应力，绝缘介质因电应力强度大而导致其耗损和产生大量的热量，过多的热量很严重的影响变频电机的绝缘介质的性能和寿命。目前PWM脉冲电压波的频率最高可以到达104HZ，而一般有机绝缘介质的自身的设计频率在104-105HZ之间，因此PWM脉冲电压波的频率已经快达到绝缘介质的设计频率的下限，而随着集成门极换流晶闸管（IGCT）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等材料应用到变频电机中而导致电机的工作电压的频率更高，这就导致绝缘材料的热效应也随之越来越严重。可以设想，当变频电机的PWM脉冲电压波的频率大于或等于绝缘介质的设计频率，此时的状况就如同微波炉工作原理一样，而绝缘介质如同食品一样被PWM脉冲电压波被迅速的加热，这也是变频电机使用过程中急需要解决的技术问题，需要改善新的、高性能的绝缘材料来加以解决这一难题。

2.3 变频电机绝缘局部放电

变频电机绝缘的局部放电是绝缘失效的主要原因之一。绝缘部位局部放电对绝缘失效作用主要包括3主形式：

（1）绝缘部位的局部放电会与空气中的O2反应产生一定量的O3，和空气中的氮气以及水蒸气生产硝酸，臭氧和硝酸都具有强氧化性，会氧化绝缘材料，改变了绝缘材料的性质；

（2）局部放电使得大量的电子撞击绝缘介质，其中电子的撞击能量会达到10eV，而绝缘介质分子聚合键之间C-H为3.5eV，C-C键为6.2eV，这会使绝缘材料的分子结构产生裂解，从而使绝缘材料失效；

（3）局部放电还会产生X射线和紫外线，这些都会对绝缘材料产生辐射作用。然而在PWM脉冲的作用下，电压波的脉冲频率比较大，这会导致局部放电的次数多，放电能量大，这就加大了绝缘材料的失效率。

3 减少绝缘损害的对策

（1）采用合理的绕线、嵌线等绝缘生产技术。变频电机的绝缘材料的绕线、嵌线工艺必须加以控制，防止在生产中伤害了导线，将线圈的端部位加以固定使之形成整体，确保整个绝缘材料的强度。

（2）采用聚酰亚胺系列绝缘材料来代替现阶段的有机材料，这样就能比较彻底的解决绝缘部位的热效应的问题。聚酰亚胺系列绝缘材料是新型纳米无机材料，其表面的导电率比较大，能强有力的保留在其表面的电子，这会使得反向叠加电场的场强变小，这样会有效的降低过电压对绝缘材料的破坏作用。而且无机材料分子的键能比较大，能有效的抗击局部放电时的电子冲击。

使用真空压力无溶剂浸漆和聚酰亚胺系列绝缘材料，真空压力无溶剂浸漆采用的是无气隙绝缘，能减少绝缘材料中的空气等杂质，能减少局部放电的危害。

提高绝缘材料的整体机械强度。提高机械强度能增加抗热熔、抗振动以及抗电磁激振力，因此提高了变频电机绝缘系统的整体机械强度能使其更有效的抵抗脉冲电压波的作用、提高对各种热效应的能力以及电机使用过程中的机械振动的影响。

参考文献：

[1]丁再春，高压变频电机绝缘结构的研究[J]. 装备制造技术，2013（04）.

[2]王鹏，高波，吴广宁，罗杨，曹开江.连续方波电压下变频电机绝缘局部放电特性[J].高电压技术，2013（06）.

[3]徐慧慧. 基于超高频法的变频牵引电机绝缘局部放电特性研究[D].西南交通大学，2013.

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关键词:高压电机 变频 原理 安全性 意义

高压交流变频调速技术为90年代以来迅速发展起来的一种新型的电力传动调速技术,在高压交流电动机的变频调速领域得到了广泛应用,其技术与性能优于其它任何一种调速方式,变频调速凭借其显著的高效率、高精度、高节能效益、宽范围的调速性能,以及完善的电力电子保护功能,易于实现自动的通信功能,得到了广泛的推广与应用。

1、节能原理

1.1 变频原理

高压变频器采用先进的功率单元进行串联叠加的方式,主电路的开关元件为大功率IGBT,空间矢量多重化的PWM技术,由数个单元串联形成每相,每个功率单元所输出的电压波形以及其串联后输出的相电压波形,能够得到数十个不同的等级电压,在增加电压等级的同时,每个等级的电压值大大降低,从而减小了dv/dt对电机绝缘的破坏,并极大的削弱了输出电压谐波的含量,由于电压等级数量的增加,也极大的改善了变频器的输出性能,输出波形几乎接近于正弦波,不存在电网污染,符合IEEE519―1992对电压、电流谐波失真的严格要求,因此“串联叠加”变频器对同一电网上用电的其他电器设备不会产生谐波干扰,纯净的功率输入能够免去耗时的谐波、共振分析,从而也节省了安装去除谐波装置的昂贵费用。

1.2 节能原理

将循环泵电机改为变频调节,在输出量满足工艺要求的情况下,能够节约大量的电能,节电的比例可通过理论计算得出,通过泵与风机类负载的工作特性可知,其流量与转速成正比:,其电机轴功率与转速的立方成正比:。由变频器的工作原理可知,其转速与频率成正比:,其中Q为流量,N为转速,P为轴功率为频率。当频率由50Hz变为40Hz下降20％时,由

可知轴的功率只有原来的51.2％,节约了48.8％。

以上只是在理想条件下的节电率,在实际使用工程中,由于各种运行工况的不同,节电效果也将会不一样,实际的节电效果和以上的计算结果将会有一定的出入,但从计算结果来看,节电效果较显著,值得改造。

2、变频安全性和优势

2.1 变频安全性

高压变频器实现了对电机的软启动,避免了在工频启动时所产生的巨大冲击电流与冲击转矩,对延长电动机与负载的使用寿命,减少对电网的冲击,从而保证机组正常的运行有着非常重要的实际意义。在变频器发生欠压、过压、过流、缺相、过热、短路、接地、过负荷等情况时,系统能自动的检测并及时的进行智能提示、报警或者保护,完整的运行保护体系可靠的保证了设备安全的运行。

2.2 高压变频器的优势分析

交流高压电机的直接启动会产生巨大的电流冲击、转矩冲击,在很短的启动过程中,转子笼型绕组以及阻尼绕组都将承受很高的热应力、机械应力,导致笼条的端环断裂;同时会造成定子绕组绝缘的机械损伤与磨损,从而致使定子绕组的绝缘击穿,在直接启动时的大电流还会引起铁芯发生松弛,造成电机的发热增加,因为变频器可做到启动转矩高,并且平滑无冲击,对于延长电动机的使用寿命,减少对电网的冲击,保证机组的正常运行是很有必要的。随着电厂的自动化程度不断的提高,运行工艺对辅助设备控制性能的改善也是十分迫切的,根据实际的需要,对风机、水泵利用高压变频器进行调速,既可以调节风机、水泵的流量,又可以极大的降低电能的消耗,从而既保证与改善工艺,又能够达到节能降耗的效果。

3、进行高压电机变频改造的意义

3.1 电动机实现了真正的软启动,可延长电动机的使用寿命

在直接启动过程中,由于电动机笼条与端环将流过很大的启动电流,其值可以达到额定电流的4～7倍,在双鼠笼式电动机的启动过程中,外笼条与外端环将流过很大的启动电流,所产生的损耗会使笼条与端环产生200℃～300℃的高温,从而使得端环产生较大的热变形。端环的热变形将会使笼条受到一个弯曲应力,造成电动机笼条开焊、断裂。

3.2 减少了对厂用电的冲击

因为高压电机实现了软启动,而电动机的启动电流只是额定电流,启动的时间延长,不会导致厂用电母线的电压降低。

3.3 具有明显的节电效果

在火力发电厂中,为满足各种运行方式的需要,送风机、引风机、一次风机、增压风机、凝结水泵、给水泵、循环泵等设备都是按照最大运行方式的要求进行配置的,在低负荷运行时,机组这些设备只能够依靠调整入口挡板的开度、泵的出口门来调节风量、水流量,用挡板、出口门来调节风量、水流量将会有大量的电能浪费在克服挡板、出口门的阻力上,造成用电率增高,影响机组的经济运行。由流体力学基本定律可知:风机或者水泵的流量和其转速成正比,压力和其转速的平方成正比,轴功率和其转速的立方成正比。所以,在火力发电厂中,机组在不同的负荷运行时,风机、水泵可通过调整高压电动机的转速来进行调量、水流量,以获得到明显的节电效果。

4、结语

采用高压变频器对电厂高耗能的用电设备进行技术改造,不仅能够降低厂用电、供电煤耗,增加上网电量所带来的直接经济效益,而且设备以及机组的安全可靠性也会得到大幅度的提高,减少机组故障所带来的隐形经济效益。本文对高压电机变频技术的原理、节能、安全性等进行了讨论,给促进发展高压电机变频技术提供一定的参考。

参考文献

[1]李宏斌.高压电机变频改造节能分析[J].硅谷,2010,(5):37-38.

[2]肖兆帅,郑川,宋光珍.高压变频技术在山水集团风机类电机上的应用[J].水泥工程,2008,(2):58-60.

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根据市场调查，针对常规游梁抽油机，许多油田机械制造生产厂商都尝试开发长冲程、低冲次塔式抽油机，大多数是采用传统电机带动减速机，通过控制系统使电机换向，带动减速机做换向运动。这些机型，实现了长冲程、调参容易、有效降低耗电量，但长期不问断的连续运行，轴承和齿轮疲劳问题无法得到保障，运行噪音高，使运行可靠性降低，同时节能环保效果不明显，因而推广效果不佳。

河南机厂创新研发的塔架变频调速电机型抽油机，此抽油机具备以下特性：a、采用世界领先的变频闭环矢量控制及永磁同步电机技术，使输出力矩能自动根据负载的变化而调整，始终满足负载的变化，达到最佳的节能效果。b、采用先进工业控制器及人机操作界面，运行参数明了，调参方便、快捷，实现柔性启动，系统运行按设定曲线运行，换向无刚性冲击，低噪音（55dB）。c、主机采用高性能永磁低速、大扭矩电机驱动，电磁换向，无齿轮减速箱部件，无磨损，系统通过抽油杆与配重箱形成天平式平衡，实现运行时的平衡，无功损耗接近零，从而使机械效率达到95%以上。d、主机配置抱闸功能，配重箱配备安全刹车装置，运行时运动部件与人隔离，操作机器与高压电隔离，调平衡时配重落地调整，安全无忧。e.翻转让位，修井作业方便。

1.结构及其原理

该型机由动力传动系统、控制系统、机架及提升装置、平衡箱、平衡箱安全刹车系统等组成，适用于普通采油作业，特别适用于长冲程、低冲次的采油工况。

其工作原理是：电机驱动一级皮带减速轮，通过减速轮同轴上的驱动轮和导向轮驱动钢丝绳组（宽带）。钢丝绳组（宽带）一端和平衡箱连接，另一端通过悬绳器悬挂光杆；电机运行时，系统通过安装在机架中部的霍尔元件，自动检测到平衡箱位置，并反馈给控制系统，控制系统控制电机带动悬点符合做上下平稳运行。运行过程中利用光电信号检测平衡箱的运动位移，来消除运动过程中的累积误差。

2.动力传动系统

动力传动系统是利用低速大扭矩永磁同步电机，经过一级皮带减速；采用柔性钢丝绳（宽带）传动使整机具有过载保护，避免了刚性冲击。

3.智能控制系统 智能控制系统由高过载能力矢量控制变频器、可编程控制单元及速度、重力、光电等各种传感器构成的智能化控制系统。其特点如下：

（1）.可人机对话，可实现冲程、冲次无级调速；

（2）.可监控冲程、冲次、电流、频率、转矩、输出功率、抽油杆运行速度与时间等屏幕显示，可实现远程监控；

（3）.自动判断光杆是否失重，实现紧急停机；

（4）.对电机全程自动控制，并具有超载、失载、过热、缺相、短路保护、故障记忆等功能；

4.创新技术的应用

（1）.平衡箱的安全制动系统，该系统由离心式机械双向动作限速器、制动转向盘、安全制动钳组成。

安全制动原理：通过连接在平衡箱的钢丝绳即时追踪平衡箱的运行速度，当平衡箱的运行速度超出限定速度时，离心机械限速器动作，反馈信号使电机制停，利用平衡箱加速下行的惯量，通过钢丝绳的另一端拉紧装在平衡箱上的安全制动钳，抱刹导轨，利用摩擦力制动平衡箱，实现平衡箱的安全制动，避免井口侧失载引起的事故。

（2）.机架翻转装置

修井作业工位让开装置：涨紧轮和导向轮轮架通过和机架连接的轴进行旋转，卸掉载荷，涨紧轮向下旋转，导向轮向上旋转，这时导向轮可避开井口1200mm，为修井让出作业空间。

（3）.设备动力系统采用外转子永磁同步电机，具有噪音低、低转速、大扭矩、低能耗的性能特点。

5.节能及环保特性

塔架变频调速电机型抽油机在实际运用中，永磁同步电机配合高过载能力的矢量控制变频器，实现了输出力矩与负载的最佳匹配，达到最佳节能效果，功率因数达到0.98，切实达到了高效节能的目的。

6.主要特点

（1）.操作简便，以人为本。应用了人机工程学原理，控制系统实现智能化，可人机对话，利用触摸屏调整参数、实现多参数的远程联网监控，并显示运行参数，故障发生时间和故障原因，减轻维修人员的工作强度。

（2）.运行平稳安全。该机驱动装置均安装在塔架顶部的驱动平台上，平衡箱运行于封闭的塔架内，有效减少对周围人畜的误伤害，当发生抽油杆断裂事故时，平衡箱下方有制动系统，实现平衡箱的安全制动，避免井口侧失载引起的事故。

（3）.提高抽油泵的工作效率。该型抽油机具有匀速运行段长、上下行速度可以分别调整的特点，工作时可以根据不同的井况分别调整上行和下行速度，充分提高了油泵的充满度系数和工作效率。

7.结语

抽油机在石油开采中占据及其重要的位置，新技术的研发，环保节能，提高抽油机的效率是油田开发的重心。同时，我国目前大力倡导发展绿色循环经济，因此，更要加大技术与设备的创新力度，与油田的特点相结合对抽油机进行研制，提高其经济效益。

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[关键词]电机；变频控制；节能技术

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0194-01

社会经济和科学技术的快速发展，在推动社会主义现代化建设的同时，也对电力能源的提供提出了更高的要求，尤其是各种电机设备的节能控制。在构建资源节约型和环境友好型社会的今天，加强对电机变频控制节能技术与应用问题的研究，具有至关重要的现实意义。

一、电机变频控制的基本原理和特点

变频电机是变频器驱动电机的统称，它采用由变频感应电动机和变频器组成的控制系统，提高机械自动化程度和生产效率。以交流电机为例，其同步转速可用下式表示：

n1=60f/p （1）

式（1） 中：n1表示同步转速；f表示电源频率，50 H z；p为电机磁极对数。

电机转差率用公式表示为：

s=（ n1一n）/n1 （2）

式（2） 中：s为电机转差率；n为电机转速

由式 （1） 和式 （2） 可以推得：n= 60f（ 1-s）/p （3）

图1所示为电机变频控制原理。通过电机变频器输出的不同频率，可以对交流电机进行调速。变频调速的主要特点是通过变频器改变输出频率和输出电压，最终达到对转动负载的精确定量。除此之外 ，变频电机还具有以下一些特点：①具备软启动和停止功能 ；②采用电磁设计，增加了电机电感 ，从而减少定子和转子的阻值 ；③满足反复的启制动切换 ，能够平滑无极调速，保护功能完善 ，减少设备维修 ；④节约电能.

二、电机变频控制节能性分析

由上述交流电机调速公式（3） 可知，只要改变电源输入频率就可以使电机平稳变速。而在大型变频设备中，在效率不变的情况下通过改变电源输入频率和输入电压，根据负载要求达到改变输出功率的目的。对于风机类负载，可以借助流体力学进行耗能分析，风量是转速的一次函数，风压是转速的二次函数，轴功率是转速的三次函数，可以用以下三个公式表示。

Q=k1n （4）

式（4）中：Q为风机风量；k1为风量系数

H= k2n2 （5）

式（5）中：H为风机风压；k2为风压系数

P= k3n3 （6）

式（6）中：P为轴功率；k3为轴功率系数

仍以风机为例，随着输入流量的减少，电机做减速运动，功率也会按电机速度的三次方减少。假设输入流量下降比为 80%，相 应的转速也会降为原来80%，此时轴功率下降51%.另外，当转速下降时，电机效率也会相应下降，这时由控制装置等带来的损耗比例也会增加。图2所示为风机变频控制节能效果。节能原理当系统风流量从Q 1下降到 Q2时，如果调节通风量，则系统阻力变大，系统工作点从A变到B，轴功率 P2与BH2，Q20组成的矩形面积成正比；如果使用电机变频技术，风机速度由n1变到n2，风压急剧下降到H3，功率P3 （CH3与Q20所组成矩形面积） 明显缩小，降低的功率可表示为， P= P2 H×Q2.它BH2，CH3组成的矩形面积成正比。泵类负载曲线与此相同。通过大量统计得出，风机水泵类电机调速控制可以节约大约30%的电能。

在传统的电机拖动中，当电机拖动的负载发生变化时，一般通过调节通电时间占空比来进行调速。这样的调节虽然很简单，但是电机会不断地启动、制动，而在启动和制动过程中电机的耗能很大。如果采用变频技术来对电机进行调速，电机转速不但能平滑过渡， 而且节能效果也能在很大程度上得到提高。

三、电机变频控制技术的发展过程与应用

在最初的时候我国的电机频率都是固定的，电机只能固定的输出一种功率，一个电压。所以说当时的电机在工作的时候输出的驱动频率是完全不变的。但是往往负载所需要的驱动频率却是在不断变化的，为了能够满足负载所需要的驱动频率，电机的额定驱动频率一般都是大于负载所需要的驱动频率的。这样做虽然能够保证电机提供足够的驱动频率，保证电机的正常运作，但是其中有很大一部分的驱动频率都会被浪费掉，这就造成了大量的电力能源被浪费，不能得到有效的利用，完全不符合我国可持续发展的战略要求。为了达到节约电力，使电力得到充分利用的要求，电机变频控制技术被开发了出来，电机变频控制技术能够根据负载所需要的驱动频率来改变电机输出的功率和电压，保证不会有多余的驱动被浪费，很好的提高了电能的利用率，完全符合我国节能减排的要求。随着我国对节能减排的要求越来越高，对于变频节能控制系统的开发和研究也不断的完善，并且得到了更好的推广，在越来越多的地方被应用。

1.电机变频技术的发展过程

现在的电机变频系统大都采用恒 v/F控制系统，这个变频控制系统的特点是结构简单、制作便宜。这个系统被广泛应用在风机等大型的并且对于变频系统的动态性能要求不是很高的地方。这个系统是一种典型的开环控制系统，这个系统能够满足大多数电机的平滑的变速要是，但是对于动态和静态的调节性能都是有限的，不能应用在对动态和静态性能要求比较严格的地方。为了实现动态和静态调节的高性能，我们只能采用闭环控制系统来实现。所以有的科研人员提出了控制闭环转差频率的电机调速方式，这种调速方式能够在静态动态调速中达到很高的性能，但是这种系统只能在转速比较慢的电机中得到应用，应为在电机的转速较高的时候，这种系统不仅不会达到节约电能的目的，还会使电机产生极大的瞬态电流，使得电机的转矩在瞬间发生变化。因此，为了在较高的转速中实现较高的动态和静态性能，只有先解决电机产生瞬态电流的问题，我们才能更好的发展电机变频节能控制技术。

2.电机变频控制的应用

在电机的能耗中，大约有百分之八十都是应用在了风机和泵类负载当中，所以说电机变频控制技术能够很好的节约这一部分负载的能耗，实现节能减排的目的。以空调为例，没有应用变频控制系统的空调，在设置的温度低于阈值的时候，只能通过关闭风路的方式来实现，但是这个时候空调的电机还是在继续运转的，这一部分驱动功率就完全没有被利用，只是单纯的被浪费掉了。但是在运用了变频控制系统的空调当中，如果当空调设置的温度降低的时候，只需要控制电动机的转速降低，减少输出的驱动功率就可以实现，完全没有必要将风路进行关闭，而且也不会浪费电机的驱动频率，很好的提高了电能的利用效率。

此外，在实际应用中需要根据不同的需要选择大小合适、性能高的电机，减小电机的浮装容量，防止能量浪费。同时，在实际应用中还要不断优化电机系统结构，尽可能降低额外能量的损失，并选择导磁性高的材料，比如冷轧硅钢片等。

总之，电机变频控制节能技术的应用可以有效减少电机不必要的驱动频率的输出，提高电能的利用效率，这在很大程度上缓解了我国电力能源紧缺的现状。随着我国对节能环保投入的不断增加，电机的变频控制将会得到更好的发展。

参考文献

[1] 陈伟华，李秀英，姚鹏.电机及其系统节能技术发展综述[J].电气技术，2008（09）.

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关键词：凝结； 矿用水泵；电机；变频

中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0022-02

在矿用凝结水系统中，凝结水泵是最主要的动力设备，主要是将凝汽器中的凝结水，在送入低压加热器经过加热后，然后输送到除氧器内。在矿用应用中，凝结水泵电机的实际运行状况与实际经济运行状况之间存在偏离。尤其是当机组带部分负荷的时候，将更偏离实际经济运行状况，导致机电能源严重浪费。为了减少能源的浪费，变频技术的改造不仅能够使凝结矿用水泵的运行状态稳定，而且还能够大大提高其运行的效率。

1 变频系统的优势

随着我国变频技术的逐渐发展，通过对凝结矿用水泵电机进行技术改造，在应用高压变频器以后，实现了系统的稳定运行和设备的使用寿命等方面，使系统更经济和节能。其变频系统主要由功率单元柜和控制器、高压开关柜和移相变压器所构成，一共形成18个功率单元，各功率单元的电路为单向的交-直-交逆变，并且每6个单元串联成一相，以多重化PWM控制方式进行控制。整流为二极管三相全桥，不仅电路多重化，而且脉冲数可达到36个。通过利用光纤通讯技术，确保产品具有较强的抗干扰性和可靠性。除此之外，极低的输出谐波，可以有效地对每一转进行控制。其实际的变频系统电路如下图1所示：

2 凝结矿用水泵电机的变频技术改造方案

2.1 设备的选型

由于目前高压变频器在市场中的类型较多，因此，要根据在对矿用变频器进行选择的时候，不仅要考虑变频装置的谐波输入与输出、变频器使用的时间和寿命，还要考虑变频器的功率、电机额定电流和实际应用电流、转矩过载能力、效率以及市场反应效果等指标所具有的节能效果来选择。变频器在实际的应用中会出现各种影响节能效果的情况，例如：波形输出不稳定、谐波控制差、设备可靠性低、使用时间短等，都将对实际节能效果造成影响。除此以外，考虑其变频器的价格，通过一系列比较，将采用上海西门子公司生产的PROFIBUS DP空冷型完美无谐波高压变频器进行改造。

2.2 各项指标对设备运行的影响

（1）变频装置输出的谐波量。由于凝结矿用水泵电机不属于专业的变频电机，因此，所产生的谐波量一定会对电机的使用寿命造成严重的影响，对负载输出谐波量的严控是变频技术改造的关键指标之一。变频输出侧的传感器由于主要使用的是霍尔元件，因此，对实际谐波含量无法进行检测。在凝结矿用水泵电机实现变频技术改造以后，虽然负荷电流和电机温度都有所下降，但是从表面上依然无法察觉异常发热现象，对实际谐波含量的标准仍然无法确定。煤矿企业目前只能通过对检测谐波含量硬件进行加装。在长期监控下，避免滤波电容老化和损坏影响电机运行，导致事故的发生。（2）设备对谐波量的反馈。在凝结矿用水泵电机设备进行变频技术改造以后，谐波的出现是必然的，这给煤矿企业带来了一定的影响。例如：引起电机绝缘被破坏和毁损、使电气保护和自动装置安全性受到影响等方面可靠性受到威胁。因此，必须严格控制凝结矿用水泵电机变频技术改造的过程。一旦改造完工，必须定期检测谐波含量，防止谐波污染。同时根据所测得的结果，还能鉴别设备的性能。（3）变频器的发热与散热。在凝结矿用水泵电机中，变频器装置的能耗与电机容量相比，至少40%左右都被变频器装置所占有。同时还具有非常大的发热量，由于变频器的正常运行受变频系统控制的空间和对外换热所影响，如果散热的效果不好，会直接对设备的使用寿命和使用性能造成严重影响。因此，在对变频器进行调试的时候，在不启动空调控制室和只采用轴风机散热的条件下，设备装置负荷运行一定要满足24小时，以此来检测变频器的发热与散热状况。通过实际检测我们得知，变频器上层温度为33℃左右，有较强的散热与换热功能。即使在夏季，当温度超过40℃以后，空调控制开启以后，设备也能实现正常的运行。（4）隐藏凝结水泵临界转速。由于受到设备、系统本身等因素的影响，在设备进行运转的时候，在某频率段容易出现低频振动的现象影响整个设备的运行安全。如下图2所示：

因此，在凝结矿用水泵电机实现变频技术改造以后，必须要对每个频率段的振动状况进行详细的实际检测，一旦发现与标准振动不符，就要及时在系统中进行重新设置，防止出现超标点的运行状况影响设备的正常、安全运行。

3 实际应用分析

通过实际应用证明，在凝结矿用水泵电机完成变频技术改造以后，不仅对系统的安全运行有了改善，在经济效益上也有了很大的改善。首先，工作人员对系统的调控更稳定，大大提高了系统自动调节性能。其次，水泵能够随机组负荷变化对输出功率进行调节，直接使凝结矿用水泵电机的电耗得到了减少。在除去变频装置本身的能耗上，改造后的能耗耗损要节省了27%以上，机组负荷节能方面也达到70%左右。不但降低了设备的损坏，还使变频器起到了自动保护的作用。除此之外，技术的改造在延长设备的寿命和使用率的同时，还使设备的维护费用得到了减少。

综上所述，凝结矿用水泵电机的变频技术改造除了在运行效益和直接经济效益上达到了令人满意的节能效果外，还在提高系统自动装置稳定性和维修、冲击力矩对电机损坏等方面都起到了节能的明显效果。

参考文献

[1] 崔建国，潘海滨.高压变频技术发展与应用[J].电器工业，2005.

[2] 吴贵忠.变频技术改造项目在大连开发区热电厂的应用评价[D].华北电力大学，2010.

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关键词:变频器;电机测试;直接转矩控制;AFE直流母线

中图分类号:TB

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)03-0321-01

1 系统的设计与实现

1.1 系统整体构成

变频器在电机测试平台的应用可以采取两种方案的回馈方式:直流母线回馈方案以及采用AFE交流侧回馈方案,可以回馈在发电状态下工作产生的电能,减少能源消耗。电力测试平台组成框图如下:

1.2 直流母线回馈方案

直流母线回馈方案指的是电机发出的能量在发电状态下回馈到直流母线。可以挂多台逆变器在一个整流单元的直流母线上,这种模式的优点在于:根据具体工作情况,合理组合发电状态的设备和电动状态的设备,匹配挂在同一直流母线上的电动功率和发电功率,整流单元的进线功率大大减少了。此外,绝大多数情况下模拟负载的电动机和被测试电动机在测试台系统中是一台处在发电状态而另一台处在电动状态。在直流母线上,发电状态的电机产生的直流电被带动另一台电机的逆变器消耗掉。由此可知,选择两个逆变单元和一个整流单元是试验台的最佳方案。如图2。

由于各种功率损耗以及发电效率,除消耗掉发电状态下电机产生的直流电外,带动电动状态电机的逆变单元还要消耗一定的直流功率。因此,两个逆变单元分别带动两台交流异步电动机, 挂在同一整流单元的直流母线上, 其中一台是模拟负载,另一台是被测试电机。带动模拟负载电机的变频器根据需要改变速度,采用与交流侧回馈方案相同的直接转矩控制,带动被测试电机的逆变器采用速度控制。这个方案更适用于在固定场合测试变速装置的机械部分,因为直流母线不便于经常拆卸和安装。此外被测试电机和模拟负载电机在共用直流母线的方式都要采用变频器带动。

1.3 AFE方案

AFE即带有自换向脉冲整流/回馈单元,以西门子公司的产品为代表。AFE在结构上相当于一个逆变器,因为它采用了绝缘栅双极晶体管(IGBT)功率元件,其输入为交流而输出为直流。与传统的二级管或可控硅整流技术相比, 因为它位于电源进线侧,所以被称为“前端”。它具备了很多主动的控制功能,不再是被动地将交流转变成直流,能提高功率因数, 消除高次谐波, 具有卓越的动态特性和电流管理功能,不受电网波动的影响无换相失败, 普通的变频器产生谐波污染电网; AFE是IGBT整流, 可以矫正波形和补偿电网功率因数,能维持恒定的直流环节电压。AFE本身产生的谐波非常小, 且各次谐波由滤波电路删除。

AFE变频器本身带有VSB电压检测板用来检测进线电网的电压、相位、功率因数等参数。AFE的CUSA控制板可以根据检测到的电网参数通过控制IGBT的占空比和频率,把直流电逆变成和电网本身完全同相位同频率交流电回馈电网。由于测试台、被测试电机和装置是完全独立的,这个方案适用于任何测试场合。电气部分采用AFE变频器带动一台异步电动机来模拟负载。变频器采用直接转矩控制,可以根据设定值输出转矩而不受速度限制。转矩的测量采用扭矩法兰,转矩的控制通过PLC里的PID功能块完成。模拟负载的电机工作在发电状态的时候,发出的直流电首先回馈到直流母线上。下图为采用AFE交流侧回馈方案结构图。

2 结束语

本文所提出的应用测试方案是基于转矩控制算法(DTC), 采用变频器带动交流异步电动机作为模拟负载。这样的测试模式可以支持试验台按照试验人员的输入或某一曲线控制被测试方上的扭矩,不受速度的影响。

篇8

【论文摘要】：对变频调速器在实践应用中容量的正确选择、传动系统的优化设计以及外接制动电阻等方面的问题，总结了一些经验。

随着电力技术的迅速发展，交流电机变频调速技术取得了突破性的进步，进入了普及应用阶段。在我国，变频调速器也正越来越广泛地被采用，与此同是地，如何正确地选好、用好已成为广大用户十分突出的问题了。

1.关于容量选择

在变频调速器的说明书中，为了帮助用户选择容量，都有"配用电动机容量"一栏，然而，这一栏的含义却不够确切，常导致变频器的误选。

各种生产机械中，电动机的容量主是根据发热原则来选定的。就是说，在电动机带得动的前提下，只要其温升在允许范围内，短时间的过载是允许的。电动机的过载能力一般定为额定转矩的1.8-2.2倍。电动机的温升，所谓"短时间"至少也在十几分钟以上。而变频调速器的过载能力为：150％，l分钟。这个指标，对电动机来说，只有在起动过程才有意义，在运行过程中，实际上是不允许载。

因此，"配用电动机容量"一栏的准确含义是"配用电动机的实际最大容量"。实际选择变频器时，可按电动机在工作过程中的最大电流来进行选择，对于鼓风机和泵类负载，因属于长期恒定负载，可直接按"配用电动机容量"来选择。

2.传动系统进行优化设计

交流异步电动机经变频调速后，其有效转矩和有效功率的范围。配用变频调速器时，必须根据生产机械的机械特性以及对调速范围的要求等因素，对传动系统进行优级化设计，优化设计的主要内容和大致方法如下：

2.1确定电动机的最高运行频率

（1）鼓风机和泵类负载，这类负载的阻转矩TL与转速n的平方成正比TL=KTn2，输出功率PL与转速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP为常数），由此可知，如转速超过额定转速，负载的转矩和功率将分别按平方律和立方律增加，因此，在一般情况下，不允许在额定频率以上运行。

（2）一般情况下，各种机械的强度、振动以及耐磨性能等，都是以电动机转速不超过3000r／min为前提设计的。因此，在没有对机械重新进行设计的情况下，2级电机的最高运行频率不要超过额定频率太多。

（3）当异步电机在额定频率以上运行时，由于电源电压是恒定的，其在调到fx时电磁转矩Tx近乎和频率调节比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN为额定频率fN时的转矩）。因此，最高运行频率不宜超过额定频率

（4）异步电机在低频下运行时，为了获得足够的转矩，常需进行转矩补偿。而转矩补偿将使电机的磁路趋于饱和，从而增加附加损失，降低了效率，因此，只要情况许可，应尺可能地提高运行频率的上限。

2.2确定传动系统的传动比并校核电动机的容量

（1）鼓风机和泵类负载，一般均为直接驱动，不必考虑传动比的问题。

（2）恒转矩负载，首先，根据有效转矩线以及所要求的频率调节范围，确定电机运行的最高频率和最低频率。

假设已经确定的电动机最高运行频率为fmax最低运行频率为fmin与此对应的转矩相对值为tTL，则电动机的额定转矩Tn=TL/qTL（TL负载转矩）。如果原选电机并未留有余量的话，则配用变频调速器后，电动机的容量应扩大1/tTL倍。传动系统的传动比入等于电动机在最高运行频率下的转速nDmax负载所需求的最高转速nLmax之比。

（3）恒功率负载：和恒转矩负载类似，首先根据有效功率线和频率调节范围，求出电动机运行频率的上、下限。

同样，在求出最高和最低运行频率的同时，得到对应的功率相对值tPL，而电动机的额定功率PN≥PL／tPL（PL为负载要求功率）。

在设计恒功率负载时，应注意两点：（1）尽量多利用额定频率以上的部分；（2）当调整范围较大时，尽量采用两档传动比。因为当传动比分成两栏时，频率范围αf与αn转速范围之间的关系为。可见，在转速范围相同的情况下，频率范围将大为减小，从而可减小电动机的容量。

负载的机械特性，因是恒功率负载，故曲线上任一点的横坐标与纵坐标的乘积均相等，且与负载功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin。全部转速都在额定频率以下调节时的有效转矩线，在这种情况下，所需电动机的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。这说明，所需电动机的容量比负载功率的On倍还要大，是很不经济的。

⑴当最高运行频率为额定频率的2倍，传动比只有一档时的情形。在这种情况下，所需电机的容量PN=KPTN1/2nLmax1/2αnPL。可见，所需用容量只要大于负载功率的On/2倍就可以了。

⑵当最高运行频率为额定频率的2倍，传动比为两档时的情形。这时，所需电机的容量PN1/2PL。可见，对于恒功率负载，当αn>4时，这种方案是比较理想的。

3.自配外接制动电阻

各种变频调速器都允许外接制动电阻，加快制动速度，外接电阻。但配套的制动电阻价格昂贵，不易买到，自动配置时，其阻值与功率可如下决定：

直流电路的电压值UP=×380=53V；制动电流Is一般以不超过电机的额定电流IDN为原则，即Is≤IDN，故制动电阻Rs≥UD/Is。

因Rs内通过电流的时间只有几秒钟，故其功率PR可按工其工作时的（1/10-1/8）选择，即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。

因Rs接入电路时，应注意将变频调速器内部的制动电阻切除，如不能切除，则应适当加大Rs的值，以免出现制动电流过大的情形。

在外接制动电路时，为了避免烧毁变频器内部的放电用大功率晶体管（GTR）有时也可以外接整个制动电器（即包括制动电阻和放电晶体管，这时，GTR应选取其VCEX≥700伏；ICN≥（1.2-1.5）IDN安。

参考文献

[1]马新民，矿山机械，徐州：中国矿业大学出版社，2002

[2]李纪等，煤矿机电事故分析与预防，北京：煤炭工业出版社，1997

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关键词：变频调速永磁电机 皮带运输 控制系统

当前技术条件支持下，变频调速永磁电机所具有的最显著优势在于：功率因素高、且工作效率高。在煤矿企业生产系统当中，变频调速永磁电机已具备取代传统意义上，交流异步电机的可行性，兼顾了良好的节能与经济优势。基于此，本文试针对皮带输送在变频调速永磁电机过程中的相关问题做详细分析。

1 变频调速永磁电机应用特性分析

带式输送机常规意义上所采取的电机设备多为异步电动机设备，在配合齿轮减速器装置、以及液力耦合器设备的基础之上，构成一个完整性的动力驱动系统。此种驱动系统实践应用中的机械故障比较频繁，工作效率较低，且在重载状态下的启动难度比较大。相对于此，建立在变频调速永磁电机基础之上的整个驱动系统可作用于对皮带输送机转动速度的调节工作，去掉了传统意义上的减速器装置、以及液力耦合器设备。

以某煤矿井下工作面皮带输送机设备为例，在实际工作当中就针对皮带输送机所应用的异步电极进行了改造，将其改造成为变频调速的永磁电机。该同步电动机的额定容量为55kW单位，额定电压为660V单位，额定频率为12Hz单位，转子结构为永磁结构。在该变频调速永磁电机与变频器相互配合运行的过程当中，可有效保障多驱动电机相互之间功率的平衡性。在应用方面的优势主要表现在以下几个方面：

①运行效率高。

②噪音低。

③运行平稳且可靠。

④启动转矩高。

⑤调速驱动稳定高效。

2 控制系统应用情况分析

在煤矿井下工作面皮带输送机设备的运行过程当中，调速装置中应用了现代化的IGBT变频调速理论、以及模糊控制理论。整个变频调速装置主要由以下几个部分所构成（包括变频调速系统、参数设定系统、以及显示系统这三个方面）。变频器的核心设置为基于IGBT的半导体开关器件及其驱动模块，在电流裕量方面有明显的优势。同时，该变频调速系统当中所设置的热管散热器在散热性能、维护性能、实用性能等方面均有显著优势。不但如此，整个调速装置自主电路到控制电路均应用光纤方式实现通信，以良好的抗干扰能力防止控制系统的运行出现误动动作。

同时，从控制算法的角度上来说，变频调速装置采用了先进性的控制算法，专门针对低转速大转矩三相永磁同步电机的变频调速运行特性，在控制算法方面选择了无线传感器矢量控制与直接转矩控制相结合的控制模式。此种控制算法的主要优势在于：稳态性能突出、低速启动状态下的转矩作用力较大、调速范围宽。

3 变频调速永磁电机的应用优势

在将以变频调速永磁电机为基础的皮带运输机应用于煤矿井下生产实践的过程当中，所表现出的主要优势包括以下几个方面：

①由于新改造后的系统取消了减速器以及液力耦合器设备，因而在皮带运输过程中的震动与噪音问题大大降低。同时，也使得整个系统正常运行状态下的电耗问题明显降低，运行效率大大提升。

②在新改造后系统运行过程当中，永磁电机能够在额定转动速度条件下确保恒转矩特性。即便在低频、低速、乃至低压性的运行状态下，电动机所提供的转矩仍然可满足皮带运输的基本需求。

③也正是由于新改造系统省却了一部分的设备，因而在日常维护过程当中，对于这部分零部件磨损的投入维护费用大大降低，进而在一定程度上可有助于皮带运输效率的提升。

4 结束语

通过本文以上分析需要认识到：在煤矿井下工作面，

皮带输送机的运行过程当中，通过对变频调速永磁电机的合理应用，使得皮带输送机内部所具备的减速器装置、以及液力耦合器设备被有效剔除，因此在降低皮带运输噪音，提高输送转矩等方面体现出了显著的优势。总而言之，本文就皮带输送中对变频调速永磁电机的应用展开了简要分析与说明，望能够引起同行人员的关注与重视。

参考文献：

[1]叶云岳，范承志，卢琴芬等.直驱式高效节能复式永磁电机的研发与应用[J].电机与控制应用，2010，37（1）：1-3，12.

[2]王奇凯.基于PLC技术实现多条运输皮带自动延时启停[J].神华科技，2011，09（1）：75-77，81.

篇10

关键词：变频调速异步电机；优化设计；电磁设计软件；模糊自适应；Visual Basic 6.0

中图分类号：TM343文献标识码：B

文章编号：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

变频调速异步电机由变频装置供电,由于变频器的输出电压和电流中包含一系列的高次谐波,将使电机效率降低,温升升高,低速运行时产生转矩脉动,高速运行时产生较大的振动和噪声［1-4］。

变频调速异步电机的谐波抑制方法一直是传动领域中一个研究的热点问题［1-5］ 。

该文以抑制变频调速异步电机的谐波为目的,从改动和优化变频调速异步电机设计出发,提出了变频电机的优化电磁设计方法。文献［5］提出了变频调速异步电机自适应设计模型优化电磁设计方法,本文将模糊控制应用至电磁优化设计中,得到模糊自适应设计模型,可进一步提高设计电机的性能。

文献［6］研发的变频三相感应电动机设计CAD系统功能强大,操作方便,但该系统设计前需输入变频器控制参数,不同变频器参数不同,使设计的电机应用范围受到限制。该设计将利用Visual Basic 6.0开发变频调速异步电机的电磁设计软件,设计时只需从主窗口输入电机在额定状态下的主要性能参数,即可通过计算机自动优化,得到气隙、定转子槽形尺寸、电机损耗效率等输出性能参数。

1 优化电磁设计

1.1 定转子槽配合的优化选择

在变频异步电机槽数设计方面,定转子槽配合的约束得到放宽,考虑槽配合时,主要考虑避免一阶定、转子齿谐波产生的低阶力波(n=0,1,2,3,…),这些力波可能与定子的固有频率接近,发生共振［7］。

(1)削弱力波的槽配合

为削弱变频电机齿谐波产生的力波,要求槽配合满足表1要求。

表1 变频调速异步电机槽配合

避免力波次数槽配合要求

0Z1－Z2≠0,2p

1Z1－Z2≠±1,2p±1

2Z1－Z2≠±2,2p±2

3Z1－Z2≠±3,2p±3

表1中：Z1为定子槽数,Z2为转子槽数,p为电机极对数。

更高次力波引起的振动幅值小,一般中小型电机中可不予考虑。

(2) 对笼型电动机,定子槽数越多、谐波损耗越少、异步附加转矩越小,定子槽数大于转子槽数,还可以降低杂散损耗。

(3) 转子采用奇数槽,这样可以减少同步寄生转矩,避免起动时产生堵转。

(4) 采用5/6短矩系数可大大削弱5次谐波和7次谐波产生的附加转矩影响,对变频电机减少高次谐波影响起到十分重要的作用。

1.2 转子槽形优化设计

(1) 为了抑制高次谐波损耗的增加,异步电机转子应采用集肤效应小的特殊槽形,槽面积尽可能大,槽形宜浅不宜深,槽形总体上宽下窄；采用直槽而非斜槽转子结构以减少其负载损耗［8］。

(2) 采用磁性槽楔,不但能减小有效气隙,降低空载电流,改善功率因数,还能降低气隙谐波磁势分量,减小谐波磁势引起的附加损耗和其他不良影响。

(3) 在定、转子槽数相同的情况下,可选择不同的转子槽形、尺寸,进行效率和功率因数优化设计,从而确定高效优化的最终电磁设计方案。

1.3 气隙的优化设计

电机的气隙增大,将使励磁电流增加,电机功率因数下降,同时气隙中的谐波磁场也将降低,附加损耗减少。另气隙的增大可以使定转子结构配合部件的加工精度和同心度适当降低,减小了加工的难度和时间。

普通电机气隙通常采用经验公式：

δ=Di11001+92p

其中:δ为电机的气隙(mm)；Di为电机定子内径(cm)；p为电机极对数。

变频电机气隙应比同容量普通电机气隙稍大一些。

1.4 基于模糊自适应设计模型的电磁优化设计

文献［5］给出了变频调速异步电机不同定子槽形的定子设计公式,一旦给定定子电密、气隙磁密、定子齿轭磁密(J1,Bg,Bt1,By1)等参数,定子结构和主要尺寸就完全确定,并随槽形和定子内外径比值的改变而改变。这些公式使变频调速异步电机的设计完全由其电密和磁密的设定值控制,不仅消去了传统设计中的经验参数,而且使这些电密和磁密的设定与变频调速系统中电机的运行性能建立密切关系。

文献［5］以此为基础进行了基于自适应模型的电磁优化设计。在该自适应模型中,定子内外径之比λ是不确定的,这个变量的选取对电机的性能会有很大的影响。该设计则将模糊控制应用到系统设计中,建立一变频调速异步电机模糊自适应模型,通过模糊自适应过程不断调整选取λ参数,以达到同时满足定、转子电磁负荷设定的目的。

变频调速异步电机模糊自适应设计流程见图1。

图1 变频调速异步电机模糊自适应设计流程图

2 变频电机电磁设计软件开发

本设计软件是在Windows平台上用VB 6.0开发的,适用于Windows 98以上的操作系统,视窗化设计,全汉化显示,界面友好,人机交互,提高了工作效率。

图2所示为该软件编写的结构框图。

图2 电磁设计软件结构框图

电磁设计程序采用VB语言编写。优化电磁计算方法以文献［5,8,9］为基础,并对其提出的电磁计算方法进行改良,将模糊控制应用至文献［5］提出的异步电机自适应设计模型中,得到了异步电机模糊自适应设计模型。

3 设计实例

现利用开发的变频调速异步电机电磁设计软件进行一7.5 kW变频调速异步电机的电磁设计。

3.1 数据输入主体窗口

其主要额定参数输入主体窗口见图3。

图3 额定参数输入界面

点击界面上的“计算”,软件中将自动优化,得出定子参数,转子参数,电路参数、电流及损耗等参数,然后进行整体优化,得出最佳设计方案。

3.2 计算结果

定子参数如图4所示,转子参数如图5所示,损耗及效率如图6所示。

图4 定子参数

图5 转子参数

设计结果：

(1) 定转子槽配合为36/23；

(2) 转子槽形选择上宽下窄的平底槽；

(3) 气隙比同容量普通电机气隙稍大,增大0.026 mm。

(4) 效率为92%,比设计要求的性能还要好。

依据以上参数设计的变频调速异步电机性能良好,满足设计要求。

图6 损耗及效率

4 结 语

变频调速异步电机应用日益广泛,其设计水平也越来越高。该文提出了变频调速异步电机的优化电磁设计方法，利用VB 6.0研制了变频调速异步电机的电磁设计软件。实例结果表明本文提出的电磁设计方法是有效、正确、先进的,开发出的电磁设计软件设计准确、方便实用。

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