变频电机范文

变频电机范文第1篇

[关键词]变频电机 电机绝缘结构

中图分类号：TB857+.3 文献标识码：TB 文章编号：1009914X（2013）34035601

前言

电动机的发展与交流电机驱动控制系统的发展是分不开的，近年随着新型电力电子器件和脉宽调制（PWM）控制技术的发展。对变频电机的绝缘系统有了更高的要求，这就需要制定新的交流变频电机绝缘设计的基本原则，提高电动机运行的可靠性。

一.变频电机绝缘系统的研究和开发

1.变频电机绝缘系统失效机理：

当前变频驱动电源，基本采用IGBT技术，其功率范围0.75-1000KW。IGBT技术可以提供上升时间极短的电涌，其上升时间约20-100μs，开关频率高达20KHZ。

一个瞬间快速上升的电压从变频器到达电机末端电缆时，由于电机和电缆的阻抗不匹配，产生一个反射波，这个反射波加在原始电压波上，在电压波前沿产生一个尖峰电压，电机端的过电压值随着电缆长度的增加而增加，并趋向于饱和。过电压开始产生于电压上升沿和下降沿处，并产生衰减振荡，其衰减服从于指数规律。

对PWM驱动脉冲波形有两种频率，一是开关频率，它表示脉冲速度，尖峰电压的重复频率与开关频率成正比。另一是基本频率，直接控制电机的转速。在每一个基本频率开始时，脉冲极性从正到负或从负到正，电机绝缘承受一个两倍于尖峰电压值的全幅电压。在三相电机中，电机绕组的相邻两匝有时分属不同的相，由于相邻两匝中的电压极性可能会不同，全幅电压的跃变也可能达到两倍于尖峰电压值。测试结果表明，在一个380/460V交流系统中，测得的尖峰电压值为1.2-1.5KV，575/600V的变频系统中，测得的尖峰电压值可达1.6-1.8KV。

1.1 局部放电和空间电荷造成电磁线绝缘层损坏

电机绕组的过电压，会在绕组的匝间产生表面局部放电。由于电离作用，在空气隙中又会产生空间电荷，形成一个与外加电场反向的感应电场。当电压极性改变时，这个反向电场与外加电场方向一致，会产生一个更高的电场强度，导致局部电荷放电的增加，而引起绝缘击穿。当尖峰电压的上升时间小于0.1μs时，则将有80%的电势加在绕组的前两匝上。电压上升时间越短，电冲击越大，匝间绝缘寿命就越短。

1.2 高频尖峰电压产生电介质损耗、导致绝缘加速老化

当作用于电机中的电磁场超过绝缘体临界值时，其介质损耗迅速增加。当频率上升时，局部放电随之增加，并产生热量，这些势量又引起更大的漏电流，使绝缘介质每单位体积的损耗增加，电机温升上升，绝缘加速老化。

1.3 主绝缘、相绝缘和绝缘漆的

变频电机的绕组承受尖峰幅值的振荡电压，使得电机的主绝缘、相绝缘和绝缘漆承受更高的电场强度。另一方面电机绕组匝间发生局部放电时，会使绝缘中分布电容所储存的能量变为热辐射以及机械和化学能，造成整个绝缘系统的劣化，大大降低了绝缘的击穿电压，当所加电压的值达到绝缘的击穿电压时，就会发生整个绝缘系统的失效。

1.4 频繁的起制动、电磁激振力和振动引起的循环交变应力造成电机绝缘的加速老化

2.变频绝缘系统的设计

根据上述变频电机绝缘损坏机理，变频电机绝缘结构设计主要考虑①选用符合要求的电磁线，②保证电机绕组获得无气隙绝缘，③改良整个绝缘结构的整体性，提高机械强度。

由于目前市场上变频器的种类很多，不同变频器电源的输出波形不尽相同，考虑到变频驱动系统的性能/价格比，我们设计了三种绝缘结构：① GIRIS绝缘系统 适用于 U峰值2μs ② PIRIS绝缘系统 适用于 U峰值0.2μs ③ PIRIS绝缘系统 适用于 U峰值0.1μs

二.变频驱动异步电机的电磁设计

变频器供电的电压波形，均是非正弦波形，含有大量的谐波，使电机谐波电流增加，造成谐波损耗和电机转矩的脉动。而且各大公司的变频器的电源频谱都不完全相同，因此我们首先对非正弦电源供电电机设计的共性技术问题进行了研究：

①抑制主要谐波成分的定子绕组设计方法

②电机漏抗与谐波电流的函数关系

③提高异步电机低速转矩的技术措施

④高速电机运行时电机的过载能力研究与对策

为提高整个调速运行，根据目前市场上变频器的分类我们把电机定义为三种类型：①变转矩型，负载的转矩与电机转速是平方关系，适用于风机、水泵等。②恒转矩型。主要替代YCT。适用于一般的恒转矩驱动设备、减速机③伺服型，适用于运行控制的精确控制和快速响应。

3.1 变转矩型

变频电机一般应用于风机、水泵、压缩机等负载，平均运行时间大于8H/天。使用量大而广，是国民经济中的耗能大户，因此强调电机具有较高的效率值，电机效率高于欧洲的EFF1，是节能型产品。

3.2 恒转矩型

此种电机主要考虑电压/频率=常数的设计思路，在电机最低速度运行点，达到转矩要求，并使在不超150%电流情况，顺利起动电机，适用于一般工业传动替代直流机。

3.3 伺服型电机

异步伺服电机设计是变频电机最复杂的一种，主要求电机在1/1000rpm时保持满转矩，要求电机性能参数既满足快速响应和低谐波磁通又要求电机较低的惯量。适用于伺服控制装备。该类型的电机经华中数控有限公司全面测试达到了同步高流伺服的应用水平。

四 变频异步电机的结构设计

变频电源中含有大量的时间和空间谐波与电磁部分固有的谐波相互干涉，形成各种电磁激振力，由于电机工作频率宽，转速从0到上万转，当机械结构部分（端盖、机座、转子）的固有频率与电磁激振力的频率相近时，就会出现共振，发出轰鸣的异响和剧烈的振动。我们主要采取以下技术措施

①加强结构件的刚性设计，选择合理的零部件加工精度

②电机转子设计，尽可能提高一阶临界转速

③选择合理的径向尺寸链，保证气隙的不均匀度。

影响变频电机寿命和可靠性的另一个问题是轴承绝缘问题，由于生产制造的原因

和变频电源尖峰脉冲电压的影响，均在电机轴的两端产生附加电压。试验研究表明，当电机的轴电压超过500mv时，将击穿脂油漠，使之变质，造成轴承失效。因此在电机结构设计时，根据具体情况，相应进行轴承绝缘设计。

五 加工工艺的创新，保证了变频电机的设计质量

变频电机尤其是伺服型电机对零部件的加工尺寸和几何精度有较高的要求，工艺人员经过多次重复试验，提出了变频电机零部件加工对策，这些加工方法与普通电机的加工方法有很大的不同，主要有：

①合理的端盖加工工序安排，解决止口几何变形问题

②机座加工的“一刀车”工艺

③有绕组定子入壳的变形问题，应力产生与噪声的关系

④电机转子的加工工艺方法

这些技术问题的落实，保证了变频电机的批量生产能力和产品质量，解决了工作转速范围内电机的共振问题和异常噪声。

参考文献

[1] 汤蕴缪，史乃编著.《电机学》（第二版）机械工业出版社，2006.

[2] 方日杰主编.《电机制造工艺学》.湖南大学，2005.

[3] 黄国治，傅丰礼主编. 《Y2系列三相异步电动机技术手册》.机械工业出版社，2004.

[4] 陈世坤主编.《电机设计》（第二版）.机械工业出版社，1997.

变频电机范文第2篇

关键字：；电机试验；变频电源

一、变频电源在电机试验中的应用

交流电机产品试验中，提供符合规定的试验电源和满足试验工艺要求的加载是两个重要方面。对试验电源而言，首先其电源品质必须满足电机产品有关标准规定的指标，包括正弦度与对称度，典型指标包括：THDV不大于2.5%，HVF小于1.5%，负序分量小于正序分量的0.5%，零序分量影响消除（即也小于正序分量的0.5%），频率稳定性及频率偏差满足国家相关试验电源标准中对电源品质的要求；其次，要求试验电源能够在较广的范围内分别对电压和频率进行调节，即能定频调压，又能定压调频；此外，还要求试验电源能够方便的启动试品、对试验拖动电机进行调速运行、对运行试品进行快速制动、具备异步电机叠频试验及调节功率因数功能等等。交流电机试验的直接负载方式，特别对中大型电机，为考虑节约电力和加载调节方便，一般采用成对电机的对轴联接运行实现，被试机做为电动机运行，对轴联接的陪试机做发电机运行，使能量在电源设备处或电网供电处回馈循环，即使被试电机加上负载，此时陪试电机端依靠变频电源提供差频电源或可进行转矩控制而实现陪试电机的发电机方式运行。异步电机的叠频试验要求电源具备两差频电源或调制相应波形电源，并能较好的吸收和馈出拍频能量。大型交流同步电机可以采用零功率因数法进行试验，要求试验电源可与其进行无功吸收而满足试验要求，因此变频试验电源应能超前或滞后运行且具备一定容量。

变频电源在电机试验中担负多重角色，特别对电机产品型式试验而言是不可替代的工艺设备。

二、传统的机组变频电源

传统的变频电源由D-F电机组组成，最初的变频电源一般由直流电机+同步电机组成，借助于直流电机调速而改变机组转速，实现机组同步电机（做发电机）的频率可调，直流电机的供电电源同样需要由D-F直流发电机组提供，同时调节同步发电机励磁，可实现机组电压调节。也就是说传统的变频电源需要两套D-F电机组组合方能提供，即四电机组变频电源。为满足电机对拖负载试验要求，还需提供一路标准试验电源。在四电机组变频电源基础上，将一套机组改为同步+同步+直流电机组，而形成的五电机组，即可提供一路调频调压试验电源，还可提供一路频率固定、电压可调的试验电源，同时也解决了叠频试验电源。

D-F电机组与电力电子调速传动装置组合，派生出另一类机组变频电源。此类电源按转动种类分为直流传动变频电源和交流传动变频电源。直流传动变频电源由一套可控硅直流调速装置、一套直流+同步D-F机组及各电机配套励磁装置组成，调节直流机转速即可调节机组同步发电机输出电源频率，调节同步发电机励磁可调节器输出电源电压；交流传动变频电源则将上述传动装置改为交流变频器，将机组改为交流+同步D-F机组。此类电源可由一套传动装置及两套机组组合使用，亦可由调速装置分别传动两套机组，形成两套变频电源，基本满足50/60Hz等电机的型式试验。

机组变频电源，在多年的电机产品生产中发挥了巨大的做用，目前此类机组在相当多的电机工厂仍在使用，国内使用最大机组变频电源容量达20MW。机组电源具有传统设备的特点，其输出波形质量好，发电机不需过多处理，普遍可以达到标准正弦波输出；D-F机组属机械设备，其过载能力强，十分耐冲击；控制技术成熟，对有制造和维护能力的电机生产企业而言造价低廉；无需变压器直接可做一定电压等级的恒功率转换输出，满足叠频及零功率因数等特殊试验功能。

三、电力电子变频电源

近年来，伴随着电力电子技术的迅速发展，采用电力电子变频器为主件的新型电机试验用变频电源研发成功开始应用。交流电机的新品不断涌现，包括各类变频电机、永磁电机、汽车电机、高速电机、牵引电机等等以及其他特殊电机，传统的机组变频电源已不能满足试验，需寻求新的替代装备，也大大促进了电力电子变频电源的推广与应用。电力电子变频电源主要由变频器（逆变器）经必要滤波电路输出，形成正弦波电源，另配置必要外部设备（如镇定电容器，输出变压器、电抗器等），结合专用算法软件支持，形成无旋转器件的电机试验用变频电源，根据使用要求，有时需定制专用系统装置。

目前，电力电子变频电源按核心变频器划分，主流方案分为以下几种：两电平低压变频器的高-低-高配置方式，主流应用一般单电源不大于6MVA，大功率装置应以更高电压等级的器件为主；三电平中压变频器的高-高或高-低配置方式，目前应用最大单电源达数十兆瓦，电压等级以交流中压为主；单元级连的中高压变频器的高-高或高-低配置方式，目前最大单电源达10MVA左右，电压等级3/6/10kV均可使用。这几类系统各有特点，应根据被试产品需求、场地及环境条件、供电供水设施情况以及投资多少、设备档次等多方面综合考虑。

大量工程实例证明，合理的设置电力电子变频电源各组件参数，并配合强有力软件，其完全可以满足“一”条所述对普通电机试验的需要。与机组型变频电源比较，电力电子变频电源具有其鲜明特点：首先，无旋转设备和器件，运行噪声小、效率高，相对节能，其也不需旋转机组所需的专用基础，故土建公用设施简单，节约投资和使用面积；其次，调节范围宽，产品适用广，特别对运行频率特高或特低以及其他特殊运行频率的电机均能满足试验；再次，变频器具有极其优良的控制性能，包括矢量控制、直接转矩控制等等，矢量控制选用高性能的DSP和高精度的光电编码器，调速范围可以达到1：1000，动态性能也很好。直接转矩控制采用双位砰-砰控制器，可以获得更快的动态转矩响应，按定子磁链控制，避免了转子参数变化的影响 。这些特性使得在电机试验中的传统复杂试验项目变得极其简单易行，如：异步电机M-n曲线自动测试、被试电机稳定加载及细调等；较高的自动化程度，使得操作十分简单，一般试验人员只需简单培训即可操作使用。对异步电机的叠频试验、同步电机的低功率因数法试验等，不需做线路变动或转换，只要在控制计算中机中调入程序、设置必要参数即可进行试验。

四、 结语

传统的机组变频电源和现代电力电子变频电源，各有优缺点，在现实的电机工厂中两种装置也可能还将长期共存，不仅国内是这样，国外也是如此。但电力电子变频电源发展迅速，目前已经在绝大多数国内电机工厂的新建项目中使用，电力电子变频电源将逐步成为电机试验的主流装备。随着科学技术的发展，新型电力电子器件的涌现以及控制方式的更加精细及多样化，通过必要的完善成熟过程，电力电子变频电源终将取代传统的机组变频电源。

参考文献：

[1]吴汉熙，徐静.大功率变频电源在电机试验站系统中的应用[J].电机与控制应用，2012-05-10

[2]盛君，张敏.变频试验电源在电机试验中的应用[J].变流技术与电力牵引，2012-09-20

[3]李哓尚.交流牵引异步电机试验系统研究[D].北京交通大学，2010-06-01

[4]刘江明.变频电源在电力变压器局部放电试验中的应用研究[D].浙江大学，2011-05-01

变频电机范文第3篇

【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.

作者简介：

变频电机范文第4篇

Abstract： Starting with the existing problems of mine DC trolley electric locomotive， the article discussed the retrofit scheme of electric locomotive based on the direction of variable frequency speed regulating， and contrasted the DC rheostatic speed regulating electric locomotive with AC traction frequency control electric locomotive， and highlighted the performance and advantages of frequency control electric locomotive， so as to lay a good theoretical basis for the application of variable frequency electric locomotive in mine work.

关键词： 直流架线式电机车；问题；改造方案；交流变频调速电机车

Key words： DC trolley locomotive；problem；modification scheme；AC variable frequency speed regulating electric locomotive

中图分类号：U266.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）28-0067-02

0 引言

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）.

变频电机范文第5篇

【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高潮。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.

[2]倚鹏(主编).高压大功率变频器技术原理与应用[M].北京:中国邮电出版社,2008:2-3.

变频电机范文第6篇

关键词：低压；变频电动机；绕组型式；成型绕组

中型（铁芯外径Ф500～Ф1000）、低压（380V～1140V或1650V）一般电动机输出功率都比较大。通常电源由交流电网供给，电压稳定，波形基本为正弦波，谐波很少，除大气过电压或开关操作过电压等事故状态外，电动机正常运转期间很少受电压波动的冲击。其定子绕组型式，以前JBR和一些大电流曾采用成型线圈，早年380V的JS、JS2采用半成型线圈，近年来多采用散下线的迭绕或同心绕组。如380V的Y和Y2 315-355、380V～690V的IMJ315-450和ILA8 315-450等。而变频电机一般由逆变器供电，电压多含高脉冲高频率谐波，文章将着重讨论中型低压变频电动机的绕组形式。

一、中型低压变频电动机电源的特点

一般变频电动机多采用晶体管逆变器供电，晶体管逆变器采用高频率脉冲，脉冲升降时间很短，从而在电机绕组中产生高电压谐波，电压脉冲峰值比标准额定电压高得多，因而线圈匝间和相间以及同相线圈间的电压应力可能非常高。有文献报导：380V电动机相间脉冲电压达1000V～1100V，相首线圈的脉冲电压达700V～900V，线圈间脉冲电压达650V～900V；500V电压的变频电动机的电压应力，相间脉冲电压达1200V～1400V，相首线圈的脉冲电压达900V～1000V，线圈间脉冲电压达8000V～1000V。电压脉冲峰值与电动机额定电压呈正相关关系，电压脉冲在绕组线圈中传播逐渐衰减。“Δ”接线绕组相首相尾的匝间以及相邻相间的线圈端部，是脉冲高压的最危险受害部位。因此，提高中型低压电动机绕组耐电压脉冲应力的问题不容忽视。

二、中型低压变频电机绕组型式的评价

（一）散下圆铜线绕组

由于圆铜线散下绕组结构简单、下线工艺传统化；散下线绕组端部短、用铜少、电阻和漏抗小；与散下线相配套的半闭口槽槽口相对较小，对降低齿谐波幅值、均衡气隙磁场、改善电机性能、降低温升、提高出力等有利，所以一般中型低压的普通电机经常采用，一些小功率变频电机也采用圆铜线散下绕组。

因电动机功率大、电源电压低、电流很大，线圈导线并绕根数多达70多根，匝数少至2～3匝，匝间工作电压高。如采用2级漆包圆铜线线制作线圈，因漆包线或多或少都存在一些小针孔，加上制造工艺的损伤，匝间工作电压高和散下在槽内的线圈首匝与末匝相碰的机遇较多，匝间进行耐压试验或运行一段时间后发现一些电机发生匝间短路故障。

即使采用3级漆包线（所谓变频电机专用线），绝缘层加大了导线的安全距离，但漆层的小孔仍难以杜绝，加厚的漆层在制造期间易变脆，使用期间出现老化变得越来越脆，容易产生危险的裂纹。当浸渍漆填充不好的气隙、针孔或后发生的裂纹处就很可能在高频脉冲电压下发生放电甚至局部出现电晕，使线圈绝缘加速老化、击穿或烧毁，降低了中型低压变频电动机的可靠性。绕组的过早损坏将缩短中型低压变频电机的寿命，有的运行一、二年，甚至几个月就出现损坏。

（二）成型绕组

成型绕组一般是用扁线绕绕制，经涨型、整型、压型、包绝缘等工序，一根扁线的截面积比散下绕组一根Φ1.5～Φ1.6圆线的截面积大得多，因而导体的并绕根数也少得多，导线绝缘占槽面积少；扁线的4个圆角所空的面积比并绕多根圆线四角所空的面积少得多，槽的有效填充系数高。成型绕组扁线排列比散下绕组的圆线整齐，杜绝首匝碰末匝或隔匝相邻的现象，匝间绝缘容易保证，相首相尾线圈加强匝间绝缘也容易做到。槽内上下层线圈和绕组端部的线圈之间和相间都有一定的间隙，绝缘容易保证。因此，成型绕组是提高变频电动机耐电压脉冲应力最好的绕组型式之一。

但是，成型绕组的端部较长，用铜量多，电阻电抗大，铜耗大。与成型绕组配套的开口槽对气隙磁场的均匀分布影响较大，使齿谐波幅值增大，附加铁耗高，电动机效率较低。开口槽的卡氏系数大，加大了有效气隙长度，导致功率因数不高，铁芯长，用铁量大。总之，电动机性能相对较差，制造成本较高。

（三）半成型绕组配套半开口槽或小半开口槽

半成型绕组是指一个槽内每层一般并排放置两个半线圈，每半个线圈用扁线绕制，经涨型、整形、压型、定型（包扎固定或加包一层绝缘）等工序，主绝缘象散下线一样放置在槽内。扁线并绕的根数也比圆线少得多，槽的有效填充系数也挺高，导线排列也很整齐，也没有首匝末匝相碰或隔匝相邻的现象，匝间绝缘得以保证，相首相末加强匝间绝缘也容易实现，上下层线圈和绕组端部以及相间也有一定间隙，完全可以提高变频电动机耐电压脉冲的能力。

半成型绕组端部较散下绕组长，但比成型绕组短，槽口宽度在壮半闭口与开口槽之间，铁芯长也在两者之间，用铜量、用铁量、铜耗、铁耗、电动机效率、功率因数和电动机制造成本也都在两面三刀者之间。

三、结论

从以上对比分析得知，虽然成型绕组对提高耐电压脉冲应力最好甚至功能过剩，但其铜铁用量大、成本高。而散下绕组虽然制造成本低、电机性能较好，但存在耐电压脉冲功能不足的致命弱点，使电机可靠性差、寿命短。综合电动机性能、温升、生产难易程度、成本、特别是耐电压脉冲的能力和可靠程度等方面，半成型绕组的功能综合对比不失为中型低压变频电动机的最佳选择。

实际生产中，有些电动机生产商在额定电压690V、额定频率50HZ、功率范围为110～1400KW的H355-560变频调速电机中，就采用半成型绕组，生产了许多规格，并取得了良好效果。

参考文献

[1]Y.SHIBUYA，等．冲击电压及反复作用下绕组绝缘的恶化[J]．国外大电机，1995，（2）．

[2]李振宇，等．变频电动机的绝缘结构[J]．防爆电机，2002，（4）．

变频电机范文第7篇

关键词：变频;节能;维护;提高

迁安恒晖热电有限公司是一个以供热为主，热电联产的燃煤企业，目前总装机容量为36MW，两台15MW抽气凝汽机组和一台6MW背压式机组，所用锅炉则是四台75t/h循环流化床锅炉和一台130t/h循环流化床锅炉，但目前随着电煤价格的不断上涨，我厂发电及供热成本不断增加，为了降低厂用电率，提高企业经营效益，通过各方调研，逐步对我厂厂用高压及低压电机进行变频节能改造。

对变频器厂家及型号选择至关重要，因为变频器是集成了大功率晶体技术和电子控制技术，其作用是通过改变交流电机供电的频率和幅值，同而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的，属于科技含量较高的工业技术应用，因而我厂最终选定了湖北三环发展股份有限公司的变频设备对锅炉主要辐机之一的引风机进行了变频改造。我厂需改造的四台引风机电机参数为：额定功率560KW，额定电压6KV，功率因数0.86，额定电流60A，通过改造，改变了以前的引风机出力由运行人员根据锅炉出力及燃烧工况手动对风机挡板进行调节，由于引风机设计冗余功率较大，利用挡板调节风量造成了较大的节流损失，安装SH-HVF Y6K/560变频设备后实现了分散式远程DCS控制，即以4～20MA模拟量值为控制依据，实现自动控制，频率在2～50HZ内可调。

对引风机进行变频改造后达到了比较明显的节能效果，节电率最高可达40%，要想长期达到良好的节能效果，这要求变频器运行可靠，即连续不间断正常运行，但要想达到这一目的并不容易，因为引风机运行工况复杂，输送介质为高温烟气，还包括除尘和脱硫设备，导致烟气阻力大，引起锅炉本体燃烧室负压不稳，另外电网电压波动都会对变频器运行产生影响。

通过引风机变频改造，同时也改善了其他运行指标（1）改善了起动性能，由于电动机的转矩M与转速N的二次方成正比，采用变频启动时频率低，转速相应降低，启动电流很小，从而避免了工频启动时形成的大的冲击电流，减小了对电机、电缆、母线、开关的冲击，对厂内电压保持平稳起到了很大作用。（2）提高了功率因数，变频器内的滤波电容有对功率因数的补偿作用，cosa≈1，减小了无功功率损耗，线损和设备发热，提高了设备的有功出力。（3）延长了锅炉的运行周期，例如使用变频器后，取消了调节挡板，使风压波动减小，从而减小了风道振动，减轻了轴承磨损，变频改造后，引风机电动机运行频率为较低频率，转速低，转矩小，提高了设备安全系数，有利于安全运行，延长了风机，电动机等设备的使用寿命。

由于公司变频器室位于锅炉及渣场附近，烟尘较大，为防止烟尘对变频设备的伤害，对变频器室进行了密封处理，这又造成了另外一个问题，散热效果不好，因为高压变频器在运行中产生了热量，使设备温度升高，尤其是功率单元柜和变压器及开关柜上的微机保护装置，通常变频器元件耐温为100摄氏度。所以在变频器室内加装了排风扇和空调设备以解决散热问题，并定期清理设备上积灰以保证散热通风，尤其要定期清理高压变频器进风口滤网，建议每周一次，由于变频器谐波干扰比较大，所以在分散式控制系统DCS的接口上，主要是摸批量信号指令和反馈，应该加以隔离，避免谐波干扰DCS传输的模拟信号量。由于内部阻抗的原因，变频器供电电源的容量越大，变频器输入电流的波形就越陡峭，而输入电压的波形畸变则越小，与此相反，电源容量越小，则电流波形越平缓，而电压的波形畸变就越大，由于电流和电压的波形畸变，将对接于同一电源的设备带来过热，噪声或振动等不良影响，为消除不良影响，可以采取如下措施（1）插入电抗器，减少脉冲状的电流波形的峰值，从而达到改善电流波形的目的（2）插入滤波器，滤波器分为LC 滤波器和有缘滤波器两种， LC滤波器是被动滤波器，它由电抗和电容组成对高次谐波的共振电路，从而达到吸收高次谐波的目的，与此相对应，有源滤波器的工作原理是通过对电流中高次谐波成分进行检测，并根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位的电流，以此达到减少高次谐波的目的（3）采用PWM控制方式的整流电路，PWH控制方式的整流电路是以节能为目的的而开发的整流电路。

此套变频系统在我厂运行一段时间，性能比较稳定，达到了预期效果，起到了节能作用，但变频器运行程序中仍存在一些弊端，比如十分钟的再起动等待问题，即引风机在停止运行后，十分钟后方准充再次启动。即待电动机转速回零（转子处于静止状态）后方可再次启动（电动机转动过程中产生一定的电压，对功率单元反送电会对高压变频器造成危害）十分钟时间很容易造成锅炉灭火停炉，对安全生产造成影响，对此应加以改造，使变频器在最短的时间内快速重启，保证锅炉安全经济稳定的运行，目前逐渐投入到企业应用中的一些先进变频启动、运行方式值得借鉴，有待于我们今后进一步学习，提高，从而应用到我公司生产中去。

参考文献

［1］王廷才.变频器技术及应用［M］.高等教育出版社.2007.06.

［2］杨一平.变频器原理及应用［M］.国防科技大学出版社.2004.11.

［3］张选正.变频器应用经验［M］.中国电力出版社.2008.4.11.

［4］龚仲华.变频器以原理到安全应用［M］.人民邮电出版社.2009.10.01.

［5］孟晓芳，李策.西门子系列变频器及其工程应用［J］.机械工业出版社.2008.01.01.

［6］曹青.三菱PIC，触摸屏和变频器应用技术［M］.机械工业出版社.2010.03.01.

变频电机范文第8篇

【关键词】煤矿；变频调速；矢量控制；单片机；SPWM

1、概述

矿用电机车是煤矿生产所需的一种主要的运输装置，目前主要采用直流电动机驱动。但是，随着交流调速技术的发展，交流调速系统的性能有了很大了提高，同时由于交流电机和直流电机相比具有功率大、效率高、无电刷和换向器，维护成本小的优点，因此用交流电动机取代直流电动机应用在矿用电机车上，已成为矿用电机车发展的趋势。

本文给出了采用矢量控制的原理和实现方法，并对所采用的控制算法进行了分析，设计了基于单片机80C196MC和智能功率模块(IPM)的矿用电机车矢量控制系统。该方案利用受控于单片机的智能功率模块产生电机的三相电压；

2、系统硬件设计

本文设计的整个调速系统由主电路、单片机控制电路和反馈量检测电路组成。

主电路是由逆变电路构成。其中逆变电路采用IPM智能功率模块完成功率变换；单片机控制电路以80C196MC单片机为控制核心，包括存储器扩展电路和一些电路如：键盘显示电路、复位电路、系统保护电路等等。单片机控制电路主要负责数据处理矢量控制算法的计算、PWM波和控制信号的产生以及显示和故障处理等等任务。

反馈量检测电路主要由定子电流检测电路和转速检测电路组成，检测值送单片机处理后主要用

于矢量控制算法的计算。整个变频调速系统的主要组成部分如下图所示。

2.1智能功率模块IPM

本系统的逆变器件采用智能功率模块IPM 。IPM是以绝缘栅双极晶体管IGBT为功率器件的新型模块。传统的IGBT是功率场控晶体管MOSFET和电力晶体管GTR的复合，它把MOSFET的驱动功率小、开关速度快的特点和GTR通态压降小。功率电路，缓冲电路还有门极驱动电路必须设计到足以承受和的极限值。如果功率电路漏感不够小、缓冲电路吸收不充分，瞬态过电压就会发生。同时地环路和杂散电容还会引起严重的噪声问题。

IPM智能功率模块结构

IPM共有6个主回路端(P,N,B,U,V,W)16个控制端，其中VccUVccUVccW分别为U,V,W相上桥臂控制电源输入的+端，GNDu, GNDv, GNDw分别为对应的一端;VinUVinV VinW分别为上桥臂U,V,W相控制信号输入端，Vcc,GND为下桥臂公用控制电源输入；VinXVinYVinZ分别为下桥臂XYZ相控制信号输入端；VinDB为制动单元控制信号输入端；

2.2逆变电路IPM的选择

正常工作时，电网直流供电电压U为440～660V,则经过电容滤波后的直流电压可由下式计算确定：

式中:为安全系数，一般取=1.1；

1.1为波动系数；

Ed为电容滤波后的直流电压。

关断时的峰值电压按下式计算：

式中：为关断使得峰值电压；为安全系数，一般取 =1.1；1.15为过电压保护系数；为电容滤波后的直流电压；150为由引起的尖峰电压。令IGBT模块的电压额定值满足，并向上靠拢IGBT的电压等级，取。

2.3 IPM的驱动隔离接口电路

驱动隔离电路是IPM主电路和控制电路之间的接口。由于IPM内置了驱动电路，与IGBT驱动电路设计相比，驱动电路的设计比较方便，只要能提供15V稳定的驱动电源和开关控制信号，提供低电平控制相应IGBT导通，高电平控制相应IGBT关断。

根据6N137的特点，结合实际控制需要，本文设计的IPM快速驱动隔离控制。

PWM信号先经7407驱动后，再经过电阻R2A接到光耦6N137的2脚(信号输入脚)；3脚接地;右边的6脚是6N137的信号输出脚，6脚经R2C接到Q2A基极，再经Q2B驱动后接到IPM的UP端(UP端为IPM的上桥臂U相脉冲输入端)。6N137的7脚(使能端)和IPM的外部保护电路相连。上图中的7407是为了增大驱动能力而设置的，可以防止电路引线太长所造成的驱动能力的下降。

正常情况下，6N137的7脚为高电平。如果有外接的驱动脉冲信号加到光耦6N137的2脚端，当2脚端的电位为高电平，由6N137的真值表知:6脚输出为低电平，使Q2A关断，Q2B导通，则加到IPM的UP端信号为低电平，经IPM内部驱动电路使IGBT导通。反之，当2脚端的电位为低电平时，光耦输出脚6为高电平，使Q2A截止，于是UP端为高电平，经内部驱动电路使IGBT关断。

3、结论

矿井的工作条件恶劣，对电动机的防爆、防尘和防潮等特殊指标有很严格的要求，显然，直流电动机由于本身固有的结构特点，是不利于这些要求的。相比之下交流调速有着很多优点。

(1)．交流电动机比直流电动机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便惯量小、效率高，如果把电机车改成交流拖动，显然能够带来不少效益。

(2)．由于直流电动机具有电刷和换向器，因此必须经常进行检查维修，换向火花也使它不太适合煤矿的瓦斯环境。交流电动机在运转时没有直流电动机那样的换向火花现象，因此更易实现防爆。

变频电机范文第9篇

关键词 变频器；闭环控制；转速

中图分类号TM4 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）84-0130-02

变频电机驱动控制系统由两套相同的变频柜、变频电机、电机控制系统、变频控制系统、主控通讯系统、连接电缆及其附件等组成。

1 系统的已知条件

风扇的最高转速：5 500r/min；

风扇功率：115kW（5 500r/min时）；

液压泵的理论最高额定转速：2 214 r/min；

液压泵的理论最大输入扭矩：765N·m。

2 变频电机驱动控制系统的工作原理

变频器通过RS485接口接收主控系统的命令，如风扇转速信号，主控计算机可以通过RS485接口远程启动和停止变频器（同时变频器要有急停接口分别放到控制间和试验间），变频器通过RS485接口将转速等信号反馈传输给主控计算机系统。变频器通过电缆与变频电机连接，电机驱动液压泵，液压泵驱动液压马达，液压马达驱动风扇旋转，风扇转速通过转速传感器发出脉冲信号变换后传给变频器，变频器通过读取风扇实际转速，对风扇的转速进行闭环控制。风扇转速在0r/min～5500r/min时，控制精度为±5r/min，风扇的最高转速为5 500r/min，同时，风扇的控制精度可以根据实际情况做相应的调整。变频器和变频电机之间的闭环控制，来辅助风扇转速与变频器之间的闭环控制。

1）在闭环运行模式下， 可以设定并调节被控制量的期望值，变频器将根据被控量的实际值，自动调节变频器的输出频率，控制电动机的转速，使被控量的实际值自动逼近期望值；

2）在开环运行模式下，变频器的运行频率由PLC或主界面给定；

3）变频器的频率输出信号为4mA～20mA. 变频器的指令接受信号也为4mA～20mA。变频器的状态信号、故障信号等都可以上传到PLC；

4）可以直接利用变频器柜门上的主界面起动、停机和调速。也可以在控制室进行起动、停机、急停、加速、减速、远方-就地转换、故障报警、故障消除、频率表（数字表）及引风机运行电流显示。

3 变频器工作原理

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成的。PS7000系列变频器的整流器件采用六单元整流桥，通过电容滤波，逆变器件为绝缘栅双极性晶体管（IGBT），驱动、检测、微处理单元都集成在电源板和主控板上。

通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. （T=Te， P

电机的转速可以自由改变，n = 60f/p（1-s） 。其中n：电机的转速；f：电源频率；p：电机磁极对数；s：电机的转差率。电机的转速 = 60（s）＊频率（Hz）/电机的磁极对数 - 电机的转差率。电机的旋转速度同频率成比例。

4 变频柜主要参数

变频柜型号为PS7000 200G3，额定功率200kW，变频范围可以从0HZ到400Hz，额定电压为三相交流380V，额定电流380A，

采用闭环控制方式，与主控通讯接口是RS485接口。与主控传输协议为ModBus。

变频柜的原理如下：

图1

图1为变频器驱动变频电机的主回路原理图，L1、L2、L3为三相380V电源，SB为万能转换开关，通过旋转手柄可以使电压表分别显示AB、AC、BC之间的电压。QF11、QF12为电动断路器，可以通过柜门上的按钮（SB2）操作使断路器的接通，按钮使断路器断开。L11、L22、L33分别为输入电抗器、输出电抗器、直流电抗器。变频器和调速器在使用过程中，经常会受到来自浪涌电流和浪涌电压的冲击，会严重损坏变频器和调速器的性能和使用寿命，所以要在其前面加装输入电抗器，用以抑制浪涌电压和浪涌电流，保护变频器和调速器，延长其使用寿命和防止谐波干扰，同时由于变频器和调速器是采用变频的方式调速的，所以在调速的时候经常会产生高次谐波和产生波形畸变，会影响设备正常使用，为此，须在输出端加装一个输出电抗器，用于滤出谐波电压和谐波电流，改善电网质量。

M1为变频电机，M2是变频电机的冷却风扇，M3为变频柜的柜内风机，用于冷却柜内的发热器件，如IGBT、整流器等。

图1右侧为变频器控制回路的接线，FWD、RST、COM端子，通过设定相应的参数和继电器的控制，可以实现对变频器启动、停止、复位等操作，SS1、SS2、SS3组合可以切换频率设定模式。

V1/DA1、V1/DA2分别输出4-20mA信号给PLC，用于显示运行频率和运行电流。IF、V3是变频器的反馈信号输入端子，用于实现PID控制，比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积 分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。

图2

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。

图2为控制回路原理图，SB1是三位转换开关，当选择‘本地’时，中间继电器KA11线圈得电，KA11的常开点闭合，常闭点断开，通过柜门上的启动按钮SB5对变频柜进行启动操作，停止按钮SB4。当选择‘手动’时，SS1、SS2、SS3的组合为OFF、ON、ON，频率设定模式为键盘或RS485给定。当选择‘自动’时，SS1、SS2、SS3的组合为ON、ON、OFF，此时为PID调节方式。TA1/TC1和TA2/TC2为变频器的继电器输出点，通过参数设置，变频器运行时TA1/TC1闭合，变频器故障时TA2/TC2闭合。

5 电机主要参数

电机型号为YTSP315L-4（IC416），额定功率200kW，电机转速范围可从0r/min 到3 000 r/min之间调节，四级电机，额定电压为三相380V交流电压，额定电流360A，变频范围3Hz～100Hz，额定转速1 500 r/min（50Hz），最高转速可达到3 000 r/min（100Hz），最高扭矩大于1 200N·m，电机控制方式采用变频器闭环控制。

参考文献

[1]徐海，施利春.变频器原理及应用[M].清华大学出版社，2010，9.

[2]姚福来，孙鹤旭，杨鹏.变频器、PLC及组态软件实用技术[M].机械工业出版社，2010，6.

[3]程树康，蔡鹤皋.新型电驱动系统及相关技术[M].机械工业出版社，2005，6.

变频电机范文第10篇

关键词：变频电机冷却风机；联锁控制；应用

1、变频电机运行特点及问题

目前市场上的变频电机，如果在订货时不加说明，默认标配均是采用独立风机冷却，结构上在电机转轴上不带叶片，取而代之的是在电机的风叶罩内加装一台风机，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。国内专业的变频电机生产厂不生产风机，对变频电机的风机基本上采取外购。配套的风机电机大多采用B级绝缘，以多年使用变频电机的经验来看，变频电机故障率最高的恰恰是风机电机，一旦风机发生故障，变频电机则会因通风不畅，使内部热量不能尽快散发出去导致温度快速升高，造成电机烧损。图1-1，1-2，1-3为一变频电机控制原理：

上述原理图1-1/1-2为一变频电机原理图，其变频电机控制与冷却风机回路没有在一起，是单独启停变频电机和其冷却风机，这样有一缺陷是没有把变频电机冷却风机启停与变频电机启停控制联锁，这样只能由操作人员远程或者现场手动启动或停止冷却风机，增加了操作流程与步骤，有可能出现误操作现象，下面将介绍其优化方案。

2、解决办法

为防止变频电机因其冷却风机故障而过热烧损，电动机的发热与冷却电机带负荷运行中，在电能转化为机械能过程中，因产生损耗而发热。一般在控制保护上，变频电机与其冷却风机电机间均加装联锁，启动变频电机时同时启动冷却风机，一旦风机电机烧损或过热则停变频主电机。控制原理见图2-1，2-2，2-3

图2-1

图2-2

图2-3

3、原理说明：

（1） 图2-1、变频电机及其冷却风机配电接线图，并配有变频器控制方式及信号输出。

2-2是变频电机冷却风机控制原理图。

2-3是变频器及变频电机冷却风机向DCS系统输出和接收信号图。

（2） 变频电机与冷却风机联锁关系：当变频器中控启动（K）或者现场启动时（s2），中间继电器K2或者K4带电，其常开触点闭合，冷却风机接触器KM线圈通电，其主触点闭合，这时冷却风机带电启动，驱动冷却风机时同时因中间继电器K2带电，接变频器常开点K2闭合，变频器收到信号后驱动主电机启动，同时分别给中控一启动信号（K3为变频器已启信号，KM为冷却风机已启信号）。

当变频器冷却风机出现故障时，热继电器KH动作，接触器线圈KM失电，KM常开触点断开，冷却风扇运行指示灯灭，中控通过冷却风扇故障信号（KH）和运行信号（KM）与变频电机停止信号联锁，中控给变频器输出一停止信号，变频器停止运行，电机停转。

4、实现的效果：

避免了普通电机低频运行时发热问题，同时也实现冷却风扇与变频电机同步联锁运行的设计思路，使冷却风扇风量不受变频电机转速影响，也避免了变频电机无冷却风扇单独运行，防止出现变频电机过热烧损现象。

5、结语