电机变频范文

电机变频范文（精选12篇）

电机变频 第1篇

从外观上看, 最明显的特征是变频电机有一个单独的散热风扇, 而且散热风扇有专门的接线盒。散热风扇需要单独接工频电源, 保证无论电机工作在何种频率下, 都不会对电机的散热产生影响。而普通电机的散热风扇在端盖内侧, 电源也是取自电机本身。

二、内部结构及工作原理方面的区别

目前, 正规厂家生产的变频电机, 内部也会做调整, 同时绝缘性能也会加强。在工作原理方面, 变频电机是配合变频器来实现调速的。

各国使用的交流供电电源, 无论是家用还是工厂用电, 电压和频率均为220V/50HZ (60HZ) , 110V/50HZ (60HZ) 等。通常, 把电压和频率均不变的交流电, 变换成电压和频率可变的交流电的装置称作“变频器”。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。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。

其中:n—同步转速;f—电源频率;p电机极对数;

由上式可知, 电机的旋转速度取决于电机的极数和频率。一般电机的极数是固定不变的, 因此不适合改变此值来改变电机的转速。频率是电机供电电源的电信号, 所以该值能够在电机的外部调节后送给电机, 因此, 以控制频率为目的的变频器是作为电机调速设备的首选设备。

但是在实际应用中, 如果仅改变频率, 电机将被烧坏, 特别是当频率降低时, 该问题尤为突出。为了防止此种现象的发生, 变频器在改变频率的同时必须要改变电压。例如, 为了使电机的旋转速度减半, 变频器的输出频率必须从50HZ减少到25HZ, 这时变频器的输出电压必须从220V降到约110V。

三、实际应用情况对比

1.电机的效率和温升在变频驱动下, 变频电机效率会高10%左右, 而温升会小20%左右, 尤其是在矢量控制或者直接转矩控制的低频区域。

2.变频电机对于需要频繁启动、频繁调速、频繁制动的场合, 要优于普通电动机。

3.在电磁噪声和振动方面, 变频电机在变频驱动时较普通电动机有更低的噪音和更小的电磁振动。

4.电动机的绝缘强度问题。由于变频电机专为变频器驱动设计, 所以能承受较大的du/dt, 所以变频电动机的绝缘强度要高。尤其是在DTC控制模式下, 对电动机的绝缘强度是个很大的考验。

5.最主要的区别, 还是变频电动机有额外的散热 (采用独立的轴流风机强迫通风) , 在低频、直流制动和一些特殊应用场合下的散热要大大的优于普通的交流异步电动机。

四、小结

在某些场合, 如电机长时间工作在中高频的场合, 普通电机是可以改造成变频电机的。但是在电机长时间工作在低频的场合是不适合把普通电机改造成变频电机使用的, 因为普通电机没有独立的散热设备, 很容易造成电机温升过高而烧坏。

参考文献

[1]曾毅, 张明.变频调速控制系统的设计与维护[M].济南:山东科学技术出版社, 2004.

高压电机变频调速改造 第2篇

据悉，国内目前广泛使用的高压电机用电量占全国发电量的30%，高压电动机变频调速装置开发成功后，可节能30%，其经济价值无法估量，产品市场前景诱人。

为了达到电气节能和工艺优化的目的，高压变频器在工程设计中应注意：

一、高压电机的特性试验和技术规范的再修订

当一台普通电动机由变频提供电源时，其变频器输出端的电压和电流谐波分量会使电机的损耗增加、效率降低、温度升高。高次谐波引起损耗的增加主要表现在定子和转子的铜耗、铁损及附加损耗的增加。其中，转子铜耗最为显著，因为异步电机总是在转差接近1的状态下旋转，所以转子铜耗非常大。在普通异步电机中，为改善电机启动性能，转子的集肤效应使实际阻抗增加，从而使铜耗增大。

另一方面，由于高压电机的线圈之间存在分布电容，当高次谐波电压输入时，各线圈之间的电压是不均匀的，这种长期反复作用使定子线圈某一部分的绝缘造成损伤，从而产生线圈老化，这在普通异步电动机的绝缘结构方面是难以接受的。另外电机的电磁回路不可能做到绝对对称，所以变频器输出电源中所含有的各次谐波分量将与电磁回路中固有的空间谐波分量相互作用形成各种电磁脉动。

同时，电机因处在频率不断调节的工作状态下，很容易与电机机械部分产生机械共振，造成电机机械部位的损坏。

因此，在变频调速改造工程中，为了避免变频调速系统在运行时出现上述问题，技术设计时必须考虑和高压电动机制造厂家进行技术合作，对电动机的相关特性进行调速实验，重新修订原电动机的技术规范。

二、电力电缆选型要点和敷设要求

由于变频器输出端与电机之间的联系采用电缆附设方式，且线路各相均存在对地电容，所以运行时线路上的电容电流是不相等的，

如果电缆附设距离较长，且线路中又存在高次谐波电流，那么一旦发生单相接地时，故障电容电流所点燃的电弧熄灭时间过长，会使这端电缆发热，造成非故障绝缘。

所以，在变频调速改造工程中，针对输出电源电缆，考虑电缆结构上的三相对称和屏蔽，将电缆截面适当增加，敷设长度不超过100m限定值，如果原输出电源电缆为非屏蔽或截面的栽流量裕度小于2，应更换符合要求的电力电缆。现场敷设施工时要将电源电缆与控制电缆和信号电缆分开敷设，避免由电源电缆中高次谐波产生的磁场干扰其他信号。

三、变频器工作环境的基本要求

由于高压变频器的逆变部分采用高压IGBT等功率器件，其开、关频率大于100HZ，易形成高次谐波电流，使得变频装置在工作时将产生一定的热量。一般在变频器柜的顶部均配有排风扇，它将柜内的热量排放到室内，这使得室内的环境温度不断升高，最终还会影响柜内各器件的可靠运行。

所以，在水厂工程设计中一般变频调速装置单独设置在变频调速室内，室内必须安装备用空调设施，控制室内环境温度在变频器所要求的范围内，同时设有通风门窗，必要时采用专门风道进行强制通风和冷却。

四、高压供电系统出口断路器控制的技术完善

变频调速装置所用变压器的高压侧要与高压系统中的开关柜直接相连，但开关柜的保护范围只是供电线路与变压器低压侧的短路，而变频器的故障应靠变频器自身的检测保护系统完成。当变频器发生故障发出跳闸信号时，断路器应可靠动作跳闸。

然而，普通断路器高压开关柜内部出现跳闸回路断线或直流控制电源消失的情况，变频器恰好出现故障(要求断路器跳闸)时，跳闸线圈已失电，断路器拒绝动作，因而造成变频器内部的功率器件损坏。

所以在设计中选择了带有欠压脱扣线圈的断路器，一旦出现跳闸回路断线或控制电源消失的情况，断路器首先自动跳闸，以保护变频器的设备安全。

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变频调速电机节能应用分析 第3篇

【关键词】变频调速；电机；节能；应用

1、引言

根据研究得知，电机运行所消耗的能量能占到世界用电总量的一半以上。处于对电机安全性能的角度考虑，许多高效能的电机经常在低功率的状态下进行运作和生产，这样做不仅造成了电能的大量浪费，还会在一定程度上降低工业生产的效率。通过建立完善的实时监测系统来全面监测电机的运行参数，从而采用变频调速功能来适时地调整电机的输入功率，使电机按照需要进行输出和输入，灵活机动地调节，从而减少功率的消耗，减少电能的浪费与消耗。

2、变频调速电机节能改造实践

我公司两套化肥装置1987年和1999年投产，为国家重点鼓励和支持的项目，也获得了自治区政府的重点帮扶。凭借其先进的技术和安全环保等性能在该地区获得了长足的发展。公司变频设备的配制早期，仅仅限于部分的低压电机，采用西门子、富士、ABB、爱默生、东芝等品牌变频器，大多数的低压电机和全部的高压电机并未安装变频调速装置，低压电机也未使用软启动装置。随着技术的发展与进步，公司电气设备的使用也在不断的改革当中，许多设备也及其精良，紧跟国际化的发展脚步，不断满足节能降耗及工艺操作的要求。自2002年以来，经过生产运行人员、设备维护及机动处管理人员的共同研究和现场确认，选择工艺需求调速的4#炉引风机（1050kW），对其进行变频改造，作为6kV高压变频器的试验，再扩大其它风机、泵类的改造。改造之后的结果显而易见，符合预期的设想。后期对二化气化炉引风机（710kW）及锅炉给水泵（1600kW）、一化联醇压缩机（450kW）及两台天然气压缩机（每台2002kW）等高压电机进行了变频改造，采用西门子、罗宾康、ABB等品牌高压变频器。同时，对大负荷的低压电动机采用ABB软启动装置，避免其启动影响低压电网的运行。在我公司成功的应用高低压变频器装置，不仅大大提高了生产效率，最主要的是节约了大量的电能，这是变频调速电机节能改造的一个成功典型。

3、变频调速电机的节能分析

根据电机的运行速率原理可知，电机的转速和工作电源的输入频率成正比关系，因此，改变电机的工作频率即可改变电机的转速。变频调速的工作原理基本上就是依据这个原理。变频器通过改变供电电源的速率来平滑连续地调节电动机的转速，自动控制的方法来达到节能的目的。变频调速设备能够根据负载量来改变交变电流频率的电气设施。在变频调速电机的运行过程中，能把电源转变为各种频率的交变电源，从而达到电机运行频率和速率的变动。变频调速的技术发展是非常迅速的，在工业生产中有着广泛的应用，该技术手段的引入能够在很大幅度上提高生产产量，改善产品质量。由于电机转速的变化，会使工业生产中的电机具有调速跨度大、精度高以及反应速度快等诸多优点。在普通电机的功能无法满足工业生产需要时变频调速电机就会弥补这种缺陷，其自动化程度较高，能轻易地实现无人操作，即便是在环境恶劣的场合依然可以创造出可观的经济效益和价值。

4、变频调速电机的应用分析

4.1软起动场合

电机的起动方式分为直接起动和降压启动。在电机起动的随后阶段会出现瞬时的较大电流，能达到额定电流的好几倍，对于质量较差的电机瞬时电流甚至能达到额定电流的十倍。这种电流的强度是十分巨大的，因此，如果不加以防护必定会引起电机的烧毁甚至造成电网冲击，进而影响其他相关电气设备的正常运行。除此之外，高强度的超负荷电流会使电机产生强大的电磁应力和机械应力，大大缩短电气设备的使用寿命。变频调速电机的应用，能够缓解瞬时电流的冲击，利用变频器对电机进行软起动，使电流从弱到强，避免瞬时强电流的通过，使最大电流值也在额定电流范围内。这种装置不仅保护了电机本身，提高了电气设备的使用寿命，而且减弱了对电网的冲击和供电电能的要求，达到节约电能的根本目的，也为电气设备的维修和保养节省了大量的费用，有利于为企业创造出更高的经济效益，带来了更加可观的利润。

4.2家电的应用

家电的浪费电能情况甚至比工业用电还要严重，这主要是因为家电的普及率相当高，耗电总量大。因此，通过改革传统的技术减少家电的耗能情况可以大幅度地减少电能的消耗，节约电能。普通的家用电器所采用的电动机的耗电情况并不乐观，经常处于重复工作的状态，电机启动频繁，耗电量极大，且电机运行的过程中会产生极大的噪音，导致电机的使用寿命大幅度缩短，散热性能较差，温度变化范围大，不稳定。将变频调速电机应用于家用电器中，有助于改变以上的这些缺陷，促进家用电器的变频化，使更多的家用电器具有省电节能高效的特点，并且能够在一定程度上降低噪音的困扰，增长电器的使用寿命。目前，该类型的变频调速电机主要在空调、冰箱以及洗衣机中获得广泛使用，达到了节能降噪、保护环境的目的。

4.3风机、水泵中的应用

除了家用电器中的应用，目前应用最广泛的其实是高压电动机驱动的风机、水泵和压缩机。当其他情况相同的条件下，装机容量越大绝对的节电量也就越大。变频调速器的应用和普及，还使电机实现了软起动和软停止，避免了瞬时强大电流的通过，极大程度地减少了电机的故障率，延长了电机的使用寿命，不再出现对电网的冲击和电能损耗。因此，变频调速装置的推广和使用已成为目前节约电能工作的重点和首要工作。

5、结语

随着电子电力技术的飞速发展和工业生产对电气设备性能的要求越来越高，变频调速设备的适用范围和普及率也越来越高。但是，变频调速装置也有其调速和控制范围。根据平方转矩的特性分析可知，只有明显的调速才能实现电能的节约，不明显的调速或是调速不在设备的工作频率之内节能效果是无法实现的。因此，只有在适合使用变频调速装置的情况下，积极地引进先进的技术手段，对设备进行适当的更新换代，才能达到节约电能的目的。虽然短期看来更换设备资金消耗和投入较大，但站在长远的角度来看，是符合企业的根本利益的明智之选，能够为企业带来长期的利益，促进企业的可持续发展。在当前国家实行节能减排的大政策面前，变频调速电机的使用符合我国的基本国情，是适应国情发展的必然选择，也是为企业谋求经济效益提高的根本途径，企业必须认识到这个发展的大趋势，积极地革新技术手段，引进新技术新方法，更换陈旧的设备，站在长远的角度对待目前公司的发展，实现变频调速电机的应用最大化。

参考文献

[1]李涛，徐士杰.变频调速电机节能与应用分析.《中国科技投资》，2013年27期

[2]王恩娜.分布式控制系统对设备搅拌器变频调速的应用.《电机与控制应用》，2011年6期

[3]林道远.高压变频调速节能控制技术在水电厂水泵系统中的应用.《科技创新导报》，2013年9期

变频电机车的应用 第4篇

直流架线式电机车是矿井重要的运输设备, 机车牵引电机通常采用一两台直流串激电动机作为牵引动力。为控制起动电流, 初步起动时先以串联的方式连接两台电机, 并将最大的起动限流电阻串联在回路上。启动后电机的转速逐步增加, 操作者逐步切断电阻, 再以并联的方式接入电机。此时一定要接入起动电阻, 再逐步将电阻切断, 当电阻完全切除时电机车便可全速运行。电机通过能耗制动, 就是切断电机的工作电源, 将其接成串激发电机然后将电阻以串联的方式接入。此时电机将电机车的惯性功能转换为电能消耗在电阻上, 电机车就能加速停车。制动力矩的调节可通过改变制动电阻阻值来实现。而通常都要借助控制器来切换各线路。控制器由主控制器鼓与换向两大元部件构成。电机车前后运行主要由换向鼓来操控。而两台电动机的串联或并联, 电阻的接入与切换, 以及电动机接成能耗制动的操作则要通过主控制器鼓来实现。但随着技术提升, 交流变频调速系统越来越多的被应用到矿用电机车中。

1 直流架线式电机车存在的问题

(1) 直流电动机构造复杂, 制造成本高, 不耐潮, 而且转子上有线圈和易磨损的炭刷, 运行时故障频出, 备件和维修成本都较高; (2) 通过司车头控制器的切换来调控速度, 平滑性不好, 而且仅能通过零档与1档的切换实现低速运行, 触头烧蚀现象频繁出现, 常常破坏生产秩序; (3) 控制器接地或接触不良导致设备单机运行或出现电气制动失灵的问题, 安全运行无保障; (4) 电阻降压调速带电阻动行, 电能消耗量大, 节能效果差。

2 装置改造的必要性

井下作业环境比较特殊化, 电机车没有好的运行环境, 运行时电网电压往往出现大的波动, 架线线路高低错落, 致使受电弓子频繁跳动。铺设的运输铁轨低洼错落, 而且回馈线电阻也会因铁轨接洽处处理不当而造成电阻阻值变大, 线路的电压随着与变电站距离的拉大而逐渐减小。通常井下多弯道、漏斗和无电区, 车斗只经过简单的连接, 运行时发生碰撞产生较大的冲击力。这些都是直流架线式电机车井下运行所要面临的问题。为此可采取以下措施解决这些问题: (1) 为控制改造时的成本投入比例, 节省施工时间, 经改造的电机车工作电源仍然在直流架线下工作, 同时可根据原有尺寸安装三相交流电动机机座和机轮, 允许互换安装; (2) 为适应多弯道的井下作业, 电机车经改造后最小牵引力可达到2.2KN; (3) 在架线弓子瞬时断电时, 恢复后能够迅速起动; (4) 电机车经改造后, 机车故障减少, 稳定性有了保障, 节省了一大笔维修费用; (5) 备件消耗小, 造价得到有效控制; (6) 耗电量减少, 节能效果良好。

3 改造方案的选择

最近几年, 电力电子技术和PLC技术及IGBT功率期间迅速发展, 变频调速技术作为交流电机重要的调速方式也取得了很大的进步。变频器的功能是调控交流电动机的转速。特别是直接转矩控制 (DTC) 变频器, 其变频调速技术可以说首屈一指, 是现阶段业界普遍认可的最佳调速方式, 目前已广泛应用与电梯、造纸、冶金、港口机械和矿产等诸多行业。变频器的调速性能不必多说, 相较于直流调阻电机车或直流斩波电机车来说, 变频器显著的节能功效值得一提。

4 改造系统的原理

(1) 系统组成。经改造的系统, 原有的直流调阻系统DTC变频调速器所取代, 三相交流异步电动机代替了原有的直流电动机。 (2) 系统原理。DTC变频调速技术, 是通过空间电压矢量PWM直接控制磁链和转矩, 确定逆变器的开关状态来实现的。异步电动机的转矩同逆变器输出电压矢量控制逆变器的开关策略通过开关信号选择单元给出, 电动机的定子电流、母线电压同检测单元测出后经坐标变换器变换到模型所用的d-P坐标系下, 再与转速信号一起作为电动机模型的输入, 计算出磁链、转矩;将模型磁链幅值、转速值和转矩值与设定的输入量作比照后分别送至相应的调节器, 经两点式调节输出相应的磁链和转矩开关量, 这个量作为开关信号选择单元输入, 以选择适当开关状态来完成直接转矩控制。它完全能够使三相鼠笼异步电动机达到和超过直流电动机的起动转矩零转速满转矩起动, 转矩可达到150%以上, 最大转矩为200%, 可满足电机车在低速时的最大起动牵引力, 使机车强劲有力, 是目前最先进的交流异步电机的控制方式。这对井下环境恶省, 轨道转弯多、弧度小非常有力。改造后的交流变频调速电机车采用结构简单、性能可靠的三相鼠笼异步电动机和节电显著的以英威腾GD300-22G变频调速器为主机的控制系统, 与原有的电机车控制系统相比, 具有牵引力大、运能高;安全性、操控性、舒适性大幅提高;维护费用低、无故障运行时间长;节能效果显著四大优点。新系统使机车牵引力可提高150-200%, 实现无级调速, 节能效果显著。3吨交流牵引力电机车改造完毕后, 可达到5吨直流牵引力电机车的牵引力并实行节能与安全制动兼顾, 节电效果比原配置直流系统高25-35%。

5 直流电阻调速电机车与交流牵引变频调速电机车比较

(1) 司控器部分易损部件:司控器部分的年维修费用:2000元/年。相比较:交流变频电机车, 则没有这方面的维修量, 节省了这方面的维修费用。 (2) 直流电机部分易损部件:直流电机部分的年维修费用:在1.5万元~2万元 (包括大修转子) 。相比较:交流变频电机车, 交流电机的维修费用很小、维修量也小、使用寿命长、与直流电机比较价格低。 (3) 调速电阻器直流电阻调速电机车制动部分年维修费用: (180×4) ×6+700=5020元。相比较:交流变频调速电机车采用再生制动, 基本不用手动制动。可以节省下这部分费用。

6 交流变频调速电机车与直流电机车相比较显著特点是节省能耗

(1) 由于交流变频调速电机车采用的是DTC直接转矩控制, 而电阻调速电机车利用 (加、甩) 电阻耗能进行调速, 所以电阻调速电机车比交流变频调速电机车能耗要大35%左右。 (2) 交流变频调速电机车启动力矩大 (可达到300%) , 直流电阻调速电机车启动力矩小 (最高只能达到180%) 。 (3) 交流变频调速电机车在上坡道可以任意停车再启动运行, 下坡道可以设定任意速度行驶, 避免了飞车。变频调速电机车可以在60‰的坡道上运行, 而电阻调速直流电机车只能在小于11‰的坡道上运行。 (4) 直流电阻调速电机车, 尤其在频繁启动 (加、甩电阻换档) 时, 架线上的电能都在电阻上发热白白消耗掉了, 而采用DTC控制的交流变频调速电机车则不存在这个问题。 (5) 从牵引力方面比较:电阻调速直流电机车特性软, 交流变频调速电机车特性硬, 相同黏着条件下直流牵引电机车牵引力小。

7 结论

(1) 每台直流电阻调速电机车每年的耗材及维修费用大约是25000元 (包括更换直流电机转子) 。采用交流变频调速电机车节约电费大约50600元/年。 (2) 与直流电机车相比较, 采用交流变频调速电机车。每年每台机车可以节约综合费用大约6万元左右。如果改造一台七吨电机车一次投资的费用一年半便可收回。

参考文献

[1]孙杰华.牵引变电所直流系统故障分析和解决方法[J].黑龙江科技信息, 2010 (27) .

[2]周春志.变频调速装置在煤矿生产中的应用研究[J].价值工程, 2011 (07) .

电机变频 第5篇

PLC实习报告

变频器控制电机

姓名：XXX 班级：ＸＸＸＸＸ 学号：XXXXXX 院系：电气信息工程学院 指导教师：ＸＸＸＸ

实习日期：ＸＸＸＸ．Ｘｘ．ｘｘ

目录

一、实习目的和任务……………………………………….…..…1

二、实习的基本要求…………………………….………….…..…2

三、硬软件介绍……………………………………………..……..…3

四、实习步骤……………………………………………..……..…….4

五、系统调试及运行………………………………………………6

六、实习体会…………………………………………………………..8

七、参考文献…………………………………………………………..9

八、教师评语…………………………………………………………..10

北华大学

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一、实习目的和任务

实习名称：PLC变频控制实现电动机正反转及调试

实习内容：通过PLC模拟量模块控制变频器运行。外部电位器由PIW272送入PLC中，当给定值大于2V时，将外部给定值直接通过PQW272送到变频器频率给定端。画出外部接线图，并设计梯形图。

实习目的：

1、掌握西门子MM420变频器的使用。

2、掌握基本逻辑指令格式及应用。

3、进一步了解西门子S7-300PLC的功能和应用方法以及调试方法。

4、了解STEP7的编程环境及其基本操作，掌握STEP7的基本操作步骤。

5、利用PLC构成电动机启动、停止和正、反转控制系统。

二、实习基本要求：

1、闭合开关SB1时，电动机正向运转，转速由PLC模拟量输出来控制，电动机转速可由0到额定值连续变化，断开SB1，电动机停止运行。

2、闭合开关 SB2时，电动机反向运转，变频器数字输入端口“6”为“NO”,电动机转速可由0到额定值连续变化，断开SB2，电动机停止运行。

三、硬软件介绍：

1、西门子S7-300PLC

1)S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。

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2)产品特性编辑

针对低性能要求的模块化中小控制系统 可配不同档次的CPU 可选择不同类型的扩展模块 可以扩展多达32个模块 模块内集成背板总线

网络连接-多点接口(MPI),-PROFIBUS或-工业以太网 通过编程器PG访问所有的模块 无插槽限制 3)产品特点编辑 循环周期短、处理速度高

指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能 产品设计紧凑，可用于空间有限的场合 模块化结构，设计更加灵活 有不同性能档次的CPU模块可供选用 功能模块和I/O模块可选择

有可在露天恶劣条件下使用的模块类型 4)工作原理编辑

PLC采用循环执行用户程序的方式。OB1 是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。

在起动完成后，不断地循环调用OB1，在OB1 中可以调用其它逻辑块(FB, SFB, FC 或SFC)。

循环程序处理过程可以被某些事件中断。

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在循环程序处理过程中，CPU 并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU 内部的输入/输出过程映像区（在CPU的系统存储区）

2、MM420变频器

MM420变频器西门子变频器是由德国西门子公司研发、生产、销售的知名变频器品牌，主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。并以其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的BiCo（内部功能互联）功能以及无可比拟的灵活性，在变频器市场占据着重要的地位。

具体简化BOP调节步骤如下：

1.恢复工厂设置：p0010=30 p0970=1 即：调试完毕，恢复原样，此时变频器会显示（p---或者BUSY）请片刻等待。

2.调试时： P0010=1 即：此状态各参数可改变

P0100=0 选择工作地区为0表示kw P0304=380（220）V 电动机额定电压 P0305=1.6（0.9）A 额定电流 p0307=0.25 KW 额定功率 P0310=50 HZ 额定电源频率 P0311=1400 R|min 额定转速 P0700=1 1为基本操作面板 P1000=1 选择频率设置值 P1080=X（自己设定值）电动机最小频率 p1082=50 电动机最大频率 P1120=10 斜率上升时间

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P1121=10 斜率下降时间 P3900=1 结束快速调试 完成调节

3、STEP 7 STEP 7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC的编程、监控和参数设置，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。

STEP 7具有以下功能:硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一对象，按F1可以得到该对象的相关帮助。

在STEP 7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。STEP 7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的数据。实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP 7中。

PC/MPI适配器用于连接安装了STEP 7的计算机的RS-232C接口和PLC的MPI接口。计算机一侧的通信速率为19.2kbit/s或38.4kbit/s，PLC一侧的通信速率为19.2kbit/s~1.5Mbit/s。除了PC适配器，还需要一根标准的RS-232C通信电缆。

四、实习步骤：

1、PLC硬件组件

MM420变频器可以通过数字量输入端口控制电动机的正反转，由模拟输入端控制电动机转速大小。MM420变频器的模拟量输入为0-10V电压，在模拟量输入端接一电位器便可。

通过设置P0701的参数值，使数字输入“5”端口具有正转控制功能；通过设置P0702的参数值，使数字输入“6”端口具有反转控制功能（参数功能

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见《MM420使用大全》）；模拟量输入“3”和“4”端口外接实验台模拟量给定输出，通过“3”端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速大小。即由数字量控制电动机的正反转方向，由模拟控制电动机转速大小。

要用PLC通过模拟量控制变频器，就必须有相应的模拟量模块，这里我们要选择相应的西门子的SM的模拟量模块，具体的硬件配置如下所示：

图1.硬件组建

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PLC外部接线图：

SB1I0.0I0.1SB2Q0.0Q0.1PLCQV0MANA563MM42049MV0+MO-24V M12VMPLC变频控制电机正反转

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PLC程序设计

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五、系统调试及运行：

1、电动机正转：闭合开关SB1时，变频器数字输入端口“5”为“ON”，电动机正向运转，转速由外接给定电位器来控制，模拟电压信号从0V~+15V变化（调节时转速不要超过额定转速，以免损坏电动机）。通过调节电位器改变端口“3”模拟输入电压信号的大小，可平滑无极的调节电动机转速的大小。断开SB1，电动机停止运行，通过P1120和P1121参数，可改变斜坡上升时间和斜坡下降时间。

2、电动机反转：闭合开关SB2时，变频器数字输入端口“6”为“ON”，电动机反向运转，转速由外接给定电位器调节，断开SB2，电动机停止运行。该模拟量同样来自模拟量输出模块，利用PLC来控制。

六、实习心得：

为期一周的PLC实习就这样结束了，这一周的实习让我收获了不少。我们实习的项目是PLC变频器控制实现电机正反转及调速。通过这次PLC实习，我了解了S7-300PLC的功能和调试方法，对PLC梯形图、指令表、外部接线图也有了更好的了解。同时，也基本掌握了STEP7的基本操作步骤，并且亲自使用绘图软件绘制了实习内容的外部接线图。

这次PLC实习我们采取的是以小组为单位的学习，我们是一个三人小组。通过这次实习我感受到了团队的力量，知道了团队合作的重要性。在遇到问题

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时我们相互讨论共同解决，在讨论的过程中尽可能的统一思想，共同完成实习任务这次的实训是我们第一次接触编程实践，以前上课的时候虽然老师也是总叫我们去编程和做作业，但是我们都不知道在实际中我们的程序能不能用，所以我们对PLC这门课业就没有发费太大心思。但是这次的实训让我有很大启发。刚开始接触时信心十足，觉得没有什么大不了的，因为觉得以前编写的程序都很简单，也不用太多时间，所以很轻视。后来发现并没有想象的简单，我们开始自己想办法解决遇到的一些问题，有不明白的找学长请教，最后经过努力我们组是全班第一个完成实习要求的小组。

通过这次对PLC控制，让我了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

总之，这次的实训给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可以打造一片属于自己的天地。

七、参考文献

[1]《PLC技术使用教程——基于西门子S7-300》 弭洪涛 孙铁军 牛国成 电子工业出版社

[2]《PLC实验指导书》 弭洪涛 杨伟鸿 北华大学内部资料

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八、教师评语

教师评语:

成绩:

鼠笼型异步电机变压变频调速系统 第6篇

【关键词】鼠笼型异步电机 变频器 调速

异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。由于在调速过程中电机功率不会随着转速而变化，其调速范围宽，且效率在高低速时效率都比较高，若再采取一些技术手段，就可以实现更高的动态性能，其性能可直追直流调速系统。

安川616F7系列变频器为安川公司生产的通用矢量型变频器。基于现代控制理论的磁通观测器，神经元控制转矩，无需PG均能实现1：100宽幅高精度调速，150%额定转矩输出，具有过流、欠压、接地、短路、过载等多种保护功能，同时具有丰富的通讯功能，支持多种通讯协议。低速大转矩，高可靠性及高控制精度是该变频器的特点。因而广泛地应用于各种需恒转矩输出的精密调速系统

在对电动机进行调速时，通常会有两种情况出现：1、磁通太弱，即电机的铁芯没有得到高效率充分的利用，会产生浪费。2、磁通过分增大，又会使电机的铁心饱和，饱和后产生的励磁电流也会增大，严重时会因为励磁绕组过热而损伤电机。所谓的磁通是由定子和转子磁势合成产生。以上两种情况可以得出，保持电机中每极磁通量为额定值不变是最佳的状态。而根据电动机电气原理我们得知磁通与定子每相电动势E与定子的频率f息息相关，只要控制好E和f，便可达到控制磁通的目的，在此我们只考虑基频以下的情况：要保持磁通不变，当频率f从额定值向下调节时，必须同时降低定子每相电动势E，使 E/f= 常值， 即采用恒值电动势频率比的控制方式。当电动势较高时可以认为定子相电压U ≈E ，则得出恒压频比的控制方式。

但是，在低频时E和U都较小，定子阻抗压降就会占有较大的比例，不再能忽略。在这种情况下，我们需要升高电压，目的是补偿定子压降。我们要求电机在不同转速时，都能在允许温升下长期运行，电机的转矩基本上是随磁通变化而变化的。按照电力拖动原理，我们得知在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”。

在恒压频比控制时，为了使气隙磁通保持不变，使电机铁心能够得到充分利用，最大程度地发挥电机产生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。在这种情况下，同步转速随频率变化而变化。在恒压频比的条件下改变频率w1时，机械特性基本上是平行下移。而频率越低则最大转矩值越小，其最大转矩是随着的频率降低而减小的。频率很低时，最大转矩太小将限制电机的带载能力，此时我们必须采取一定的方式提升电机的带载能力，方法为采用定子压降补偿，适当地提高电压。

在恒压频比控制时，如果在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压的数值，使它在克服定子阻抗压降以后，能维持E/w1 为恒值（基频以下），则可知，无论频率高低，每极磁通均为常值。它的线性段范围更宽且稳态性能优于恒压频比控制的性能。这正是高性能交流变频调速所要求的性能。

电压与频率w1是变频器—异步电动机调速系统的两个独立的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调控制。

在基频以下，采用不同的协调控制方式，得到的系统稳态性能不同。

安川F7系列变频器属于交-直-交的变压变频器，它先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成频率和电压都可调的交流电， 这类变压变频器在恒频交流電源和变频交流输出之间有一个“中间直流环节”，所以又称间接式的变压变频器。它是由二极管组成不控整流器和由功率开关器件（P-MOSFET，IGBT等）组成的脉宽调制（PWM）逆变器，简称PWM变压变频器。

近年来，变频器技术得到了长足的发展，各项应用已经十分成熟。在各大工矿企业中，许多风机、水泵等各类负载电机都已经应用变频器进行控制，它通过改变电源的频率来改变电机的转速（也就是改变了电机的输出功率）来调节风量、流量，其节电效果十分明显。

变频调速范围宽，平滑性好，效率高，具有良好的静态性能和动态性能，而直流电动机因为换向器的存在，使得直流电机的维护量大，单机容量和最高转速受限电力电子技术及控制理论的发展，交流调速逐步取代直流调速将是大势所趋。但是三相交流电压经二极管整流和电容滤波后将产生含有许多奇次谐波成分的整流电流，其谐波成分影响到电网，造成公害。采用交流或直流电抗器可以有效地抑制这种谐波。

电机变频 第7篇

关键词：起重机,变频控制,电机及变频器选择

0 引言

起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，每天使用频繁，工作量很大。目前大部分起重机拖动系统采用绕线式交流异步电机，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器或继电器-接触器控制，见图1。

这种控制系统主要缺点是电机转子串电阻调速属能耗型转差调速，能耗大，机械特性软，调速范围小，平滑性差；继电器-接触器控制系统在频繁切换的情况下，冲击电流大，触头烧损、电刷冒火、电动机以及转子所串电阻烧损和断裂故障时有发生，故障率高。

近年来，随着变频技术的日益成熟，以及变频器价格的不断降低，变频调速技术得到了越来越广泛的应用，加之国家对节电节能技术的积极推广，起重机械的变频改造已成为趋势。其优点是：(1)控制系统中交流接触器大量减少，电器维护费用大大降低；(2)变频控制起重机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，安全性提高，并且延长了起重机机械部分的寿命；(3)最显著的优点是节约能源，据统计，变频调速改造后比转子回路内串入多段外接电阻调速方式节电20-25%；(4)低速时启动转矩很大，具有精确定位的优点，不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象，空载时速度提高，工作效率比老系统提高25%。变频器具有完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合PLC控制，可大幅度提高变频起重机电控系统的可靠性。但是一些企业在起重机变频改造后经常会出现电机和变频器频繁过流甚至烧毁电机、变频器的现象，其主要原因是电机和变频器的容量配置选用不合理，变频器参数设置不当，及制动电阻选用太小，电机使用原旧电机时没有进行处理，绝缘劣化等，下面针对电机和变频器的容量配置选用应注意事项作一说明。

1 电动机的选择

起重机在变频改造中当异步电动机由通用变频器控制时，由于高次谐波的影响和电动机运行速度范围的扩大，定子电流中含有高次谐波、空载时电动机的功率因数和效率都会变差，其高次谐波损耗主要包括铜损和铁损两部分，其中铁损是磁通密度和频率的函数，由于PWM变频器中含有载波频率，与谐波有关的铁损比较大，这些是导致电动机温升增加的因素。

笼型电机的散热能力是按照在额定转速时装在电动机轴上的（即自扇式）冷却风量考虑的。当电机速度降底时风量变小，电动机的温升与冷却风量之间的关系如下式。T∝1/Q0.4-0.5∝1/n0.4-0.5。式中：T为电动机温升；Q为冷却风量；n为电动机转速。温升与转速的0.4-0.5次方成反比，由于转速降低冷却风量变小，将出现不允许的温升。因此，变频调速系统中，如果电机要连续运行,并且低速运行时间较长，且调速比较大的场合，电机要采用另外设置冷却风扇的办法，否则电动机容量必须放有一定的余量。另外，如果起重机改造要更换电机，则在设计计算过程中，一般要考虑电动机在功率相同的情况下，同步转速较高的电动机具有较高的功率因数和较小的额定工作电流，这在一定程度上降低了对变频器容量的要求，因此在条件许可的情况下，设计时尽可能选用同步转速高的电动机。

2 变频器的选择

起重机电机的运行具有大惯性、四象限的特点，与其它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。

2.1 变频器额定电流要参照电动机的额定工作电流来确定。

电动机的额定工作电流———指电动机在额定载荷下运行的工作电流，而不是指电动机铭牌上额定电流值。变频器额定电流应不小于额定负载时电动机的额定工作电流。同时最大输出电流应不小于所驱动电动机的最大工作电流。电动机最大工作电流Imax;I2max=Io2+（Mmax/Mn×Iw)2。式中：Iw为有功电流；Io为无功电流；Mmax为电动机最大起动转矩；Mn为电动机额定转矩。一般来说电动机平均起动转矩为额定转矩值的1.3-1.6倍，考虑到电源电压波动及需要通过1.25倍额定静载试验要求等因素，其最大转矩应是负载转矩的1.7-2.0倍，以确保安全使用。通常对于普通鼠笼电动机来讲，等额变频器仅能提供小于150%超载负载力矩值，由于变频器的输出波形不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。为此要通过提高一级变频器容量来获得200%的负载力矩值。

2.2 变频器的控制方式通常有四种；

U/f开环控制方式；U/f闭环控制方式；开环矢量控制方式；闭环矢量控制方式；起重机变频调速采用开环还是闭环控制，对于在起重机上的应用来讲最大的差别在于闭环控制起动转矩更大，低速运行更平稳，调速范围更广。起重机起升机构的负载变化大，惯量小，属于位能性负载，为了获得快速的动态响应，实现对转矩的快速调节，获得理想的动态性能，应采用矢量控制方式，特别在调速比较大的使用场合，采用闭环矢量控制方式可以获得稳定的工作状态和良好的机械特性。在起升机构有主副钩时，由于主副钩不同时工作，可以考虑用一台变频器通过参数自学习自动存储两套电机参数，通过切换指令实现对主副钩电机的高性能矢量控制，降低改造成本。

大、小车运行机构由于其惯量较大，基本属于阻力性负载，故采用U/f开环控制方式，在此方式下，一台变频器可以同时驱动几个并联的电动机工作。

3 结论

采用变频调速可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，其外围控制线路简单，维护工作量小，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高，并且高效、节能，所以采用交流变频调速是起重机节能技术发展的主流。但在电机及变频器的选择时要充分考虑其工作环境，合理选择电机和变频器的容量，合理设置变频器工作参数及制动电阻配制，对使用原旧电机时一定要进行绝缘处理，确保起重机安全运行。

参考文献

[1]裘为章.实用起重机电气技术手册.机械工业出版社.

[2]GB/T3811—2008《起重机设计规范》.

变频调速电机节能应用分析 第8篇

变频调速电机系统是性能最好且最有发展前景的机电一体化产品, 除必须有变频器外, 还必须具有与之配套的交流电动机才能实现无级调速。变频调速电机主要用在额定频率及其以下的某一频率范围内作恒转矩驱动, 在额定频率以上的某一频率范围内作恒功率驱动。

1 变频调速运行理论分析

1.1 变频调速基本原理

交流电动机的同步转速可以表示为:

根据异步电动机转差率的定义:

可知交流异步电动机的转速为:

式中:f是电动机定子绕组频率;P是电动机极对数。

由上式可知, 如果均匀地改变交流电动机定子绕组的供电频率, 电动机转速就可平滑地改变, 这样就实现了对电动机转速的调节和控制。

1.2 变频调速控制方式

绕组中的感应电动势是难以直接控制的, 当电动势值较高时, 可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降。而认为定子相电压约等于电动势, 若保持输出转矩一定, 就要求磁通不变, 则得电压与频率的比值为常数, 这就是恒压频比的控制方式。但在低频时电动势较小, 定子阻抗压降所占的份量就比较显著, 不再能忽略。这时需要人为地把电压抬高一些, 以便近似地补偿定子压降。

频率从额定值向上升高, 受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制, 定子电压不能随之升高, 只能保持额定不变, 电动机输出功率也保持不变, 这将导致磁通与频率成反比地降低, 使得异步电动机工作在弱磁状态。

2 变频调速电机技术特点

逆变器驱动电机系统中, 不可避免地存在谐波损耗及谐波附加转矩, 并由此给变频调速电机带来一系列不利影响, 如低频时转速波动等。从电机电磁和结构上采取相应措施来抑制由于谐波而产生的负面影响显得尤为重要, 电机主要技术特点如下:

(1) 采用变频调速系统, 虽然综合效率提高, 但电机效率有所下降。不论哪种形式的变频器, 在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流, 使电机在非正弦电压、电流下运行, 会引起定子铜耗、转子铜 (铝) 耗、铁耗及附加损耗的增加, 最为显著的是转子铜 (铝) 耗。变频电机电磁设计时需采取多种有效措施, 减少变频器谐波对电机的影响。

(2) 为了避免电机绝缘系统在逆变电源供电环境中的迅速老化及电晕现象, 防止绕组局部绝缘击穿, 加强了电机绕组的匝间绝缘和对地绝缘, 并采取了防电晕措施, 使电机的绝缘系统能承受更高的介电强度, 也能承受运行电压和逆变器换向时产生的尖峰电压叠加值。

(3) 采用VPI真空压力浸漆。与绝缘形式相匹配的真空压力浸漆过程, 使电机的整个绝缘结构内部的空隙由无溶剂浸渍漆填满, 形成一个整体, 大大提高了电机防潮、耐热、导热能力, 又增强了电机绝缘的机械、电气强度, 从而提高电机的可靠性, 延长其寿命。

(4) 变频电机滚动轴承上加有轴承套, 轴承套与端盖之间加有绝缘层, 以隔断由于共模电压造成的轴电压和轴承的泄漏电流。

(5) 由于变频电机工作频率范围宽, 转速变化范围大, 各种电磁力波的频率很难避开电机各构件的固有振动频率。变频电机采用轴向推入式结构, 并充分考虑电机各构件及整体的强度, 尽量提高其固有频率, 以避开各次力波产生共振现象。

(6) 为配合用户变频调速系统进行转速闭环控制和提高控制精度, 在电机尾部可应用户要求装设非接触式转速检测器, 一般选用增量型光电编码器。

3 节能应用分析

3.1 节能概述

节能的多少不仅决定于调速效率, 还与设备的运行工况密切相关。在预计节能效果时, 必须有工况变化作为前提。对于变化工况的风机、泵类, 采用变频调速节能, 效果最为明显。

当负荷发生变化时, 需要经常调节风量。传统的调节手段是通过调节风机挡板的开度, 即改变风道阻力的方法来调节风量, 风机效率往往运行在最低点。如果风机能在调速状态下运行, 则可将风道的阻力减少至最小, 功率消耗也降至最低, 如图1所示, 此时风机可以始终处于高效点运行。

3.2 应用分析

(1) 主要参数 (以某公司引风机电机为例) 。

风机型式:单吸、离心式、D型

风机型号:JLY75S-30No24D

风量:Q=186970m3/h

风压:6500Pa

变频调速电机型号:YPT500-6

额定功率:560k W

额定电压:6k V

(2) 引风机性能曲线 (如图2) 。

由图2可以看出:随着风量的增加, 引风机的静态压力下降。现假定引风机效率最大的工作点是A点。当需减少风机的供风风量时, 过去经常采取调节阀门的方式, 增加系统阻力来满足要求 (见工作点B) 。这种方法不但不节能, 反而会增加风机的效率损耗。采用变频调速技术后, 当上述工况出现时, 就可通过调速装置降低电机转速, 使系统重新达到平衡 (见工作点C) 。从C点可看出, 电机转速虽然降低了, 但对引风机效率影响不大。

3.3 利用相似理论进行分析

风机的流量是指它在单位时间内输送的流体数量, 可用体积流量Q, 与重量流量G表示。它们之间的关系为:

式中:Q———体积流量, m3/s;G———重量流量, kg/s;γ———介质重量, k g/m3。当温度为0℃, 水的重度γ=1000kg/m3, 空气的重度γ=1.29kg/m3。

由于空气的重度很小, 并随温度、压力的变化而变化, 所以在风机设计中, 一般不采用重量流量, 而采用体积流量。

风机的输出有效功率是指在单位时间内通过风机的流体所得到的功率, 即

式中:Pe———有效功率, k W;PT———全风压, kg/m2。

由于风机内存在损耗, 原动机传给风机轴上的功率PF总大于其有效功率Pe。设风机的效率为ηF, 则轴功率为:

当风机的转速从n1变化到n2时, 其流量Q, 全风压PT以及轴功率PF的关系为:

3.4 相关参数估算

风机正常运行下的轴功率为:

考虑到负载10%的波动, 而且本项目用是560k W电动机, 考虑到电动机非满负载时的效率较低, 效率按0.9计算, 因此, 电动机实际轴功率为:

如采用出口节流阀门调节轴功率, 则风压随流量的下降而增加, 假定风量下降至130000m3/h时, 由特性曲线表查出风压为7800Pa, 此时风机的轴功率为:

随着负载的降低, 电动机的效率更低, 电动机效率按0.85计算, 此时, 电动机实际轴功率为:

如果用变频器把电动机的转速降下来, 根据特性曲线, 可以看出在额定工作点下, 随着转速下降, 风量、风压、轴功率基本成正比下降。其中风量为一次方, 风压为二次方, 轴功率为三次方。假定风量下降至130000m3/h时,

由公式, 求出

所以, 当电动机的转速降到681r/min时, 可以满足负载的要求, 此时电动机的轴功率为:

故节能百分比为:

3.5 效益估算

如果长期在此工况下运行, 假定用电的价格为0.5元/k Wh, 一年按300天计算, 则每年可节约电费为:

即使与使用节流阀门时的工况比较, 每年可节约的电费为:

供水泵房电机变频改造应用研究 第9篇

因为用水随时间与生产情况而变化, 存在压力不稳, 能量消耗高等问题。为保证两清水池水量平衡, 操作人员与通过阀门调节水量的平衡。其缺陷是增加了劳动量, 并且很难保持供水压力的恒定。为了解决以上问题, 本文采用变频改造, 变频调速供水系统具有高供水质量, 强灵活性, 小耗电量, 电机起制动平稳, 无水锤效应, 占地面积小, 节约能源, 原材料消耗小, 降低系统的维护工作量和故障率等优点。经过改造可以解决以上问题的同时, 也达到节约能源的目的。2008年, 巴陵石化有限公司对其供水车间成功的进行了变频改造, 实现了工作效率高、故障少、节能等目标。因此, 对供水泵电机变频改造探讨是具有很大的实际意义和现实意义。

1 变频节能原理分析

1.1 变频器工作原理

变频器是一种将电网电源整流后再逆变成频率、电压可变的交流电供三相交流电动机专用的电源装置, 主要由功率模块、超大规模专用单片机等构成。不同品牌的变频器由于采用不同的功率模块、单片机以及控制方式, 其性能、功能等分别适用于不同的场合。在变频调速时, 电动机最大转矩T=Cm (U/f) 2, 式中Cm为电动机常数;U为电源电压;f为电源频率, 如果在改变电源频率f的同时, 同步的改变电源电压U, 可实现转矩T不变的调速特性。

1.2 供水泵调速节能原理

变频调速是改变电动机定子电源的频率, 从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是由提供变频电源的变频器所组成, 变频器通常可以分成交流—直流—交流变频器和交流—交流变频器两大类, 目前国内大多数所使用的变频器主要为交—直—交变频器。鉴于工程实践经验, 本供述泵房电机变频工程同样采用交—直—交变频器。

在各种变频调速的应用中, 最节能的方式是用调节转速来调节流量。流量Q压力H、轴功率Ps为泵的基本参数。如图1为水泵调速时的Q-H曲线。水泵在A点的效率最高, 输出的流量为100%, 轴功率Ps1与Q1、H1的乘积成正比。调节阀门可以调节流量从100%~50%, 但是, 此时管网阻力增加了, 即使流量虽然降低了, 压力却也增加了, 而且水泵轴功率Ps2与BH2OQ3的面积的比, 降低很少。但是如果采用变频调速, 如图1所示, 水泵的转速会从n1降低至n2。从图1可清晰地发现, 在满足相同流量Q2的前提下, 水压降至H3时, 轴功率与CH3OQ2的比值明显地降低了, 这意味着轴功率得到了明显的节约, 从而达到了节能的目的。

1.3 变频改造优点

控制方式通过采用变频控制以取代原先的交流恒压恒速控制, 这种通过采用变频控制的控制系统, 并根据实际情况制定供水流程, 分段设置变频频率, 进而控制供水泵房电机的运行速度, 从而在达到充分高效排泥的同时节省水耗和能耗。较多工程实践表明, 供水泵房电机的控制方式通过改造后可有效地的延长供水周期;减少了10%的用电量;提高了滤前水质, 而且有相当显著的节能降耗效果。

2 改造方案

2.1 常见泵类调速方法比较

变频调速。这种调速方法主要原理是通过改变供电电源频率, 机械性能最好, 功率因素一般优, 节能效果显著, 调速范围广平滑, 投资高, 对电网有污染。

电磁调速, 这种调速方法的电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源 (控制器) 三部分组成。直流励磁电源功率较小, 通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成, 改变晶闸管的导通角, 可以改变励磁电流的大小。其主要原理是调节砖差耦合器的励磁电流。机械性能差, 功率因素良好, 有节点效果, 调速范围一般平滑, 投资一般, 转差损耗较大。

液力耦合器调速, 这种调速方法的液力耦合器是一种液力传动装置, 一般由泵轮和涡轮组成, 它们统称工作轮, 放在密封壳体中。主要原理是控制耦合泵液体流量, 机械性能差, 功率系数良好, 有节点效果, 调速范围一般平滑, 投资一般, 旧设备改造困难。

串级调速, 这种调速方法的串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差, 达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收, 再利用产生附加的装置, 把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。其主要功能是改变转子反动势, 机械性能一般, 功率因素差, 有较好的节电效果, 调速范围平滑较宽, 投机较高, 只能使用在绕组型电动机。

调压调速, 这种调速方法的主要功能是改变电机端电压, 机械性能较差, 功率因素良好, 有节电效果, 调速一般平滑, 投资一般, 调速效率低。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只适合与小型鼠笼电机。

通过以上的五种方案比较表明, 显然变频调速方案优势显著, 有很好的机械性能、最好的功率因素、节能效果显著, 调速平滑, 其缺点就是造价高, 产生高次谐波对电网有污染。

2.2 常见供水变频方案

变频泵固定方式。在整个系统中只有一台变频器, 其工作原理是变频器连接第一台水泵, 其他水泵通过软启动器和PLC链接, 由变频器控制加泵减泵。其优点是不会出现失压的现象, 加入变频器坏死, 可以用软启动器手动启动水泵, 所以备用启动不需要做。其缺点是投资较大。

变频泵循环法方式。由PLC控制切换, 变频器控制输出端口信号。变频器链接在第一台水泵上, 当需要加泵时, 变频器链接在第二台, 第一台照常工作, 还需加泵, 变频器链接在第三台, 一二台照常工作, 依照此原理进行循环。当需要减泵时, 系统关掉第一台, 还需减泵, 系统再关掉第二台, 依次循环。其优点是可以保证一台水泵变频无论用水量如何变化都可以保证管内压力恒定。其缺点是变频切换过程当中, 变频器需停止1s, 可能造成短时失压现象。

3 工程实例

3.1 项目简介

厂区供水水泵采用降低电机同步转速的高效率变频调速装置进行节能改造。项目完成时间:2011年7月至2011年12月。目的:一方面可以降低电机电流而保证电机安全运行;另一方面可以让电机与水泵自适应地合理匹配, 从而使系统达到最佳运行效果。预计投资:总容量400kW/套高效率变频调速装置大概报价是200万元人民币, 保守估计, 整个工程总投入约230万元人民币。

3.2 改造后的效果分析

表1对改造前年用电量与改造后年用电量做了对比, 得出改造后年节电量高达473040kWh。除此之外, 表1电机功率与实际功率做了分析对比, 从表1的分析结果表明, 水泵电机采用降低电机同步转速的高效率变频调速装置后有15%节能。

采用降低电机同步转速的高效率变频调速装置可以对电机软启动软停止, 有效地保护了电机, 延长了水泵电机的寿命;同时电机停止启动出现的水锤想象得到了消除。

不同水泵运行时间基本相同, 设备的综合利用率提高了。同时, 消除了同时无压力的现象, 水泵在流量临界点工作时切换频繁的现象得到消除, 给设备的维护带来了方便。

4 结语

随着变频技术的发展, 变频调速已经是国际高新技术, 但是由于其成本较高, 一直没有得到广泛的应用。所以, 研究一种新型的、廉价优质和高性能的变频器是重点。本文对供水泵房的电机变频节能原理及变频调速方案进行了分析, 结合工程应用实例分析了供水泵房电机变频改造后的效果。工程实践表明, 经改造后的变频供水系统具有很好的经济效益和社会效益, 其节能效果明显, 优点显著, 具有很大的使用价值, 可为今后变频改造提供了借鉴。

摘要：变频调速技术使得电气传动控制领域发生了巨大的变革, 是国际上一项应用最广的高新技术。本文对水泵变频节能原理及变频调速方案进行了分析, 结合工程应用实例分析了供水泵房电机变频改造后的效果, 为以后变频改造提供了借鉴。

关键词：供水泵,变频加速,变频改造,电机变频

参考文献

[1]马新华, 李娟, 桑建国.变频调速在水泵节能技术中的应用研究[J].排灌机械学报, 2006, 24 (1) :1～2.

[2]李跃非.变频技术在水厂泵房电机上的应用[J].净水技术, 2008, 29 (4) :25～27.

变频调速电机的起动分析 第10篇

变频调速电机与普通鼠笼式电机相比, 其起动特性是较人性化的。针对不同的对象, 无论是变频电机的设计者和生产者, 还是使用的厂家, 或用户, 不断深化他们对变频电机起动特性的更深了解是很有必要的。本文举例分析计算, 对相关的重要物理因素进行了深入分析, 这些参数包括变频电机起动转矩、起动电流, 研究后便可更好地控制操作。

1 重要影响因素

以160 k W-4p、7.5 kw_4p变频电机来详细分析, 举例说明。

1.1 计算数据

压频比相对于电动机来说, 也是一个极为重要参数, 表示为u/f=常数与变化的相关状态成正比, 对于异步电动机来说, 基于电路的基本原理, 并且参照“三相异步电动机电磁计算程序”, 对变频电机的特点多加利用, 经探究后, 研发了有用的程序, 即VVVF变频电机计算辅助设计程序, 对160 k W4p变频电机在不同赫兹下的转矩进行细微的计算, 依次递增, 分别是10 Hz、20 Hz、30 Hz、40 Hz、50 Hz。表1及表2表示的是另一层次的赫兹, 分别对应增加一定量:0.5 Hz, 1 Hz~5 Hz的数据来列入的, 其中包括7.5 k W4p。

1.2 重要规律

起动电流与频率是成正比关系的, 而最大转矩线, 则随频率按一定趋势降低, 并向纵底标逐渐靠近直至相平。对于最大转矩点, 在一个关键的点之后开始下滑, 这个点相对于的是10Hz, 为了产生的差异不大, 理论上从10 Hz开始, 依据实际情况对电压的大小进行调整。

注:额定电流IN=286.5A, 额定转矩靠TN=104.9×9.8Nm

注:额定电流IN=15A, 额定转矩靠TN=5.03×9.8Nm

下面, 要对变频调速电机做更深一步的分析, 包括它们的起动特性、负载起动特性等。

2 电动机的起动曲线

2.1 普通异步电机起动曲线分析

普通异步电机的启动影响情况:有直接起动转矩的情况和平稳起动的情况, 而平稳起动这种情况只有当电机的T-n曲线比它的负载阻转矩曲线对比后有相对差值, 即前者比后者高的情况下才会发生, 曲线的交点 (A点) , 是在此根据下的运行点。若要使起动加速快, 那么T-n曲线比负载阻转矩线相对要高出一定程度。若T-n曲线比负载线低则电机无法起动。

2.2 变频电机的起动曲线

起动过程要能进行, 是有一定的前提的, 必须由低频向目的频率逐渐变化, 与此同时, 它的电压和频率也是在不断增加的。而在不同电压以及不同频率下, ns曲线也是有所不同的, 所以, 当频率、电压逐步增加时, 相应的起动曲线, 要考虑到频率的不同, 还有电压的相对应。

有负载存在时, 由变频器发出的相应频率, 便由低数值逐步升至起动状态的频率, 当和负载转矩相比时, 若对应的起动转矩较大时, 电机便开启起动状态。之后电机的频率继续上升, 可以观察到运动状态的电机是沿着KLMOPQR达到稳定运行时, 便停留在所需要转速的频率线上的S点。相关的起动过程曲线族的存在, 相对应这样的变频电机运动情况, 成一定形状变化, 对应的形状是呈锯齿形曲线沿折线AKLMNOPQRS变化的。见下图:

变频电机一开始是处在低频状态下的, 最后停止的时候是处在额定频率, 若有起动时间需要时, 根据相关的情况需要设置若干频率点, 相邻的两个频率点若他们之间的差值越大, 也就是说数值差距越大, 那么起动电流的变换幅值也会随之加大。反之, 可能因为频率步长较小, 波动相对就小, 那么相对应情况就是, 电流变化的大小也随之变化, 会逐渐变小, 相对应的起动电流的变化也跟着变小。

2.3 电动机的重要影响因素

影响电动机的另一个重要影响因素是起动时间。

上式中, JT等字母代表的是各个重要的相关因素, J表示转动惯量, 相对应的是负载和电机本身的情况;T表示P点起动的转矩;Tm则表示对应的负载线上负载阻转矩;dn表示相应频率变化段转速差;C1是重要的系数。

若要电机带动的负载有起动的趋势, 其基本需要满足的条件是:

1) 前提是启动频率对应的启动转矩与负载转矩相比要大一些;

2) 起动电流要控制适宜, 一般变频电机的电流要处于额定电流的1.5~2.0 A;

3) 启动时, 要保持从较小的频率状态下开始, 如果起动时间允许, 频率可逐渐以较小的增幅慢慢增加, 让起动时要达到的电流值尽量小, 现在比较好的变流器可以达到到0.01 Hz。

3 不同负载的起动要求

负载性质如果不一样, 相应的变频电机起动要求也很不一样。

3.1 额定负载起动

变频调速电机在不同赫兹下, 要进行不同的操作, 介于5~50 HZ之间, 要操作成恒转矩运行, 在50~100 Hz时, 则要设置为恒功率运行。还有一种状况, 其要求比较高, 是在带额定负载起动的状态下, 要求电机的起动赫兹要在f≥5 Hz的范围内, 而且它们的起动转矩和最大转矩都要比额定转矩大些, 还要事先预留相应的裕度。另外一种情况, 当低频时最大转矩时, 是与起动转矩比较接近的, 设置的赫兹数就要求数值A>5 Hz, 起动电流也要控制在适宜范围内:<1.5~2.0 A额定电流。

小容量电机的定转子电阻值也有一定的特点, 其重要特点是电阻值比较大, 如果U/f与常数相当接近, 相对应的起动转矩值会比较小, 那就要通过提高电压值来增大起动转矩。

而大容量电机的定转子电阻值是比较小的, 在较低频的状态下, 起动转矩、起动电流相对于其他情况就比较大, 相对应的起动频率值就要相对降低, 面对这样的情况要对起动低频电流进行抑制。

3.2 风机水泵类负载

考虑到风机水泵负载的阻转矩情况, 它与转速平方是正比关系, 那么处于低频情况下, 若要完成起动, 只要考虑到如何克服一些重要问题, 比如较小的初始负载阻转矩L, 这些问题解决后, 就能做到顺利起动, 在阻转矩小的情况下若要起动, 那么频率5 Hz可以在恒转矩起动时大幅度降低, 当出风机负载5处于1 Hz状态下, 而且恒转矩负载以为较小的频率下, 一般为3 Hz左右的情况下, 对应的起动电流是相对较小的。

3.3 负载启动要从空载开始

对于这样的负载, 它的起动频率是最低的, 起动状态也是最好的, 起动电流还是最小的, 设计时只要对最大转矩多加考虑就行了。

4 结语

对于变频电机, 运动时一般以3~5 Hz的较低频率来启动;对于起动电流, 它的大小范围一般在2 A额定电流之内;若起动转矩低于10 Hz, 那就要求提高转矩, 方法之一是通过增加电压来实现的, 还能把频率增加的步长做适当的改变, 比如调节到更大些。

摘要：变频调速电动机一般被称为变频电机, 它在起动过程的机械运动, 有其独特性。对于变频电机, 它的起动过程中有转矩和电流这两个比较重要的物理因素, 其对相关的变化规律进行研究是很有必要的。除此之外, 起动时还有很多重要因素, 比如恒负载、风机、水泵类负载等。

关键词：频率变换,电动机,转矩,电流, 启动状态

参考文献

[1]杨兴瑶.电动机调原理及系统[M].北京.机械工业出版社.1992.

[2]胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京:机械工业出版社, 2000.

[3]李哲生, 刘迪吉, 戈宝军.电机学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1997.

[4]汤蕴谬.电机理论与运行[M].北京:水利电力出版社, 1983.

电机变频 第11篇

【关键词】中央空调；变频电机；节能技术

随着建筑行业的不断发展，中央空调在建筑中的应用越来越多，其主要是由制冷器、冷却冷冻水循环系统、风机盘管和散热水塔组成，人们生活水平的提高对中央空调的需求越来越多，特别是在炎热的夏季，但是由于中央空调的能耗比较大，在使用的过程中，产生了极大的能耗，所以必须要对这一问题加以解决，以更好地发挥中央空调的作用。

1、中央空调系统中存在的不足

1.1空调负载设置不合理

空调的负载量是空调能承载的最大极限，这样设置的原因虽然能极大的满足人们的使用需求，但是会产生很大的能耗浪费，因为人们在使用的过程中，正常的设定温度与极限值相差很远，所以在工作的过程都是属于超量运行，人们可以根据自己需要的温度进行调节，但是水泵量的大小是不会改变的，所以就会产生浪费的现象，为了改变这种高能耗的现象，必须要对空调系统进行改善，因为空调的工作是需要电机来作为支持，所以要对电机的转速进行相应处理，减少工作过程中产生的能耗。

1.2冷却水系统的不足

在设计空调冷却水电机时，都是把极限值设定到最大的标准，以便适应人们的不同需求，但是实际使用的过程中，根本达不到极限值的使用情况，所以水电机在运行中产生的能力浪费超出了实际工作的能量范围，冷却水电机的工作目的就是为了调节空气中的热量，达到人们想要的温度标准，实现对室内空气的制冷效果，如果把极限值设置的过大，就会产生严重的浪费现象，因为冷却水电机在工作时的转速是一定的，需要通过调节阀来进行控制，当电机转速较高时，水的流动速度会更高，因此就生产了较大的能耗，而且对于冷热水的交换工作也不是十分彻底，影响空调正常的工作状态。

1.3空调电机的频繁启停会影响空调使用寿命

中央空调一般都是出于长期工作的状态，其与家庭使用的一般空调不同，如果经常开启或者停止，就会降低空调的使用寿命，因为电机在开始运行或者骤然停止时，会产生较大的电流，如果超过电流的使用限制，就会使得空调工作的环境温度过高，发生短路的现象，严重的甚至会使得零部件烧毁，影响空调正常的使用寿命。

2、变频电机的调节原理

在中央空调工作的系统中，存在着不同功能和不同类型的风机水泵，其在设计容量时都是根据实际工作中的最大限制制定的，而且还会比实际的限制大一些，而人们在使用中央空调时，所需要的温度与实际设定的极限值有着很大的差距，而系统仍然是在较大功率的情况下进行工作，常常是属于低负荷的情况。传统的中央空调水泵在工作的过程中都是全速运行的状态，通过阀门对其进行调节时，就会产生大量的能量损失，浪费了能源和经济资源，随着变频电机的出现，很好地改变了这一浪费的现象，使得水泵在工作的过程中可以实现自我调节，根据实际设定的温度不同，水泵的转速也会不同，近而对水流速度进行控制，免去了阀门的使用，这样既实现了人们对温度的调节作用，又实现了节能空调的发展。

2.1基本工作原理

随着人们对节能空调的需求不断加大，变频电机逐渐被人们提及出来，其主要的工作原理有交到交，交到直到的两种形式，第一种是通过交流电进行互相的转换，第二种是通过直流电的方式进行轉换，二者之间进行相互转换，以达到实际的工作需求。

2.2电机变频调速的功能

在以往电机工作的状态下，其功率都是固定的，这样就会使得水流的速度过快，交换的时间被大幅度缩短，因为水的流转速度是由电机决定的，而电机又直接决定了功率的大小，因此电机工作的状态下输出的功率和水流的速度是成正比的，变频式电机正是利用了这一工作原理，通过降低水的流动速度，来降低电机输出的功率，既能达到调节室温的作用，又能很好地降低空调运行中的能耗。

2.3变频式电机的启停功能

正常的电机在工作的状态下突然受到启停的影响，就会产生大量的电流，使得电机承载的电流过大，近而就会影响电机正常的使用寿命，系统内的调水管就会出现断裂的情况，变频电机的出现很好地改变了这一现象，其自身具有软启动的功能，在突然停启的时候电流通过软启动会缓慢上升，而且不会超过系统限制的最大电流值，可以保证空调的正常使用功能，而且减少运行中产生的能耗。

2.4变频式电机的节能原理

通过技术的改善，变频电机在工作时已经可以实现自动调节电机的转速，通过控制冷却水的流动速度，保证空调在运行状态下的功率正常，以免产生超负荷的现象，而电机工作的能耗自然就会降低，使得空调的运行逐渐朝着低能耗的方向发展。

3、变频式电机在中央空调中的应用

变频电机在空调系统中的应用很受人们的欢迎，随着空调用户的逐渐增多，变频电机的应用也越来越多，其改变了原有的工作方式，使得空调系统在工作中能起到节能的作用，其主要是通过控制电机的转速，以往的空调生产厂家，在生产空调时就已经把极限值设定好，而人们日常对为温度的需要与其设定的极限值相差甚远，而且不可以根据实际的使用情况进行自我调节，使得在使用的过程中产生了极大的浪费现象，变频电机的出现很好地改变了这一现象，使得空调在运行的过程中免去了控制阀的应用，这样就已经减少了系统工作运行的一部分能耗，而且变频式电机通过调节水流的速度，还使得电机自身的工作功率降低，近而产生的能耗就会降低，在保证人们使用情况的同时，极大地降低了工作过程中产生的能耗，增加了空调的使用寿命。

3.1变频电机在送风系统中的应用

变频电机在送风系统工作中，首先把冷风吹到指定的位置，近而达到降温的目的，在改变送风量的同时，有效地控制了室内的温度，在水系统的整体温度一定时，变频电机可以改变送风的速度，近而使温度得到调节的作用，近而使得工作过程中产生的电量能耗明显降低，而且对于工作人员的工作量也有适当的减轻，使得空调系统的工作更加的平稳。

3.2水泵的变频控制

中央空调的冷却水泵控制原理与冷冻水泵相类同，当空调负荷低或冷却水散热效果好时，也可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环流量，提高供回水温差，从而达到节能目的。

在对水泵进行变频控制时，首先要在系统上安装温差检测的装置，使其形成一个密封的循环系统，可以对系统的工作情况进行监督，实现对电机的自动控制，把温度控制在合理的范围内，而且水泵转速也会随着温度的变化发生变化，通过变频式电机的调节，使得水泵在运行的过程中缓慢的停止和开启，既保证了空调的使用功能，也使得系统的使用寿命得以提高。

4、结束语

随着空调使用的人数逐渐增多，人们对节能空调的需求越来越多，所以生产厂家要把节能技术作为发展空调的首要方向，变频电机的出现很好地实现了空调的节能功能，保证空调正常运行的情况下，减少工作中产生的能耗，更好地促进变频式电机在空调系统中的应用，真正实现节能式空调的发展。

参考文献

[1]于富强，王长悦，赵亮.变频器在舰船中央空调系统中的应用[J].内燃机与动力装置，2009，（S1）.

[2]林延彬，刘东岩，马子兴.变频技术对中央空调系统的控制[J].机电信息，2008，（23）.

变频调速异步电机的设计重点 第12篇

经研究, 在变频电机调速控制系统中, 采用电力电子变压变频器作为供电电源, 供电系统中电压除基波外不可避免含有高次谐波分量, 对外表现为非正弦性, 谐波对电机的影响主要体现在磁路中的谐波磁势和电路中的谐波电流上, 不同振幅和频率的电流和磁通谐波将引起电动机定子铜耗、转子铜 (铝) 耗、铁耗及附加损耗的增加, 最为显著的是转子铜 (铝) 耗。这些损耗都会使电动机效率和功率因数降低。同时, 这些损耗绝大部分转变成热能, 引起电机附加发热, 导致变频电机温升的增加。谐波电流还增加了电机峰值电流, 在一定的换流能力下, 谐波电流降低了逆变器的负载能力。对于变频电机, 如何在设计过程中采取合理措施避免或减小应用变频器所带来的影响, 以求得系统最佳经济技术效果, 是本文讨论的重点。

二、变频电机设计的特点

对于变频电机, 其设计必须与逆变器、机械传动装置相匹配共同满足传动系统的机械特性, 如何从调速系统的总体性能指标出发, 求得电机与逆变器的最佳配合, 是变频电机设计的特点。设计理论依据交流电机设计理论, 供电电源的非正弦以及全调速频域内达到满意的综合品质因数是变频电机设计中需要着重注意的两个问题, 设计中参数的选取应做特别的考虑。一般变频电机设计较之传统异步电机相比, 其特点如下:

1、用于变频调速的异步电动机要求其工作频率在一定范围内可调, 所以设计电机时不能仅仅考虑某单一频率下的运行特性, 而要求电机在较宽的频率范围内工作时均有较好的运行性能。

2、变频电机在低速时降低供电频率, 可以把最大转矩调到起动点, 获得很好的起动特性, 因而在设计变频电机时不需要对起动性能作特别的考虑, 转子槽不必设计为深槽, 从而可以重点进行其它方面的优化设计。

3、变频电机通过调节电压和频率, 在每一个运行点都可以有多种运行方式, 对应多种不同的转差频率, 因而总能找到最佳的转差频率, 使电机的效率或功率因数在很宽的调速范围内都很高。因而, 变频电机的功率因数和效率可以设计得更高, 功率密度得以进一步提高。

4、变频电机采用变频装置供电, 输入电流中含有较多的高次谐波, 产生电机局部放电和空间电荷, 增大了介质损耗发热和电磁振动力, 加速了绝缘材料的老化, 所以应加强电机绝缘和提高整体机械强度, 变频电机的绝缘强度一般要达到F级以上。

5、变频供电时产生的轴电压和轴电流会使电机轴承失效, 缩短轴承使用寿命, 必须在设计上要加以考虑。对较小的轴电流, 可以适当增大电机气隙和选用专用润滑脂;另外, 增加轴承的电气绝缘或者将电机轴通过电刷接地, 可以有效解决轴承损坏问题;对过高轴电压, 应设法隔断轴电流的回路。同时, 在逆变器输出端增加滤波环节, 降低脉冲电压也是一种有效的方法。

三、电磁设计

在普通异步电动机设计基础之上, 为进一步提高变频调速电机的性能, 对变频调速异步电动机的设计参数也要进行更加细致的考虑。满足高性能要求时的变频电机设计参数的变化与设计目标之间的关系。在设计参数和性能要求之间还必须折衷选择。电磁设计时不能仅限于计算某一个工作状态, 电磁参数的选取应使每个频率点的转矩参数满足额定参数要求, 最大发热因数满足温升限值, 最高磁参数满足材料性能要求, 最高频率点满足转矩倍数要求, 额定点效率、功率因数满足额定要求。由于谐波磁势是由谐波电流产生的, 为减小变频器输出谐波对异步电动机工作的影响, 总之是限制谐波电流在一定范围内。

四、绝缘设计

电机运行于逆变电源供电环境, 其绝缘系统比正弦电压和电流供电时承受更高的介电强度。与正弦电压相比, 变频电机绕组线圈上的电应力有两个不同点:一是电压在线圈上分布不均匀, 在电机定子绕组的首端几匝上承担了约80%过电压幅值, 绕组首匝处承受的匝间电压超过平均匝间电压10倍以上。这是变频电机通常发生绕组局部绝缘击穿, 特别是绕组首匝附近的匝间绝缘击穿的原因。二是电压 (形状、极性、电压幅值) 在匝间绝缘上的性质有很大的差异, 因此产生了过早的老化或破坏。变频电机绝缘损坏是局部放电、介质损耗发热、空间电荷感应、电磁激振和机械振动等多种因素共同作用的结果。

变频电机从绝缘方面看, 其具有以下特点: (1) 良好的耐冲击电压性能; (2) 良好的耐局部放电性能; (3) 良好的耐热、耐老化性能。

五、结构设计

在结构设计时, 主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响, 一般应注意以下问题:

1、普通电机采用变频器供电时, 会使由电磁、机械、通风等因素所引起的振动和噪声变得更加复杂。在设计时要充分考虑电动机构件及整体的刚度, 尽力提高其固有频率, 以避开与各次力波产生共振现象。

2、电机冷却方式:变频电机一般采用强迫通风冷却, 即主电机散热风扇采用独立的电机驱动, 使其在低速时保持足够的散热风量。

3、对恒功率变频电机, 当转速超过3000r/min时, 应采用耐高温的特殊润滑脂, 以补偿轴承的温度升高。

4、变频电机承受较大的冲击和脉振, 电机在组装后轴承要留有一定轴向窜动量和径向间隙, 即选用较大游隙的轴承。

5、对于最大转速较高的变频电机, 可在端环外侧增加非磁性护环, 以增加强度和刚度。

6、为配合变频调速系统进行转速闭环控制和提高控制精度, 在电机内部应考虑装设非接触式转速检测器, 一般选用增量型光电编码器。

7、调速系统对传动装置加速度有较高要求时, 电机的转动惯量应较小, 应设计成长径比较大的结构。

六、结论

与普通异步电动机不同, 变频调速异步电动机采用变频器供电, 其运行性能与电机本体和调速系统的设计都密切相关。这一方面使变频调速电机的设计要同时兼顾电机本体和调速系统;另一方面也使得变频调速异步电动机的设计变得灵活, 但同时也增加了高性能变频调速系统设计的复杂程度。只有结合变频器和一定的控制策略, 从整体上进行电机的设计和优化, 才能获得最理想的运行性能。

摘要：本文比这从系统的角度对变频电机在电磁设计、耐电晕绝缘系统、轴承绝缘技术、结构设计方面及一些个人经验, 以此阐述了交流调速系统的特点及逆变器运行时对变频电机工作的影响。