交流变频调速技术

关键词： 船舶 变频 调速 控制

交流变频调速技术（精选十篇）

交流变频调速技术 篇1

随着高层建筑的日益增多, 电梯作为一种垂直运载工具倍受重视。作为电梯的核心动力部件———电机, 影响着电梯的安全性、舒适性等几乎所有的性能。电梯动力系统的构建, 是电梯系统构建中最为关键的一环, 而电机与调速系统的设计则更是电梯系统的关键中的关键。

1 电梯调速技术的发展及其特点

电动机是拖动电梯的动力来源, 因而对电梯进行调速控制就是控制电动机的转速。电动机调速分为直流电动机调速、交流电机调速, 交流电机调速中又分为变磁极对数调速、变电压调速 (ACVV) 、变频调速 (VVVF) 。

电梯一般采用变频器 (VVVF方式) 调速。这种调速方式只需改变定子的电源频率, 即可对电动机进行调速。当然, 变频器此时会为保证电动机最大转矩在调速时维持不变, 由变频器内部维持压频比为一个常数。变频器通常分交直交、交交两种。由于只允许交交变频器输出的频率在比输入频率低很多的范围内变化, 所以这种变频方式在电梯中基本不会采用。而交-直-交型的变频器, 可根据由滤波的电感量及电容量决定的直流环节电流、电压的特点, 分为电流型和电压型两种变频器。

电梯通常采用电压源型的变频器。VVVF电梯的调速系统实际上是利用交流异步电动机来驱动的。三相交流电源的供电通过整流器 (由二极管模块组成) 作全波整流, 并由电路滤波得到近似于直流式电源的电压值, 再经逆变器 (由大功率的三极管模块构成) 逆变为可变频率、可变电压的三相交流电为牵引电动机提供电源同时为使输出的交流电压近似于正弦波, 通过PWM控制输出, 高次谐波也可以减少, 从而降低噪声, 电动机的发热损失也相应降低, 并能保证电梯平稳运行。VVVF系统的原理如图1所示。

与过去的一些电梯拖动自控系统相比, VVVF调速方式不需要测速发电机和速度反馈闭环环节, 利用的“转差补偿”完全可以使负载变化引起的转速变化得到有效的补偿, 系统大大简化。电梯运行的3段曲线可以通过键盘进行设置。速度的变化在4个象限均能实现平滑过渡, 因而舒适感好, 定位制动精度高。

2 交流变频调速电机的基本设计方法

2.1 电机的容量

2.1.1 电机的容量

应依据负载对最低、最高转速和起动、连续及过载的转矩的需求, 选择与变频器相匹配的电机容量。

2.1.2 变频器的容量

额定输出电流决定了变频器容量的选择, 无论在什么情况下, 系统负载的电流值均不可高于此额定值, 否则会出现逆变失败。对于连续运转的单台电机, 额定输出电流应高于电机额定电流的1.1倍, 当多台电机使用同一台变频器时, 则变频器的额定输出电流应高于多台电机运行电流或额定电流的总和在并联运行的多台电机系统中若部分电机处于运行状态, 此时变频器的频率、电压已达到运行值, 而另外有电机中途启动, 此时将会由中途启动的电机产生巨大的起动电流, 因此, 变频器的容量比同时起动要相应地大一些。

2.2 设计原理

当电源的频率f改变时, n=60f/p (即同步转速) 与频率成正比改变, 电动机转速也将随之变化。故要平稳地调节电动机转速可以通过改变电源频率来实现。

若将定子阻抗压降忽略, 则定子端电压U与E1相等。U1保持不变时, 若频率f升高, 将会减少气隙磁通, 导致电动机的电磁转矩TN降低, 而且会降低电机最大转矩。相反, 若频率f降低, φm增加, 致使磁路饱和、励磁电流升高, 铁损耗增大。因此, 应根据被拖动设备的具体要求选择合适的调速方式, 以达到变频调速的目的。

对于恒转矩的变频调速而言, 如果维持输出转矩不变, 则磁通φm也应不变, 故U1/f=Cφm是一常数, 这种调节方式下, 施加在电动机上的电压要与频率成正比关系。对恒功率而言, 如果保持输出功率一定, 则电压保持不变, 则PN=CTNf=CE1是一个常数, 在这种调节方式下, 频率增加, 气隙磁通则降低, 电机转矩也会降低。由于电梯负载类型为恒转矩, 因此, 调速时需要保证一定的压频比。

3 交流变频调速技术的应用

图2是SPWM实现电梯调速的原理图。其结构主要由SPWM变频器、电流检测器、基极驱动电路、数字控制器、PWM变换器组成, 如图2所示。

3.1 基极驱动电路、PWM变换器

基极驱动电路用来放大控制信号, 该信号是由PWM变换器发出, 放大后的信号来驱动GTR。

3.2 电流检测器

电流检测器的主要作用是检测电流, 并将电动机电流转换为直流电压信号 (2V或4V) , 再传输至PWM中, 实现调节PWM调制电路信号幅值的目的。

3.3 SPWM变频器

SPWM变频器的构成包括逆变器和整流器。

3.3.1 逆变器

图3所示为1个逆变器的电路原理图。有6个晶体管模块且功率大, 每个模块有1个续流二极管及通常是达林顿管的1个GTR。导通顺序是依据基极驱动电路传输至此的驱动信号。1、3、5管的导通顺序滞后120°, 相对1、3、5管, 2、4、6管导通顺序滞后180°。要实现变压变频, 只需对驱动电路传输的信号频率进行改变。

3.3.2 整流器

不可控整流电路是由整流器中3块均有2只二极管的二极管模块所构成的。并联较大电容于逆变器与整流器之间, 可避免整流时由于较大冲击电流的产生而导致的模块损坏, 并对电容在整流器启动前预先充电。

3.4 数字控制器

数字控制器也就是微处理器, 对速度反馈与速度给定信号进行比较, 经速度运算器将比较后的信号进行运算, 生成转矩指令, 传输至电流指令的运算器。转矩指令信号和速度反馈信号在电流指令运算器中比较运算后生成电流指令, 经变换 (如D/A转换或其他变换) 后形成调频指令, 传送给PWM变频器。

4 结语

先进的SPWM及SVPWM的使用, 明显改善了VVVF电梯运行时的性能和质量, 电梯运行舒适、控制精度高、快捷、调频范围广、安静、动态性能好。VVVF电梯的电动机是交流异步式, 与同容量下的直流式电动机相比, 具有安全、价格低、体积小、可靠性高、维护方便、结构简单等优点。

先进微处理器技术的融入使电梯具有高精度、数字化、大容量、智能化、高性能、微型化的特点, 电梯采用这种控制后更加节能、舒适、高效。先进的SPWM及SVPWM的使用, 明显改善了VVVF电梯电动机的电源品质, 谐波得到有效地减少效率以及功率因数得到提高节约了能源

参考文献

[1]刘险峰, 李炳章.交流变压变频调速电梯的技术特点分析[J].长春工程学院学报 (自然科学版) , 2002, 3 (2) :18-21.

[2]赵海峰.变频变压调速技术在电梯中的应用[J].新技术新工艺, 1997, (4) :9-10.

交流变频调速技术在天车的改造 篇2

1、交流电动机传统调速控制技术介绍

随着我国工业生产的快速发展，对起重机调速性能要求在不断提高，由于起重机使用的电动机都是三相异步绕线式电动机，调速的方法比较单一，对起重机使用的绕线式电动机传统的调速方法有以下几种：

定子调压调速——控制加于电动机定子绕组的电压：

当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值较大的绕线式电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。在电子的调压调速技术诞生之前，这两种方法是在定子调压中主要使用的方法。

绕线式异步电动机转子串入附加电阻调速：

绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。这种方法是使用最为广泛的一种调速方法，目前还有很多起重机在使用这种方法。

绕线转子异步电动机转子串电阻调速，缺点是绕线转子异步电动机有集电环和电刷，要求定期维护，由集电环和电刷引起的故障较为常见，再加上大量继电器、接触器的使用，致使现场维护量较大，调速系统的故障率较高，而且调速系统的综合技术指标较差，对机械的冲击很大，已不能满足工业生产的特殊要求，特别是象我厂这样的冶金企业。

2、交流变频调速技术的发展及优势

随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断的提高，交流变频驱动技术也得到了飞速的发展，应用越来越广泛，作为交流调速系统中重要部分的变频器技术也取得了显著的发展，并逐渐进入了实用阶段。目前，变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎扩展到了工业生产的所有领域，并且在许多的家电产品中也得到了广泛的应用，例如像变频空调、变频微波炉、变频电冰箱等。

通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。而变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通

过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

利用变频器控制对交流电动机进行控制相对传统控制有许多的优点：如节能；容易实现对现有电动机的调速控制；可以实现大范围内的高效连续调速控制；容易实现电动机的正反转切换；可以高频度的起停运转；可以进行电气制动；可以对电动机进行高速驱动；可以适应比较恶劣的工作环境；用一台变频器对多台电动机进行调速控制；变频器的电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等。

在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器的输出频率使电动机工作在转差率较小的范围内，使电动机获得较宽的调速范围，并可达到提高运行效率的目的。

变频器驱动系统是通过改变变频器的输出频率来达到调速目的的，当变频器把输出频率将至电动机的实际工作频率以下时，负载的机械能将被转换成电能，并回馈到变频器，而变频器则可以利用自己的制动回路将这部分能量以热能消耗或回馈给电网，并形成电气制动。与传统的机械制动相比，电气制动可靠性好、维护简单、对机械系统有较好的保护。但是应该注意到一点，由于在静止状态下，电气制动并不能使电动机产生保持转矩，所以在某些场合还必须与机械制动器配合同时使用。

在使用电网电源对异步电动机进行起动是，电动机的起动电流会很大，通常为额定电流的3～5倍，而采用变频器对异步电动机进行起动时，由于可以将输出频率将至一个很低的值起动，电动机的起动电流很小，对电机会起到较好的保护。

可以看出随着交流变频调速技术在工业界的广泛应用，为交流异步电动机驱动的桥式起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其外围控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是桥式起重机交流调速技术发展的主流。

（二）起重机的简介 1、80/20T起重机的结构与特点

80/20T桥式起重机是炼钢厂经常使用的一种适用于液体金属的起重机，起升高度可达24m，主起升最大起吊重量为80T，副起升的最大起吊重量为20T。该车采用“四主梁结构”，一般由起升机构、小车走行机构、大车走行机构组成。小车部分分为主小车

部分和副小车部分。主小车部分包括：主起升运行系统和主小车运行系统；副小车部分包括：副起升运行系统和副小车运行系统。起重机大车运行机构的驱动方式采用四机构驱动，即大车两侧各有两台电动机和减速机，分布在大车的四个角，每个主动车轮各用一台电动机驱动，使用变频器控制时就要采用一拖二的控制方式，整车共需两台变频器，桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式。本车的电动运行机构由五个基本独立的拖动系统组成。①大车拖动系统：拖动整台起重机顺着车间做“横向”运动（以操作者的坐向为准）。②主小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。③副小车拖动系统：拖动吊钩及重物顺着桥架做“纵向”运动。④主吊钩拖动系统：拖动重物作吊起或放下的上下运动。重物在空中具有位能，是位能负载。其特点是：重物上升，电机克服各种阻力（包括重物重力，磨擦阻力等）做功，属于阻力负载；重物下降时，当重物重力大于阻力时，电机是能量的接受者，此时负载属于动力负载，但当重物重力小于阻力时，重物下降还要靠电机的拖动，此时负载仍是阻力负载。⑤副吊钩拖动系统：同主起升部分是一样的，只是吊运的重量不同。

相对于提升机构控制，桥式起重机在大车拖动以及小车拖动方面对于变频器的控制要求比较低，所以本文重点介绍安川系列变频器在提升（主起升系统）机构控制上的应用并且对平移（大车系统）机构的设计进行了介绍。提升机构的运转具有大惯性，四象限运行的特点，与其他传动机械相比，对变频器有着更为苛刻的安全和性能上的要求。2、80/20T运行特征

(1)桥式起重机应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩；

(2)由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序；

(3)当起升机构向下运行或平移机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向直流电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨如何处理这部分再生能量；

(4)起升机构在抓吊重物离开或接触地面瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进行平滑控制。

（三）起升机构组成

1、起升机构电动机

电动机型号：YTSP 355M-10 110KW 转速:600r/min；定子电流：215A

调速频率范围：0～50HZ 为了满足80T变频调速桥式起重机的安全稳定的运行，选择电动机应满足的要求:具有高启动转矩、低速满转矩、高绝缘等级、宽调速范围、高效率和高可靠性等。起升、大车和小车运行机构的驱动电动机均选用变频调速三相异步电动机，经过载荷换算和机械效率计算各运行机构驱动电动机的数据如下: 电机容量的选择 P≧GV/6120η

该起重机的起升速度是每分钟10米，机械效率是0.7 电机容量＝（8000KG×10m）/（6120×0.7）

＝186KW 考虑到电机的自身损耗和其他损耗，以及对变频器选择方面的考虑，我们选取两台功率为110KW的电动机作为主起升机构的驱动电机。

2、起升机构变频器

为了能满足行车式起重机运行特点，即具有高启动转矩、低速满转矩、快速的转矩上升时间和抱闸顺序控制等功能的高性能工程型变频器，变频调速系统由主令控制器或电位器作为输入给定，通过变频调频电控设备、限位开关、制动器等配合使用，来控制起重机的起升机构等交流变频异步电动机起、制动、可逆运转与调速。我们选用的是安川CIMR-G7电流矢量控制变频器。下面就变频器容量的选择做以下介绍：

变频器的容量必须大于负载所需求的输出，即: P0=K×PM/η×cosφ

式中:K—过载系数1.33；

PM—负载要求的电动机轴输出功率，kW； η—电动机效率 0.85； cosφ—电动机的功率因数 0.9。

起升机构要求的起动转矩为1.3～1.6倍的额定转矩，考虑到需有125%的超载要求，其最大转矩需有1.6～2倍的额定转矩，以确保其安全使用。对于拖动等额功率电动机的变频器来说，可提供长达60s、150%额定转矩的过载能力，因此过载系数k=2/1.5=1.33。

经过计算，我们得出每台变频器的容量为175KW，故，选择的变频器为安川CIMR-G7 180KW变频器，共用两台。

在变频器容量选定后，还应做电流验证，即:

ICN≥kIM

式中:k—电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05～1.1)；

ICN—变频器额定输出电流，A； IM—工频电源时的电动机额定电流，A；

80T变频调速行车式起重机是双驱动的起升机构，起升机构由两台电动机驱动一台减速机，带动两个钢丝绳卷筒进行转动，再经过动滑轮组多级减速提升吊钩。该车的减速机为行星式差速减速机，在一台电机出现故障时，可以单独使用另一台电机进行正常的吊运工作。图2为安川变频器外部接线图；图3为起升机构变频器控制回路运行原理图；图4为主回路运行原理图。

图2 安川变频器外部接线图

图3

起升机构控制回路运行原理图

图4

起升机构主回路运行原理图

3、工作原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均

可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成，图5和图6所示为典型的变频器主回路和控制回路原理图。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

图5 变频器主回路原理图

图6 变频器控制回路原理图

变频器选择从控制回路端子输入运转频率指令，运转指令由主令控制器提供。通过主令控制器的触点闭合顺序，将控制信号输入到变频器的多段速端子1、2、5、6、7、8，其中1、2端子是正反向控制信号，5、6、7、8端子是调速信号，为了和主令控制器闭合表相对应，选择使用：频率指令

1、频率指令

2、频率指令

4、频率指令8 和点动频率。

之后，要进行参数设置，对起升机构的参数设置，和平移机构是有很大不同的，主要涉及到重物在吊运过程中的零速度力矩的问题。所以，在进行一些必要参数设置的同时，对电动机零速度和低速度下，重力负载曲线的设置是必不可少的。起升机构变频器参数的设置主要有以下几方面：驱动方式设置、制动停车方式设置、多段速运行频率设定、电动机的电压和频率选择的设定、重力负载曲线的设置、电动机保护的设置、低速

度高转矩的频率设置等。

在对参数设置完成后，由控制器给入输入信号后，变频器便根据设定好的频率和参数进行工作，起升机构采用一拖一的开环V/f控制方式控制方式，可以满足生产实践的需要。

在图纸可以看到这样一个继电器，它称为：固态继电器。加装它的原因是因为变频器的多功能输出点（M1、M2）功率不够大，直接驱动抱闸接触器（ZDC）容易造成输出点的损坏。通过它来控制制动器接触器，延长了变频器内部接点的使用寿命。

在变频器电源输入端子（R、S、T）和电源之间，配有断路器Q1和AC电抗器。其中断路器Q1的容量为变频器额定电流的1.8倍，感应电流在30mA以上,可以检出对人体有危险的高频漏电流，防止事故的发生；而其AC电抗器和变频器内的电抗器以及输出侧的滤波器可有效改善电源侧的功率因数，降低对外界的干扰。另外，在制动器接触器侧为了安全考虑，也安装了断路器Q2，来给制动器接触器供电。

4、起升机构一些主要参数的设置

A参数：A1-02 速度控制模式

B参数：B1-01 选择频率指令；B1-02 选择运行指令；B1-03 选择停车方式； C参数：C1-01 加速时间设定；C1-02 减速时间设定 D参数：D1-01~~D1-17 频率指令设定

E参数：E1-01 设定输入电压；E1-03 设定V/F曲线 H参数：H1-01~~H1-10 多功能接点输入设定 H2-01~~H2-05 多功能接点输出设定 H3-01~~H3-12 模拟量输入设定 H4-01~~H4-08 模拟量输出设定

L参数：L2-02 瞬时停电补偿时间；L2-03 最小基极封锁时间；

L4-01 频率检出值；L4-02 频率检出幅；L4-03 频率检出幅度（+/-）

5、制动电阻

当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个回馈二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高。若不采取必要的措施，当中间直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。

在高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理有以下两种方案: 8

(1)在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动；

(2)采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电网，这种方式称为回馈制动。动力制动方式控制简单、成本低，但节能效果不如回馈制动。回馈制动方式虽然节能效果好，能连续长时制动，但控制复杂、成本较高。应该注意的是，只有在不易发生故障的稳定电网电压下(电网压降不大于10%)，才可以采用回馈制动方式。在再生发电制动运行时，电网电压的故障时间大于2ms，则变频器控制板用“低电压”故障切断并断开网侧接触器，退出回馈制动运行，从而造成制动不能连续进行的故障。这样就需要进行电气制动，也就是配置制动单元和制动电阻，制动单元的容量是根据变频器的容量进行选择的，而制动电阻的阻值就需要进行计算了。

制动电阻容量的计算：

（1）制动电阻的容量＝电机的容量（2）制动电阻的阻值计算： RB≦U2/PM

式中：RB－制动电阻阻值（Ω）

U－变频器直流回路电压（V），选取700V

PM－电机容量（KW）

带入各种数据，制动电阻阻值＝700x700/110000＝4.45Ω。

（四）平移机构的简介

1、平移机构的简介

80/20T变频调速行车式起重机的平移机构分大车机构、主小车平移机构及副小车平移机构，除了大车机构采用一拖二的传动方案外，其他两种机构均采用一拖一的传动方案。由于起重机平移机构的转动惯量较大，为了加速电动机需有较大的起动转矩，因此行车式起重机平移机构所需的电动机轴输出功率Pm应由负载功率Pj和加速功率Pa组成，即: Pm≥Pj+Pa

由于大车平移机构采用一台变频器拖动两台电动机的通用V/F开环频率控制方式，因此在变频器容量选择时，还要满足以下公式: Icn≥knIm

式中:k—电流波形修正系数(PWM调制方式时取1.05~1.1)

Icn—变频器额定输出电流，A

Im—工频电源时单台电动机的额定电流，A

n—一一台变频器拖动的电动机数量

按照上述选型、计算公式进行换算，大车变频器选定为 安川CIMR-G7 55KW，由于大车走行机构是四台电动机，所以大车变频器为两台；一台主小车变频器选定为安川CIMR-G7 22KW；一台副小车变频器选定为安川CIMR-G7 15KW。

平移机构的工作原理同起升机构的原理基本相同，只是部分参数的设置与主起升变频器的设置不相同，主要是重力负载曲线的设置、电动机保护的设置、低速度高转矩的频率设置等。由于起升机构和平移机构在运行过程中的负载情况不同，所以起升机构的参数更为复杂一些，因此，在设置平移机构参数时，这些参数的设置没有起升机构那么严格的要求。

首先，重力负载的曲线设置，可以选择任意的曲线，基本上就可以满足使用的要求；其次，电动机保护的设置，保护值的调整只需要将一些必要的保护设置好就可以，不像起升机构设置的全面；第三，由于平移机构的工作时的转矩不需要像起升机构运行时那么大的转矩，因此，这部分的参数设置基本上可以忽略不计。

2、平移机构一些主要参数的设置

A参数：A1-02 速度控制模式

B参数：B1-01 选择频率指令；B1-02 选择运行指令；B1-03 选择停车方式； C参数：C1-01 加速时间设定；C1-02 减速时间设定 D参数：D1-01~~D1-17 频率指令设定

E参数：E1-01 设定输入电压；E1-03 设定V/F曲线 H参数：H1-01~~H1-10 多功能接点输入设定 H2-01~~H2-05 多功能接点输出设定 H3-01~~H3-12 模拟量输入设定 H4-01~~H4-08 模拟量输出设定

图5平移机构变频器运行原理图。

（五）变频器的安装调试

1、变频器的安装

(1)安装使用环境

变频器应避开油腻，风棉，尘埃等有浮游物的环境，安装在干燥清洁的场所，或安装在浮游物无法侵入的全封闭型柜内。安装在柜内时，变频器周围环境温度要在允许温度范围之内，变频器正常使用的环境温度容许值为0～40℃，但80/20T变频调速起重机主要用于吊装液体金属（钢水或者铁水），环境温度比较高，尤其是在夏季，环境温度能够达到50~60度，对于变频器来说不能满足变频器使用环境温度的要求。由于不能把变频器的环境温度限制在其允许值以下，因此只能在环境温度上进行解决，通常采用下述方法来保证它们的正常运行：第一，降低电控柜内的温升，在其顶部安装冷却风扇，下方设有带金属丝网的进气孔，并让大发热量器件尽量靠近冷空气进风口，提高散热效率，使空气对流畅通；第二，将设备安装在电气室内，并在电气室内加装空调器，进行温度调节，以保证变频器在适合的环境温度下工作。

(2)电磁兼容性

现在市场上出售的变频器大多采用不可控整流电源及PWM脉宽调制技术，致使变频器输出电流富含各种高次谐波，属于强电磁干扰源。因此，消除或减弱干扰的方法针对干扰形成的三项因素，即干扰源、干扰途径和敏感电路，我们采取了以下两方面的措施。

一、是消除或降低干扰源的强度。变频器属于强电磁干扰源，为了减少谐波污染造成的干扰，尽量降低变频器的载波频率。本例中，所有变频器的载波频率设为2kHz。

二、是破坏干扰途径，防止干扰侵入敏感电路。长线传输引入的干扰是主要因素。为了在强电磁干扰环境中减小过程通道中的干扰，80/20T变频调速行车式起重机采用了以下技术措施。变频器的输入信号线与动力线在电控柜内和主梁内分开走线，且沿各自的线槽进行配线，并使二者之间保持尽可能大的距离。

2、变频器的接线及注意事项

（1）.主回路接线要求

变频调速起重机起升机构变频器采用直接转矩控制（DTC）方式，它们要使用电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检程序来完成的，如果按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然把长距离线路阻抗加入到参数自检测出的电机数据中，引起变频器的控制精度下降，达不到控制要求。变频器与电动机之间的电缆敷设距离过长会引起线路压降大，有时产生电机转矩不足等问题，特别是变频器输出频率较低时其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为允许值，布线时电机电缆的截面积可据此来选择。

由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，变频器输出电缆中的漏电流也越大，从而造成变频器的出力不够，所以在主回路布线过程中要力求减小变频器到电动机的电缆长度。

（2）.控制回路接线要求

变频器的控制信号为微弱的电压，电流信号，所以与主回路不同，变频器的输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的布线不能与主回路配线在同一根铁管或同一配线槽内，信号线与动力线必须分开走线，使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其他设备的干扰，必须将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线，距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规定，该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。

信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部，连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰，同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此，放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。

模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.75mm～2mm。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（约5～7mm），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其他设备接触引入干扰。为了提高接线的简易性和可靠性，最好在信号线上使用压线棒端子。

3、运行前的测试

1、静态测试（1）测试整流电路

找到变频器内部直流电源的P端和N端，将万用表调到电阻X10档，红表棒接到P，黑 表棒分别依到R、S、T，应该有大约几十欧的阻值，且基本平衡。相反将黑表棒接到P端，红表棒依次接到R、S、T，有一个接近于无穷大的阻值。将红表棒接到N端，重复以上步骤，都应得到相同结果。如果有以下结果，可以判定电路已出现异常，A.阻值三相不平衡，可以说明整流桥故障。B.红表棒接P端时，电阻无穷大，可以断定整流桥故障或起动电阻出现故障。

（2）、测试逆变电路

将红表棒接到P端,黑表棒分别接U、V、W上，应该有几十欧的阻值，且各相阻值基本相同，反相应该为无穷大。将黑表棒接到N端，重复以上步骤应得到相同结果，否则可确定逆变模块故障。

2、动态测试

在静态测试结果正常以后，才可进行动态测试，即上电试机。在上电前后必须注意以下几点:（1）上电之前，须确认输入电压是否有误，将380V电源接入220V级变频器之中会出现炸机（炸电容、压敏电阻、模块等）。

（2）检查变频器各接播口是否已正确连接,连接是否有松动,连接异常有时可能导致变频器出现故障,严重时会出现炸机等情况。

（3）上电后检测故障显示内容,并初步断定故障及原因。

（4）如未显示故障,首先检查参数是否有异常,并将参数复归后,进行空载(不接电机)情况下启动变频器,并测试U、V、W三相输出电压值。如出现缺相、三相不平衡等情况，则模块或驱动板等有故障。

（5）在输出电压正常（无缺相、三相平衡）的情况下，带载测试。测试时，最好是满负载测试。

(1)变频器主回路

80/20T变频调速起重机起升机构的变频器采用直接转矩控制(DTC)方式，它们要使用电动机的一些电机常数，而数据的获得是由变频器的参数自检测程序（变频器的自学习功能）来完成的。如果按常规的导线发热校验选择电机的配线，必然把长距离线路阻抗加入到了参数自检测出的电机数据中，引起变频器的控制精度下降，达不到控制要求。另外，变频器与电动机之间的电缆敷设距离长，则线路压降大，有时产生电机转矩

不足。特别是变频器输出频率较低时，其输出电压也低，线路压降所占的比例增大。变频器与电机间的线路压降以不超过额定电压的2%为容许值，电机电缆的截面可据此来选择。

由于在变频器的输出布线中存在寄生电容，其容量与电机电缆的长度成正比，电机电缆的寄生电容容量越大，采用PWM控制方式的变频器输出电缆中的漏电流也越大，从而造成变频器的出力不够。所以在行车式起重机的布线设计中，应力求减小变频器到电动机的电缆的长度总和。

(2)控制回路

变频器的控制信号为微弱的电压、电流信号，所以与主回路不同，变频器的输出回路是强电磁干扰源，因此，变频器控制回路的配线不能与变频器主回路配线在同一根铁管或同一配线槽内敷设。为了进一步提高抗干扰效果，本例采用1.0mm2绝缘屏蔽导线传输变频器与主令控制器之间的控制信号。绝缘屏蔽导线的接地在变频器侧进行单点接地，使用专用的接地端子。

4、调试

（1）、变频器带电机空载调试

1）设置电机的功率、极数，要综合考虑变频器的工作电流。

2）设定变频器的最大输出频率、基频、设置转矩特性。最高频率是变频器/电动机系统可以运行的最高频率，由于变频器自身的最高频率可能较高，当电动机容许的最高频率低于变频器的最高频率时，应按电动机及其负载的要求进行设定。基本频率是变频器对电动机进行恒功率控制和恒转矩控制的分界线，应按电动机的额定电压进行设定。转矩类型指的负载是恒转矩负载还是变转矩负载。用户根据变频器使用说明书中的V/F 类型图和负载特点，选择其中的一种类型。通用变频器均备有多条V/F 曲线供用户选择，用户在使用时应根据负载的性质选择合适的V/F 曲线。如果是风机和泵类负载，要将变频器的转矩运行代码设置成变转矩和降转矩运行特性。为了改善变频器启动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负载启动的要求，要调整启动转矩。在异步电机变频调速系统中，转矩的控制较复杂，在低频段，由于电阻、漏电抗的影响不容忽略，若仍保持VPF为常数，则磁通将减小，进而减小了电机的输出转矩。为此，在低频段要对电压进行适当补偿以提升转矩，一般变频器均由用户进行人工设定补偿。

3）将变频器设置为自带的键盘操作模式，按运行键、停止键，观察电机是否能正常地启动、停止。

4）熟悉变频器运行发生故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，需要时可以修改。变频器的使用人员可以按变频器的使用说明书，对

变频器的电子热继电器功能进行设定，电子热继电器的门限值定义为电动机和变频器两者的额定电流的比值，通常用百分数表示。当变频器的输出电流超过其容许电流时，变频器的过电流保护将切断变频器的输出。因此，变频器电子热继电器的门限最大值不超过变频器的最大容许输出电流。

（2）变频器带负载调试

1）手动操作变频器面板的运行停止键，观察电机运行停止过程及变频器的显示窗，看是否有异常现象。

2）如果启动、停止电机过程中变频器出现过流保护动作，应重新设定加速、减速时间。电机在加、减速时的加速度取决于加速转矩，而变频器在启、制动过程中的频率变化率是用户设定的。若电机转动惯量或电机负载变化，按预先设定的频率变化率升速或减速时，有可能出现加速转矩不够，从而造成电机失速，即电机转速与变频器输出频率不协调，从而造成过电流或过电压。因此，需要根据电机转动惯量和负载合理设定加、减速时间，使变频器的频率变化率能与电机转速变化率相协调。检查此项设定是否合理的方法是先按经验选定加、减速时间进行设定，若在启动过程中出现过流，则可适当延长加速时间;若在制动过程中出现过流，则适当延长减速时间。另一方面，加、减速时间不宜设定太长，时间太长将影响生产效率，特别是频繁启动、制动时。

3）如果变频器在限定的时间内仍然是过流保护，应改变启动、停止的运行曲线，从直线改为S形、U形线或反S形、反U形线。电机负载惯性较大时，应该采用更长的启动停止时间，并且根据其负载特性设置运行曲线类型。

4）如果变频器仍然存在运行故障，应尝试增加最大电流的保护值，但是不能取消保护，应留有至少10%～20%的保护余量。

5）如果变频器运行故障还是发生，应更换更大一级功率的变频器。

（六）常见故障分析

1、变频器整流模块损坏

变频器整流模块的损坏是变频器的常见故障之一，早期生产的变频器整流模块均采用二极管，目前，大部分整流模块则采用晶闸管。中大功率普通变频器整流模块一般为三相全波整流，整流器件易过热，也易被击穿，当其损坏后伴随着快速熔断器熔断，整机停机。在更换整流模块时，要求其在与散热片接触的面上均匀地涂上一层传热性能良好的硅脂，再紧固安装螺丝。如果没有同型号整流模块时，可用同容量的其他类型的整流模块代替。

2、变频器充电电路故障

通用变频器一般为电压型变频器，采用交—直—交工作方式，由于直流侧的平波电容容量较大，在变频器接入电源的一瞬间充电电流很大，可能导致电源开关跳闸，为此在充电回路中设置一个起动电阻来限制充电电流，而在充电完成后，控制电路通过接触器的触点或晶闸管将电阻短路，充电电路故障一般表现为起动电阻被烧坏，变频器报警显示为直流母线电压故障。当变频器的交流输入电源频繁通断时，或者短路接触器的触点接触不良或晶闸管的导通阻值变大时，都会导致起动电阻被烧坏，如遇这种情况，可购买同规格的电阻更换。同时必须找出烧坏电阻的原因，如果故障是由输入电源频繁通断引起的，必须消除这种现象，如果故障是由短路接触器触点或短路晶闸管引起，则必须更换这些元器件，才能再将变频器投入使用。

3、变频器显示过流

过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其原因是变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等因素引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载，变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已损坏，需要更换变频器。

系统在工作过程中出现过电流，具体有以下几方面：

（1）电动机遇到冲击负载或传动机构出现“卡住”现象时，引起电动机电流的突然增加。

（2）变频器的输出侧短路，如输出端到电动机之间的连接线发生相互短路，或电动机内部发生短路等。

（3）变频器自身工作不正常，如逆变桥中同一个桥臂的上、下两个器件发生“直通”，使直流电压的正、负极间处于短路状态。

（4）负载的惯性较大，而升速时间设定得太短时，电动机转子的转速因负载惯性较大而跟不上去，结果使升速电流太大。

（5）负载的惯性较大，而降速时间设定得太短时，电动机转子因负载的惯性大，仍维持较高的转速，结果使转子绕组切割磁力线的速度太大而产生过电流。

针对上述故障现象主要检查以下几个方面：（1）工作机械有没有被卡住。（2）用兆欧表检查负载侧短路点。（3）变频器功率模块有没有损坏。

（4）电动机的起动转矩是否过小，使拖动系统转不起来。（5）升速时间设定是否太短。

（6）减速时间设定是否太短。

（7）转矩补偿（V/F比）设定是否太大，引起低频时空载电流过大。

（8）电子热继电器整定是否不当，动作电流设定得太小，引起变频器误动作。

4、变频器过压欠压保护动作

变频器出现过压欠压保护动作，大多是由电网电压的波动引起的。在变频器供电回路中，若存在大负荷电机的直接启动或停车，会引起电网电压瞬间大范围波动，导致变频器过压欠压保护动作，而不能正常工作。这种情况一般不会持续太久，电网电压波动过后即可正常运行，而这种情况只有增大供电变压器容量，改善电网质量才能避免。

另外，变频器出现过压故障还可能是由于变频器驱动大惯性负载，因为在这种情况下，变频器的减速停止属于再生制动，在停止过程中，变频器的输出频率按线性下降，而负载电机的频率高于变频器的输出频率，负载电机处于发电状态，机械能转化为电能，并被变频器直流侧的平波电容吸收，当这种能量足够大时，变频器直流侧的电压就会超过直流母线的过电压保护整定值而跳闸。对于这种故障，一是将减速时间参数设置长一些，或增大制动电阻，或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。

另一种情况是变频器整流部分损坏或检测电路损坏而引起故障报警，电压检测一般都是通过对直流母线电压采样，然后与过电压保护整定值进行比较，再将比较差值传送到微控制器。如果整流桥、滤波电容、采样电路或比较电路中任一器件出现问题，都会出现这种报警。

5、驱动电路故障

变频器的逆变驱动电路也容易发生故障。一般有明显的损害痕迹，诸如元器件（电容、电阻、二极管及印刷版）爆裂、变色、断线等异常现象，但不会出现驱动电路全部损害的情况。处理方法一般是按照原理图，每组驱动电路逐级寻找故障点。处理时首先对整块电路板清灰除污，如发现电路断线，则进行补线处理，查出损坏的元器件进行更换，根据经验分析，对怀疑的元器件，进行测量、对比、替代等方法判断，有的元器件需要离线测定。驱动电路修复后，应用示波器观察各组驱动电路信号的输出波形，如果三相脉冲大小、相位不相等，则驱动电路仍然有异常（更换的元器件参数不匹配，也会引起这类现象），应重复检查处理。大功率晶体管驱动电路的损坏也是导致过流保护动作的原因之一，驱动电路损坏表现出来最常见的现象是缺相，三相输出电压不相等，三相电流不平衡等特征。

6、电机发热变频器显示过载

过载故障包括变频过载和电机过载，其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等，负载

过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。

对于已经投入运行的变频器如果出现这种故障，就必须检查负载的状况。对于新安装的变频器如果出现这种故障，很有可能是V/F曲线设置不当或电机参数设置有问题。如一台新装变频器，驱动的变频电机，额定参数为220V/50Hz，而变频器出厂时设置参数为380 V/50 HZ。由于安装人员没有正确设定变频器的V/F参数，导致电机运行一段时间后转子出现磁饱和，致使电机转速降低，过载而发热。所以，在新变频器使用之前，必须设置好相应参数。另外，使用变频器的无速度传感器矢量控制方式时，若没有正确设置负载电机的额定电压、电流、容量等参数，也会导致电机过载发热。还有一种情形是设置的变频器载波频率过高时，也会导致电机发生过载发热。最后一种情况是变频器经常处于低频段工作，使电机长时间在低频段工作，电机散热效果又不好，致使电机工作一段时间后过载发热，对于这种情况，需加装散热装置。

（七）日常维护

1、变频器的日常维护及注意事项

变频器在运行过程中经常会出现一些故障，而这些故障并不是变频器本身的原因造成的，多是由于设备操作管理人员维护不当或维护不及时引起的，有些变频器长期缺乏正常日常维护，造成变频器内灰尘多、元器件老化加速，故障频发。

因此设备维护人员必须熟悉变频器的基本工作原理、功能特点，具有电工操作基本知识。在对变频器检查及保养之前，必须在设备总电源全部切断；并且等变频器Chang灯完全熄灭的情况下进行。日常的维护有以下几个方面：

1）、日常检查事项

变频器上电之前应先检测周围环境的温度及湿度，温度过高会导致变频器过热报警，严重时会直接导致变频器功率器件损坏、电路短路；空气过于潮湿会导致变频器内部直接短路。在变频器运行时要注意其冷却系统是否正产，如：风道排风是否流畅，风机是否有异常声音。一般防护等级比较高的变频器如：IP20以上的变频器可直接敞开安装，IP20以下的变频器一般应是柜式安装，所以变频柜散热效果如何将直接影响变频器的正常运行，变频器的排风系统如风扇旋转是否流畅，进风口是否有灰尘及阻塞物都是我们日常检查不可忽略的地方。电动机电抗器、变压器等是否过热，有异味；变频器及马达是否有异常响声；变频器面板电流显示是否偏大或电流变化幅度太大，输出UVW三相电压与电流是否平衡等。

a、加强变频器的规范化使用管理，建立变频器的日常保养维护制度

设立专人负责保养，具体内容有做好运行数据记录和故障记录，定期测量变频器及电机的运行数据，包括变频器输出频率，输出电流，输出电压，变频器内部直流电压，散热器温度，工作环境温度、湿度等参数，与合理数据对照比较，以利于提早发现故障隐患；变频器如发生故障跳闸，务必记录故障代码和跳闸时变频器的运行工况，以便于具体分析故障原因。

b、加强日常检查

最好每半月检查一次，检查、记录运行中的变频器输出三相电压，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录变频器的三相输出电流，并注意比较他们之间的平衡度；检查记录散热器温度，工作环境温度；察看变频器有无异常振动、声响，风扇是否运转正常。

c、加强变频器的日常保养

做到变频器每季度保养一次，要及时清除变频器内部的积灰、脏物，将变频器保持清洁，操作面板清洁光亮；在保养的同时要仔细检查变频器内有无发热变色部分，阻尼电阻有无开裂，电解电容有无膨胀、漏液、防爆孔突出等现象，PBC板有无异常，有没有发热烧黄部位等。

2）、定期保养

进行定期保养和维护时，主要应清扫空气过滤器冷却风道及内部灰尘。检查螺丝钉、螺栓以及即插件等是否松动，输入输出电抗器的对地及相间电阻是否有短路现象，正常应大于几十兆欧。导体及绝缘体是否有腐蚀现象，如有要及时用酒精擦拭干净。在条件允许的情况下，要用示波器测量开关电源输出各电路电压的平稳性，如：5V、12V、15V、24V等电压。测量驱动器电路各路波形的方法是否有畸变。U、V、W相间波形是否为正弦波。接触器的触点是否有打火痕迹，严重的要更换同型号或大于原容量的新品；确认控制电压的正确性，进行顺序保护动作试验；确认保护显示回路无异常；确认变频器在单独运行时输出电压的平衡度。

（八）结束语

结束语：

随着电力电子技术的不断发展完善，交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点，加之它的价格不断下降，使其成为起重机械一种优选的调速方案。但是，要使变频器成功地应用于起重机调速，就必须针对起重机的特点，计算和选择变频器及其外围的辅件，并在安装与布线时采取特殊技术措施，以保证变频调速起重机安全、可靠地运行。本文提出的变频调速控制方案和设计计算方法已成功应

用于我公司的接收跨、出坯跨的起重机上。经过几年多的实际运行证明，各项调速性能均优于传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统，再加上变频器完善的故障诊断和显示功能，使整个调速系统的可靠性、可维修性得到大幅度提高。

参考文献

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交流异步电动机的变频调速技术 篇3

关键词:异步电动机;变频调速;调速方式

中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0023-02

电动机是进行工业、农业生产的一种重要工具,它能够将电能转变成为机械能从而满足生产的需要,也因此被广泛的运用到社会生产的各个领域。一般来讲,电动机可以分为直流电机与交流电机,只是近年来随着技术的发展以及直流电机固有的缺点,人们对交流电机的运用更为广泛。但是交流电机相对直流电机来说在调速方面有着一些困难,所以变频调速技术也就应用而生。随着交流传动电动机调速理论研究逐步突破以及调速装置(主要为变频器)性能的完善,交流电动机调速系统的缺点(性能较差)已经基本得到了克服。目前,交流调速系统的性能已经可以与直流系统相媲美,甚至可以超过直流系统。不仅使交流调速系统控制装置体积小,效率高,而且还更容易实现各种功能复杂但在结构上简单的控制方案,更加充实和推动了变频器理论的进一步发展。

一、交流异步电动机的变频调速技术概述

(一)交流异步电动机特点概述。交流异步电动机是在现今社会经济条件下运用最为广泛的一种动力机械,其承载着工业生产以及农业生产等重要的任务。但是作为一种机械设备,由于其特定的结构以及性能也有着属于自身的使用特点,具体来讲如下:

1.交流异步电动机使用优点。在电动机中主要有直流电动机与交流电动机,而交流异步电动机作为交流电动机的一种,具有自己明显的运用优势。首先,它具有简单的结构,并且功能齐全,可靠性高;其次,在其内部,控制器可以自成系统,也就使得软件功能完善灵活;再次,其控制功能全面精确,使用寿命长;最后,它在工作的过程中拥有着较高的工作效率,并且机器本身的重量也轻,通用性强,具有较低的运行成本。

2.交流异步电动机使用缺陷。虽然说,通过上面的分析我们可以看出交流异步电动机有着很多的运行优势,但是不可避免的它还是有着自身的一些缺点。其中调速性能差是其主要的缺点。它不能够像直流电动机一样进行灵活简单的调速,而是由于其工艺要求,需要一定的电动机调速上场合。所以,很多时候人们也往往因为交流异步电动机这样的一个缺点,会选用直流电动机来进行作业,或者是运用新的技术,来让交流异步电动机的运行能够进行符合其工艺要求的调速。当然这时候,交流异步电动机变频调速技术也就应用而生。

(二)交流异步电动机变频调速技术概述。变频调速技术是一种有效的交流异步电动机的调速技术,其是随着变频装置的出现而慢慢的发展起来的。并且随着电力电子技术以及微电子技术的不断深入发展,其技术也得到了很大的几进步,几乎可以跟直流电机的调速技术相媲美。具体来讲,变频调速技术有着下面的一个特点。

1.变频调速技术使用优点。在交流异步电动机中,使用变频调速技术主要有下面的一些优势:首先,变频调速相对于普通调速具有平滑性好、效率高的优点,并且在电动机处于低速运动的时候,其稳定性也好;其次,在调速的过程中范围比较大,并且使用时候的精确度也相对来说比较高;再次,在变频调速中由于其在电机启动的过程中所需要的电流比较低,所以具有比较明显的节电效果;最后,整个变频调速技术自动化程度高。

2.变频调速技术使用缺陷。跟所有的调速技术一样,虽然变频调速技术有着很多的优点,但是不可避免的也会出现一些缺陷。首先,由于变频调速技术的电流中含有很多的高次谐波,一方面会对电网造成污染,另一方面还能够对电机造成损耗,使得电机发热;其次,变频调速技术需要专用的变频电源,所以在造价方面就比较高,而且投资的回收期也相对来说比较长,技术复杂。

二、交流异步电动机变频调速技术发展方向

在现今的社会中,随着技术的不断发展以及科技的进步,变频调速技术也得到了长足的发展。作为变频调速技术的承载者变频器应该适应技术发展的趋势,不断的进行自身的完善,从而让整个变频调速技术更加现代化,更加灵活化。下面是变频调速技术的发展方向:

(一)向网络智能化发展。智能化是现金社会发展的一个主流方向,不管是小到手机等通讯工具还是大到电动机等机械设备,都在向网络智能化的道路上行走。而变频技术也应该适应这样的一个发展,能够免去那么多的设定,从而实现故障自我诊断以及部件的自动更换等等,并且在此基础上不断的延长变频器的寿命。

(二)向专门化一体化发展。专门化的研究与制造能够使得设备的性能更强,也能够使得技术更加先进。所以对于交流异步电动机来说也应该走专门化的发展道路。专门就某个领域进行变频器的研究,强化其性能,提高其技术。当然除此之外,还应该让变频器与电动机逐渐的一体化,让变频器成为电动机的一部分,从而更好的进行控制。

(三)向环保无公害的方向发展。近些年来,随着人们对环境的越来越重视,各种机械设备也慢慢的在呼吁环保无公害。而交流异步电动机作为一种设备在其进行调速的过程中也应该考虑绿色环保,将噪声以及电源谐波的污染将到最低。

三、交流异步电动机的变频调速技术的应用

交流异步电动机被广泛的应用到了电气传动之中,而在其的运用中对调速原理的理解就显得十分重要,下面是交流异步电动机变频调速的技术原理以及控制方法。

(一)交流异步电动机变频调速原理。在了解交流异步电动机变频调速技术原理之前,我们需要对交流异步电动机的转速先做个大体的了解。因为交流异步电动机变频调速技术的原理是从交流异步电动机的转速方程中得出的。

1.交流异步电动机转速方程。在交流异步电动机中,往往交流的调速是通过定子与转子之间的产生的旋转磁场而实现的,在定子与转子进行旋转的时候会产生感应电流,这个电流跟磁场相互发生作用,也就产生了电磁转矩,使得电动机转动起来,产生一定的转速,也就是同步转速。一般用n0来表示。其具体的转速公式如下:

nlc202309011129

其中,f是交流电源的频率,一般设定为50Hz,p则是磁极的对数,一般来讲当p=1的时候,n0就为每分钟3000转;而当p=2的时候,则n0为每分钟1500转。通过公式我们可以看出,当磁极对数越多的时候,转速也相应越慢,而转子的实际转速n一般都会比同步转速n0慢一点,也就是所谓的异步电机,由此产生的差别会用s来表述,其公式如下:

由上面的两个公式我们就可以得出交流异步电动机的转速方程,也就是如下面所示:

2.交流异步电动机变频调速技术原理。交流异步电动机变频调速技术原理是通过交流异步电动机的转速而实现的,也就是说在交流异步电动机中,电机的转速n与电源的频率f成正比,所以在进行电机异步频率的改变中,可以通过调节输入电源的频率以及改变电机的同步转速而实现,这也就是所谓的交流异步电动机变频调速的原理。

(二)交流异步电动机变频调速技术控制方法。在交流异步电动机变频调速中最基本的控制方法则为 恒定控制。这种控制方法通过改变变频器输出电压频率与电压幅值而实现调速,让整个电机的频率保持在稳定的状态内,使得电机的效率以及功率保持恒定。并且在控制的方式上也会随着运行频率基频的不同而控制状况不同。具体来讲,主要有下面的两种控制调速状况:

1.基频以下的变频调速。基频以下的变频调速又可以成为恒磁通变频调速,这种调速是 比恒定调速在基频以下的调速,所以当频率较低的时候,定子的抗压都不能够被忽视,所以这种变频后的机械的性能应该如下图所示:

如图所示,我们可以看出,当电机向低于额定转速n0方向调速的时候,电机会保持原来的机械特征,并且转矩也会随着电机转速的下降而减小,这就会让电机的负载能力下降。这也是变频调速的缺陷的一个反应。所以往往为了提高电机的负载能力,则使用 转矩补偿法,来增强交流电动机变频调速的使用性能。

补偿法是在电机频率降低的时候,采用提高电压的方法来使得磁通量保持恒定,从而让电机的转矩能够得到回升,以此来提高电机的变频调速使用性能。一般而言,进行补偿后的电动机机械性能曲线图如下所示:

2.基频以上的变频调速。交流异步电动机基频以上的调速方式,属于恒功率的调速方式,在进行变频调速之后的机械的性能曲线图如下所示:

我们可以看出,电动机在基频以上进行调速的时候机械特性曲线工作段的斜率逐渐的增大,使得机械的特性变软。使得机械在一个比较恒定的状态下进行工作。

四、总结

通过以上对于交流异步电动机变频调速技术的分析,我们可以看出这样的一种变频调速的控制方式虽然说给电动机的调速带来了很大的方便,使得操作也变得简单,但是在其控制的过程中还是存在着低速性能差的缺陷。所以,在进行交流异步电动机变频调速中一定要加大对技术的研究,弥补这些缺憾,从而让变频调速技术变得更加完善。

参考文献:

[1]刘玲.交流变频调速技术的优势与应用[J].电气开关,2010,48(1)

[2]程林贵.交流变频调速技术的应用及注意的问题[J].中国科技博览,2010,33

交流电机调速原理及变频技术的应用 篇4

异步电动机是应用于工农业生产中的最为广泛的一种交流电机。但由于交流电机调速存在着调速性能差, 功率因数低等的缺点。在20世纪70年代以前, 在用到调速拖动的场合几乎全部使用的是直流电机。直流电机具有良好的调速性能, 主要表现在调速范围广、稳定性好、过载能力强等静、动态指标上, 特别是在低速运转时也能有较大的过载能力, 这是其它的调速方法所不具备的。但是其制作与维护十分繁杂, 特别是电动机本身的换向器及电刷维护保养困难、寿命短等方面。随着交流变频技术的发展, 应用变频技术来控制交流电机, 能够较好的解决异步电机调速所存在的问题, 从而逐步取代直流调速。

那么, 什么是变频技术和变频器呢?通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。在此技术上产生的变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。通常, 把能将电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称为变频器。

1 交流电机调速原理

因为交流电动机的转速为:

n=60f (1-S) /p式中/为供电电源频率,

P为电机极对数,

S为电机转差率。

由上式可知, 交流调速的基本方法包括三类:

a.改变电机极对数调速,

b.改变电机转差串调速,

c.改变供电电源调速。

我们可以看出, 改变电源频率, 厂能够达到改变转速的效果, 但是, 电源频率/的改变会使得电机机械特性将如何变化呢。

异步电机定子绕组的感应电势为:

E=4.44f NK~式中K为定子绕组系数,

N为定子绕组匝数:

O为气隙磁通量。

如果忽略定子阻抗压降, 则端电压

变频调速在保持U/f比值恒定的时候, 即能够确保电机在低速运转时的转矩特性, 又保证了电机在运转时不会过流甚至发热, 从而实现了交流电机的平滑调速。

2 变频技术的优势

调速时平滑性好, 效率高。低速时, 特性静关率较高, 相对稳定性好, 调速范围较大, 精度高, 起动电流低, 对系统及电网无冲击, 节电效果明显, 变频器体积小, 便于安装、调试、维修简便, 易于实现过程自动化, 必须有专用的变频电源, 目前造价较高, 在恒转矩调速时, 低速段电动机的过载能力大为降低。

3 变频技术的应用

3.1 在节能方面的应用

在使用变频技术之后, 风机、泵类负载的节能效果最为明显, 节电率能够达到20%~60%, 这主要是因为风机、水泵类负载的耗用功率与转速的三次方成正比, 那么当所需要的流量较小时, 其转速较低, 所造成的耗用功率的降低是相当明显的。而传统的挡板或阀门进行流量调节时, 对于耗用功率的影响并不大。

3.2 在控制电机运行方面的应用

首先是在控制电机的正、反转方面:只需要更改变频器内部逆变管的开关顺序, 就能够实现输出换向, 而不会造成因换向不当而烧毁电机的现象。

在加速、减速方面:因为变频器调速系统的起动一般都是从低速区开始, 频率比较低。加、减速时间能够任意设定, 那么就可以做到使力n减速过程平稳, 减小起动电流。

在变频器调速系统制动时, 变频器可以利用自己的制动回路, 将机械负载的能量消耗在制动电阻上。另外, 变频器还具有直流制动功能, 在需要制动的时候, 变频器给电动机施加一个相反的直流电压, 进行制动, 而不需要另外增加制动控制电路。

3.3 在提高产品质量和工艺水平方面的应用

变频器除了应用在泵类、风机等类型的负载上之外, 还可以应用于传送、卷绕、起重、挤压、机床等各种机械设备的控制上, 它能够提高产品质量, 延长设备的正常工作周期和使用寿命, 使操作和控制系统得以简化, 从而提高整个设备的控制水平。

4 变频技术的发展趋势

在当代, 电力电子器件的基片从Si (硅) 发展成了Si C (碳化硅) , 从而使得电力电子器件能够更加耐高压、耐高温、低功耗, 并且能够制造出体积更小、容量更大的驱动装置。永动磁铁电动机也在开发研制当中, 汀技术的迅速普及, 以及人们思维理念的变化, 这些方面的发展, 使得变频技术在以下几个方面得到发展。

4.1 网络智能化

智能化的变频器一经安装就可以使用, 不必进行过多设定, 而且能够进行故障自诊断、遥控诊断以及部件自动置换, 从而确保变频器较长的使用寿命。同时, 使用互联网能够实现多台变频器的联动, 甚至是整个工厂范围变频器综合管理控制系统。

4.2 专门化和一体化

变频器的设计专门化, 能够使得变频器在某一特定领域控制功能更强, 比如风机、水泵专用变频器、起重机械专用变频器等等。此外, 变频器还有与电机一体化设计的趋势, 从而使变频器成为电机的一个部分, 使设备体积更小, 控制更方便。

4.3 环保无公害

环保是当今社会的一个主题, 21世纪的电力拖动装置应该着重考虑的是节能, 而变频器能量转换过程中的低公害, 使得变频器在使用过程中的噪声、电源谐波对电网的污染等问题减小到最低程度。

4.4 适应新能源

现在以太阳能和风力为能源的燃料电池以低廉的价格崭露头角。这些发电设备的最大特点是容量小而且分散, 将来的的变频器就要适应这些新能源的特点, 既要高效, 也要低能耗。

5 结论

交流变频调速传动装置已在我国各行业得到广泛应用, 并已取得了极佳的经济节能效益。随着新型大功率半导体器件的推出, 控制理论不断更新和发展, 微电子技术的不断完善, 现今变频器向着大功率、高电压的方向发展, 控制精确度和动态特性也越趋完善。大力发展变频调速技术, 必需把我国变频调速技术提高到一个新水平, 缩小与世界先进水平的差距, 提高自主开发能力, 满足国民经济重点工程建设和市场的需求。规范我国变频调速技术方面的标准, 提高产品可靠性工艺水平, 实现规模化、标准化生产。

摘要：从交流电机的调速原理入手, 介绍了变频调速技术本身所具备的优势和其在实际当中的应用工。最后, 介绍了交流变频技术在未来的发展趋势。

《交流调速》实验报告题目及要求 篇5

图文说明显示模块、子系统封装

2、熟悉simulink的15个常用模块，了解电气系统工具箱SimPowerSystems3、熟悉基本电路元件和典型电机与变压器的仿真模型。

4、熟悉基本电力电子器件的仿真模型。

5、熟悉电力电子变流器典型驱动装置和典型测量元件的仿真模型。

以上五个实验报告要求：

1、文字说明熟悉了解的对象。

2、图文说明重点对象和模块。

6、交流电机开环调压调速系统的仿真。

7、交流电机速度反馈调压调速系统的仿真。

8、交流电机串级调速系统的仿真。

以上三个实验报告要求：

1、实验原理

2、仿真模型主图和子系统模型图

3、仿真参数设置说明

交流电机变频调速器的应用分析 篇6

【关键词】容量选择；传动系统；最高频率；传动比；制动电阻

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。

（1）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=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL。可见，所需用容量只要大于负载功率的On/2倍就可以了。

（2）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PN1/2 PL。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.

[3]柴常等.机电安全技术.北京：化学工业出版社，2006，1.

交流变频调速技术 篇7

近年来,随着微电子技术特别是变频调速技术的迅速发展应用,许多产品的性能得到了极大的提高。微机控制的交流变频调速技术在船舶上的应用也越来越广泛,比如控制起货机的起升机构,控制其起货速度,提高生产率;控制船舶的导航,可以快速灵敏地控制航向;在船舶的推进装置中,利用交流变频调速技术的交流电力推进系统来替代传统的机械传输推进系统,实现船舶作不同速度的前进、后退和转向等各种航行动作,并对船舶在航行过程中的主要运行参数进行实时监控,确保船舶的安全、快捷地航行。

1 交流变频调速技术的原理

变频调速就是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速,从而达到调速的目的,是无附加转差损耗的高效调速方式。我们经常使用的是交-直-交变频调速器。交-直-交变频调速系统的变频部分主要是由整流器、滤波系统和逆变器三部分组成。整流器为二极管三相桥式整流器,逆变器是大功率晶体管组成的三相桥式电路,它是将恒定的直流电交换为可调电压,可调频率的交流电。中间滤波环节是用电容器或电抗器对整直后的电压或电流进行滤波。交流变频调速技术原理图如图1所示。

从我国船舶设计制造的现状来看,可能采用电力推进的功率规模一般在5 000 k W以下,所以交-直-交变频系统应该是电力推进的主要型式。

2 交流变频调速技术在船舶电力推进系统中具体应用

2.1 船舶电力推进系统

电力推进系统由原动机带动发电机,产生电能,通过配电及功率管理系统以及变频调速系统,供电给推进电动机,再由推进电动机带动螺旋桨。船舶电力推进系统主要由原动机/发电机组、配电站、推进电机、螺旋桨以及控制部分等构成,如图2所示。

2.2 Siemens 6SE71变频器电力推进系统具体设计

交流异步电机的转速n与电源频率f之间的关系为

式中:p——旋转磁场的磁极对数;

s——电机转差率。

从以上函数关系可知,当电机转差率变化不大时,电机的转速与电源频率成正比。因此,如用频率可以平滑调节的供电设备,即可平滑调节异步电机的转速。变频控制器一般就是根据电压随频率变化且满足一定的比例关系而设计成的。

影响发电机投入并联的因素有三个:电压差、频率差和相角差。待并发电机与电网不等时投入发电机,电压差将产生无功的均压电流;频率不等和相角不一致时,频率差和相角差将产生有功的整步电流,所产生的电流力图消除这些差别。发电机投入电网的瞬间,发电机的电抗骤降至超瞬变电抗X,引起冲击电流。差值越大冲击电流越大。发电机投入时应限制这些差值,否则,产生的冲击电流可能危及机组的安全,影响正常供电。

设待并发电机的瞬时电压为为其中下标g表示待并发电机,下标n表示电网,ω表示角频率,ω0g汽表示初相位,ωg=ωn+ω0,δ为相差角,那么,待并机与运行机组(电力系统或电网)之间并车条件可表示为:

1)待并机的电压与电网电压相等,即ug=Un。

2)待并机的频率与电网频率相等,即fg=fn。

3)待并机的相位与电网相位相等,即δ=ωg-φn=0。

若符合上述三个条件,则待并发电机电压相量与电网电压相量完全重合,冲击电流为零,这是准同步并车的理想情况。但实际上,要做到完全满足上述三个条件,达到理想同步是不可能的。因此,只能要求电压差、频率差和相位差都在一定的允许范围之内即可合闸并车。

通常在船舶电站并车操作中,电压差不得大于10%额定电压;相位差一般限制在±15°以内;频率差在0.5Hz以内。在实际设计中,为了不出现逆功现象通常使待并机以正压差、正频差投入,即需要在上述条件的基础上再满足ug-un>0,fgfn>0。船舶电站负载突然发生变化时,如电动机的起动、停车等,原动机(如柴油机)油门尚未来得及变化,使原动机的驱动功率与发电机组负载功率的平衡关系被破坏,引起发电机组转速的变化,从而使电网频率发生变化。

设计采用一台一燃气轮机和两台柴油发电机推进该船舶,其中两台用于加速。它们分别与两台交流发电机直接耦合。另一台燃气轮机驱动一台单输入双输出齿轮装置。该齿轮装置的一个输出端驱动一台18.3兆瓦交流推进发电机,而另一个输出端以900转/分的转速运行并与4000千瓦、8极、450伏、3相交流船舶日用发电机相耦合。船舶日常用电系统可由此获得大部分电力。出航时,出航燃气轮机以3600转/分恒速运行,出航推进发电机和巡航日用发电机的输出功率为恒定60赫。出航推进发电机的电力按规定路线传送给两个功率控制器。这两个功率控制器可将60赫电力转换成频率、电压和相序可调的电力。这种可调电力施加到34500马力、44极、6.3千伏的交流同步推进电动机上。因此,电机可正、倒车任一方向驱动定距桨。紧急倒航时,动态制动电阻瞬时跨接到电动机绕组两端,以便吸收螺旋桨轴的功率。因为两个功率控制器是独立配置的,所以在纯全力控制下,两个推进轴能以不同转速旋转,甚至能以相反方向旋转。高速运行时则应使用两台加速燃气轮机投入运行。因为巡航LM一2500燃气轮机单独运行仅能使船速达21节而这时对应的功率控制器输出频率为42赫,电动机转速为115转分。为了进一步增加船速,须将两个加速机组升到42赫并与其各自的功率控制器的输出同步。然后,可使发电机频率和功率控制器同步升到60赫。这时所对应的每轴轴速为164转/分,功率为34500马力。采用这种运行方式两抽的正车转速是分别控制的在没有返回到巡航方式之前,不能改变旋转方向。在应急情况下,首先借助向动态制动电阻反馈所产生的负转矩使螺旋桨几乎停车。然后功率控制器改变接入电动机的三相交流相序电动机反转,从而实现紧急倒航。其船舶推进系统主回路图如图3所示。

在控制电路方面,控制电路由AC220V及DC24V两种组成的,还有电动机调速电路、电动机脉冲编码器测速电路和电动机温度检测电路直接输入到变频器闭环控制电子板并从其上输出电动机电流和转速的模拟量信号至电表。

在操纵方式上,驾驶室的遥控操纵采用特殊的带有零位、正向、反向开关和操纵调速电位器,变频柜采用就地操纵,有起动、停止、变向、加速、减速5个按钮操作,在柜子面板上还有一个遥控和就地操纵转换开关,是通过变频器的B1CO数据组切换的软件功能来控制柜子上的转换开关。在系统中还设计了较多的电路环节系统,设置了一个联动和分动操纵转换开关方便操纵和防止操纵器的调速不一致,把装置设计放在驾控台上,可实现用一个操纵器操纵两套装置的目的。

其主要的推进控制系统框示意图如图4所示。

3 结束语

随着电力电子技术与微机控制技术的不断革新进步,交流变频调速技术也得到迅速发展,电力推进系统具有布置方便,工作噪声低、节能、操纵灵活、易于实现自动控制等优点,在船舶电力推进系统得到了越来越广泛的应用。它的使用范围已由潜艇、工程船舶扩大到水面舰船,并有逐步取代直接推进之势。Siemens公司SIMOVERTMA STERDRIVES矢量6SE71系列变频器/变频调速柜具有强大的功能能,代表了变频器世界的先进水平,在船舶电力推进系统中起到了巨大的推进作用,Siemens 6SE71系列变频器的成功应用将会对我国船舶动力装置的变革起到较大的鼓舞作用。会促进更多的电力推进船舶的出现。

参考文献

[1]郑元璋.舰船综合电力推进监控系统研究[J].中国航海,2005(4).

[2]范正翘.电力传动与自动控制系统[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[3]瞿坦.计算机网络及应用[M].北京:化学工业出版社,2002.

[4]徐永法.船舶能量管理系统PMS研究[J].中国航海,2005(3).

[5]郑华耀.船舶电气设备及系统[M].大连:大连海事大学出版社,2005.

[6]樊印海.电力推进自动控制[M].大连:大连海事大学出版社,1998.

[7]刘柱.几种船舶推进系统的比较[J].青岛远洋船员学院学报,2003(7).

[8]聂延生.船舶电力推进系统的控制方法[J].航海技术,2006(2).

[9]颜南明,马晓军,藏克茂.永磁同步电动机调速系统的矢量控制仿真[J].微特电机,2004(1).

现代交流调速技术的应用和发展 篇8

关键词：交流调速技术,直流调速技术,应用和发展

1 现代交流调速技术的应用

1.1 变级调速系统的应用

所谓变级调速就是有效调节旋转磁场使其运行速度一致, 这是最简单的调节方法。采用交流调技术就是通过利用电动机的改接技术, 实现电机从一个级数到另一个级数的转变, 从而实现了不同步电动机的有级调速。变级调速系统操作简单、设备价格低, 工作轻松且具有可靠性, 但仅限于有级调速, 其速度一般可分为两种速度, 在现实中三种速度以上的变级电机, 由于结构复杂、操作繁琐等原因, 在现实中很少应用。电机绕组设计是采用变级调速技术的关键, 因此, 最佳的电机技术性能指标就是采用最少的绕组线圈改接与引出头。

1.2 串级调速系统的应用

串级调速系统也称为绕线转子不同步电动机串级调速系统, 其原理是将电动机转差功率加以利用的一种节能、高效、经济实用的调速方法。在转子回路中串入阻值大小不相同电阻, 从而得到电动机不同斜率的机械性能, 有效实现了电动机的速度调节功能, 这是传统改变电动机转差率的方法, 同时也是一种简短的操作方法, 缺点是调速是有级的、不平滑, 并且由于电动机的转差功率大多都消耗在电阻发热上面, 降低了转差效率。随着大功率的电子器件产品的诞生, 传统采用在转子回路中串联的电阻转变为晶闸管功率变换器, 有效实现转差功率的作用, 同时也构成了晶闸管串级调速系统, 是由绕线不同步电动机与串联晶闸管变换器两者组成。这种方法的采用, 不仅增加了转子回路中的电势, 同时也改变了转子回路中的转差功率值, 因此, 也改变了不同步电动机的功率因数。 (1)

1.3 变频调速系统的应用

变压变频调速系统是各种不同步电动机调速系统中, 具有高效率、高性能的最好的调速系统。变夺变频调速系统的调速原理是, 同时对定子电源电压与电源频率进行有效调节, 在这种情况下, 机械特性大体上处于上平行移动状态, 而电动机的转差功率保持不变。变频调速系统是现代交流调速的主要发展趋势。变频调速系统具有高效率性、高性能、高精度性以及宽调速范围等优势, 是现代最具有发展前景的调速方式。现代交流电动机变频调速系统分为很多种, 例如最早的电压源型变频器、电流源型变频器、脉宽调制型变频器等。

1.4 调压调速系统的应用

不同步电动机电机转矩与输入电压基波的平方成正比的关系, 因此有效改变电动机电机的电压, 可以有效改变不同步电动机的机械特性等, 有效实现了不同步电动机的调速功能。不同步电动机调压调速是一种操作比较简单的调速方法。在二十世纪五十年代以前, 工业电动机调速方法是采用串饱和电抗器的方式, 对电动机进行调速。随着科学技术的不断发展, 现代大多采用双向晶闸管调压的方式实现电动机的交流调压调速功能。采用双向晶闸管调压的方式主要有两种:一种是整周波斩波控制方法调压, 而另一种是相控技术。但采用整周波斩波控制方法的缺点是调速不平滑, 因此, 在实际应用中大多数工业都采用相控技术。 (2)

2 现代交流调速技术的发展研究

2.1 新型电力电子器件的研制

限制现代交流调速技术中电力电子技术应用的因素主要有以下四个方面: (1) 是指基于电力电子技术的控制手段与控制策略的因素; (2) 是指电动机变换器的结构限制因素; (3) 是指电子电子器件的性能限制因素; (4) 是指电力电子器件的价格因素。伴随着现代交流调速技术的发展, 电力电子器件由原来的不可控制到现代的可控制技术, 由原来的低电压等级到现在的高电压等级, 同时也促进了各种新型电动机变换器的诞生, 形成了各种新的控制理论在工业领域中的应用与发展。科学技术的发展, 推动了交流调速技术的不断进步, 对电力电子器件提出了更高的要求, 有效促进了先进的、新型的电力电子器件的诞生, 以满足现代应用系统的高效性、智能性、集成性、统一性、数字性以及高频性等一系列的发展要求。与此同时, 电力电子器件应用所产生的谐波, 会对电动机电机产生一种转矩脉冲, 不仅增加了电动机的附加损耗量, 也形成了噪音污染, 而产生的转矩呈现周期性的波动, 大大影响了电动机电机的调速范围与稳定性, 因此电力电子器件应用所带来的污染问题, 也是目前研究的重点课题。 (3)

2.2 数字化控制系统

为了有效使现代交流调速技术与现代先进的计算机技术、网络技术以及智能技术有效结合, 同时还可以有效提高现代交流调速系统的性能, 因此, 必须使现代交流调速系统实现全数字化控制。在过去的交流调速系统应用中, 广泛应用的是单片机, 然而随着新的交流电动机电机的控制理论的不断推陈出新, 电动机电机的控制技术、控制方法以及控制策略等也趋向于复杂性控制、自适应化控制、智能化控制、模糊化控制、个性化控制等, 在现代交流电动机电机的直接矩控制与入存量控制中得到广泛的应用。随着科学技术的不断进步, 单片机受自身性能限制, 已无法满足现代社会发展的需求。 (4)

3 结语

随着科学技术的不断发展, 现代交流调速技术已相对成熟, 并在工业领域得到了广泛的应用。然而随着新的科学技术手段、新的电子产品以及新的控制方法的诞生, 丰富了现代交流调速技术的功能, 满足了现代工业领域的发展需求, 现代交流调速技术的应用与发展具有很大的发展潜力与空间。 (5)

注释

1肖倩华, 廖世海, 刘华民.现代交流调速技术的应用和发展[J].科技广场, 2009.14 (6) :187-189.

2杨晓丽, 沈爱弟, 俞宏生.现代交流调速技术在船舶电力推进中的应用[J].大连海事大学学报 (哲学社会科学版) , 2009.46 (9) :223-224.

3张维竟, 刘晓伟, 张小卿.船舶电力推进中交流调速技术的应用与发展[J].中央民族大学学报 (哲学社会科学版) , 2009.15 (1) :104-106.

4郝绣, 柳金华, 张阿龙.国外现代交流调速系统的发展及其在船舶电力推进中的应用[J].船电技术, 2009.25 (22) :109-120.

交流变频调速技术 篇9

热电厂燃料车间输煤系统的叶轮给煤机是整个输煤工段的第一道工序, 它的给煤量大小直接影响着整个输煤系统效率和装置的平稳运行, 输煤量的大小是利用叶轮给煤机的转速控制, 所以控制好叶轮给煤机的转速是保证整个输煤系统供煤质量和装置平稳运行的关键所在。因此, 控制好叶轮给煤机电动机的转速同时也就是控制叶轮给煤机的转速, 所以, 我们采用变频器调速的方法来控制叶轮给煤机电动机的转速从而实现控制给煤量的大小, 这种方法在实际应用中非常理想。

2 变频调速的优势

三相交流电动机调速最理想的办法是改变电源的频率, 于是, 三相交流变频器被广泛应用工业生产所需调速设备的控制中, 变频调速具有调速性能好与可靠性高, 价格低, 特别是变频调速节电效果明显, 而且易于实现过程自动化控制等多种优势, 得到工业行业的广泛认可。

2.1 交流变频调速的优越性

(1) 调速时平滑性好, 效率高。低速时, 特性静关率较高, 相对稳定性好。 (2) 调速范围较大, 精度高。 (3) 起动电流低, 对系统及电网无冲击, 节电效果明显。 (4) 变频器体积小, 便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化控制。 (6) 在恒转矩调速时, 低速段电动机的过载能力大为提高。

2.2 交流变频调速与其它调速方法的比较

2.2.1 与直流调速方法比较

改变交流电动机的速度方法有三种:变极调速、改变转差率调速和改变频率调速, 从科学、方便、节约、质量等方面来看, 其中改变频率调速最具优势, 所以, 变频调速在这一领域得到广泛应用。在直流调速系统中, 由于直流电动机具有电刷和整流子, 因而维护量比较大, 电机安装环境还要受到一定限制。例如:不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用, 而燃料车间的环境又是粉尘特别大的场所, 因此直流调速方法在这种场所不能应用。交流调速就不存在这些问题主要表现为以下几点:

第一, 直流电机的单机容量一般为12-14MW, 还常制成双电枢形式, 而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二, 直流电机由于受换向限制, 其电枢电压最高只能做到一千多伏, 而交流电机可做到6-10k V。第三, 直流电机受换向器部分机械强度的约束, 其额定转速随电机额定功率而减小, 一般仅为每分钟数百转到一千多转, 而交流电机达到每分钟数千转。第四, 直流电机的体积、重量、价格要比同等容量的交流电机大。最后, 特别要指出的是交流调速系统在节约能源方面有着很大的优势。一方面, 交流拖动的负荷在总用电量中占一半或一半以上的比重, 这类负荷实现节能, 可以获得十分可观的节电效益。另一方面, 交流拖动本身存在可以挖掘的节电潜力。在交流调速系统中, 选用电机时往往留有一定余量, 电机又不总是在最大负荷情况下运行;如果利用变频调速技术, 轻载时, 通过对电机转速进行控制, 就能达到节电的目的。工业上大量使用风机、水泵、压缩机等, 其用电量约占工业用电量的50%;如果采用变频调速技术, 既可大大提高其效率, 又可减少10%的电能消耗。

2.2.2 与机械调速比较

机械调速有两种方法:a.利用齿轮直径的大小进行比例调速, 这种调速方法局限性很大, 只有在特定的场所和特定的设备上才能应用, 而且一台设备只有一种调速方法, 应用的空间比较小, 这种方法在输煤段叶轮给煤机上无法应用的。b.利用定位变档调速, 这种调速方法也是只有在特定的场所和特定的设备上才能应用, 它是定点定位的调速方式, 只能从几个固定速度之间来回调换, 还要有比较好的环境空间, 这种方法在输煤段叶轮给煤机上也是无法应用的。所以, 三相交流变频调速在叶轮给煤机上应用是其它调速方法无可比的。

2.3 交流变频调速的合理应用

交流变频调速技术在工业发达国已得到广泛应用。美国有60%-65%的发电量用于电机驱动, 由于有效地利用了变频调速技术, 仅工业传动用电就节约了15%-20%的电量。

采用变频调速, 一是根据要求进行调速用, 二是节能。它主要基于下面几个因素: (1) 变频调速系统自身损耗小, 工作效率高。 (2) 电机总是保持在低转差率运行状态, 减小转子损耗。 (3) 可实现软启、制动功能, 减小启动电流冲击。在采用变频调速时, 需从工艺要求、节约效益、投资回收期等各方面考滤:我们根据燃料车间生产工艺要求, 输煤皮带煤量的大小由叶轮给煤机转数来控制, 按照生产工艺要求随时调整叶轮给煤机电机转数来控制叶轮速度实现给煤量的大小, 来满足工艺生产需要。使用变频调速可使调速控制系统结构简单, 控制准确, 并易于实现程序控制。用变频调速代替机械变速, 不仅可以省去复杂的齿轮变速箱, 还能提高精度、满足程序控制要求。

2.4 变频器容量的确定

变频调速是通过变频器来实现的, 对于变频器的容量确定至关重要。合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验, 比较简便的方法有三种: (1) 按电机实际功率:首先测定电机的实际功率, 以此来选用变频器的容量。既Ie=I1+I2+…+In;In为第n台电动机的额定电流, n为电机的台数。在任何情况下, 都不能在连续使用时超过额定电流I。 (2) 公式法, 设安全系数取1.05, 则变频器的容量为Pb=1.05Pm/hm×cosy (k W) 式中, Pm为电机负载;hm为电机功率。计算出Pb后, 按变频器产品目录可选出具体规格。In为第n台电动机的额定电流, n为电机的台数。在任何情况下, 都不能在连续使用时超过额定电流I。 (3) 电机额定电流法, 变频器容量选定过程中, 实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程, 最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率, 但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少, 通常都是设备所选能力偏大, 而实际需要的能力小, 因此按电机的实际功率选择变频器是合理的, 避免选用的变频器过大, 使投资增大, 浪费能源, 不能实现最佳效益。

3 结论

自从1#、2#叶轮给煤机改造实现变频调速后, 经过几年实际应用, 生产运行比较平稳, 基本实现全自动控制, 减轻员工的操作强度, 减少维修和材料费用, 节约了大量的电能。

参考文献

[1]变频器容量计算与选择[M].北京:中国电气出版社.

交流变频调速技术 篇10

高炉探尺在冶炼实际生产中起着至关重要的作用, 如何提高探尺的控制精度是当前自动控制技术需要面对及解决的问题。传统的高炉探尺控制多采用直流电机和直流装置, 依靠直流电机抱闸及速度继电器实现对探尺重锤的提升和下降, 特性稳定, 转矩特性好, 控制方式简单, 但应用过程中也表现一些缺点:机械抱闸装置动作频繁, 直流控制系统故障率高, 造成直流电机维护量大, 设备投资大, 探尺曲线失真度高, 恢复生产困难;继电器性能不稳定, 导致重锤下降过程中超速埋进料面, 造成探尺过载故障, 使重锤脱落。探尺在高炉生产过程中发挥的作用越来越大, 一旦出现故障将会造成高炉停产, 严重影响生产。为适应高炉顺利生产及长远发展需求, 高炉探尺采用矢量变频系统控制, 通过与PLC通信实现准确驱动控制, 可精准地检测炉内料面的位置, 为操作人员提供准确的布料指令, 有效提高了探尺控制精度和数据的可靠性, 从而为高炉炉况的稳定性提供了依据, 减少了工人劳动强度, 提高了生产效率, 减少焦炭能耗。

1 高炉探尺工艺

1.1 探尺工作原理

探尺是一种检测高炉内部矿石与焦炭料面的装置, 由金属链条、重锤组成, 挂在一个由电机、减速机、链轮及抱闸装置所组成的机构上。高炉内的料位随着炼铁生产的进行而不断变化, 探尺工作后, 探尺重锤在电机的反向电磁力矩作用下缓慢下降, 电机有一个相对大一点的电流流过, 当重锤接触到高炉内的物料后, 重力减小, 电机电流也会突然变小, 检测电路根据该信号的变化, 就可计算出这一过程中重锤下降了多少米, 从而知道高炉内料线的位置。整个监测过程是通过对卷扬机的控制实现的, 探尺的工作方式可分为放尺操作、扶尺操作及提尺操作。探尺若要运行稳定, 必须满足以下工艺要求:探尺放尺速度应均衡;准确检测料面位置;探尺随着料面下降而下降;提尺速度快且准确;当探尺达到上限位时能自动停止;料位位置必须实时在监控机上显示。探尺控制系统结构如图1所示。

1.2 探尺工作运行控制过程

探尺工作运行过程:控制器系统发出探尺动作命令, 同时给定电机放尺频率, 电机带动重锤上升或是下降, 电机运行时驱动力矩与探尺重锤及链条的重力力矩方向相反, 与重锤运动方向相反;变频器发出反转输出, 同时控制抱闸打开, 变频器处于速度闭环调节状态, 重锤以一恒速下落或上升, 提尺时以高速运行, 当达到某一设定位置时, 降低探尺提升速度, 确保探尺提升位置的准确性;当探尺到达等待位置时, 抱闸闭合。力矩的检测和改变依靠变频器内部参数设定实现, 设定方法简单可靠, 探尺运行控制如图2所示。

2 系统硬件选型

(1) 采用性价比较好的SIEMENS公司6SE70系列交流变频控制系统, 矢量开环控制;采用三相交流异步电动机, 参数为:额定功率2.2k W, 额定电压380V, 额定转速965r/min, 额定电流6.6A。

(2) 电机主轴上的编码器选用25位多圈绝对值型格雷码编码器, 通过DP总线和PLC控制系统通信, PLC控制系统计算编码器转的圈数, 换算成探尺的运行位置, 并把运行位置信号反馈于程序中参与探尺运行控制。

(3) 由于探尺是位能性负载, 其下放的动能不能通过变频器回馈给交流电源, 为实现探尺位置的准确测量, 需另设一主令控制器, 检测各个极限位置。

3 高炉探尺矢量变频控制的实现

高炉探尺采用无速度传感器开环矢量控制。在直流电机轴端安装增量码盘作为位置检测元件, 减速机轴端接多圈绝对值编码器, 信号经高速计数器反馈到PLC, 经PLC计算探尺的运行位置, 作为探尺的控制信号依据。PLC与变频器之间通过DP线进行通信。PLC发给传动变频的控制信号主要有:提尺信号、放尺信号、故障复位等控制命令。根据生产工艺操作要求, 以及通过变频器给定的力矩大小和运动方向, PLC发给变频器控制命令, 实现对探尺运动的精准控制, 变频控制系统结构如图3所示。

4 结语

在莱钢高炉实际运行表明, 高炉探尺自动控制系统解决了传统探尺设计存在的不足, 系统运行稳定, 控制灵活, 满足高炉工艺生产要求, 提高了高炉冶炼效率。

参考文献

[1]吕伟, 曹建东, 吕红芝, 等.直流调速装置在高炉探尺控制中的应用[J].山东冶金, 2010, (03)

[2]范杰, 李宁.基于矢量控制技术的高炉探尺传动系统在高炉中的应用[J].金属世界, 2009, (03)