变频电机范文

时间:2023-03-18 09:29:27

变频电机

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

关键词:伺服;变频;电机

中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2010)11-0245-01

伺服是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节,伺服驱动器中同样存在变频(必要时需进行无级调速)。但伺服是将电流环、速度环或者位置环都闭合才能进行的控制。另外,伺服电机的结构与普通电机结构也是有区别的,要满足快速响应和准确定位。伺服电机主要由定子和转子构成,定子上有两个绕组,即励磁绕组和控制绕组,两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机内部的转子是永久磁铁,驱动gS控制的u/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较来调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数)。普通电机主要由转子、定子整流器、前后端盖和带轮等组成。要满足快速响应和准确定位,目前比较通用的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服,但这种电机受工艺的限制,很难达到很大的功率,十几KW以上的同步伺服价格又及其昂贵,这样在现实条件下多采用交流异步伺服,这时的驱动器就是由高端变频器和带编码器反馈闭环进行控制的。两者都有一些共同点,交流伺服的本身就是在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节。变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电,然后通过可控制门极的各类晶体管(IGBT,IGCT等)通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形,类似于正余弦的脉动。由于频率可调,所以交流电机的速度就可调了。但交流伺服电机必须具备一个性能,就是能克服交流伺服电机的所谓的“自转”现象,即无控制信号时,它不应转动,特别是当它已经在转动时,如果控制信号消失,它应能够立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后,如果控制信号消失,往往仍继续转动。

简单的变频器只能调节交流电机的速度,可以开环也可以闭环,主要由控制方式和变频器决定的。现在很多的变频已经将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量。市场上大多数能进行力矩控制的变频器都是采用这样方式控制力矩,UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置,采用反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节,这样既可以控制电机的速度也可控制电机的力矩,而且速度的控制精度优于v/f控制,编码器反馈也可加可不加。

在驱动器方面,伺服驱动器在发展了变频技术的前提下,在驱动器内部的电流环,速度环和位置环都进行了比一般变频更精确的控制技术,在功能上也比传统的变频强大很多,最主要的是可以进行精确的位置控制。它通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置,驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电子器件使之更优越于变频器。在电机方面,伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机(一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机),也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时,伺服电机能根据电源变化而产生相应的动作变化,响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机,电机方面的严重差异也会导致两者的根本不同,所以变频器在其的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。当然即使不设定,变频器的输出能力还是有限的,但有些性能优良的变频器也可以直接驱动伺服电机。

变频电机范文第3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4篇

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。如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下,其温升一般要增加10%~20%。同时这些谐波磁动势与转子谐波电流合成又产生恒定的谐波电磁转矩和振动的谐波电磁转矩,恒定谐波电磁转矩的影响可以忽略,振动谐波电磁转矩会使电动机发出的转矩产生脉动,从而造成电机转速(主要是低速时)的振荡,甚至引起系统的不稳定。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。与传统异步电机相比,一般变频电机设计有如下一些特点:

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。如目前大多调速异步电动机的工作频率在5Hz~100Hz内可调,设计时要全面考虑。

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。现有数据表明:在额定工作点,逆变器供电下的异步电机效率比普通电机高2%~3%,功率因数高10%~20%。

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,如采用陶瓷滚子轴承或实现轴承室绝缘。同时,在逆变器输出端增加滤波环节,降低脉冲电压dU/dt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应具有以下几个特点:(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。

参考文献:

[1]ANDRZEJM.TRZYNADLOWSKI著,李鹤轩,李扬译.异步电动机的控制.北京:机械工业出版社,2003.

[2]陈伯时,陈敏逊.交流调速系统(第2版).北京:机械工业出版社,2005.

[3]沈本荫.牵引电机.成都:西南交通大学出版社,1990.

[4]孟朔.适用于变频调速系统的异步电机设计与分析方法的研究[D].清华大学,2000.

【摘要】根据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,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、结构设计方面加以阐述。

变频电机范文第5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6篇

关键词:异步电机 变频 调速 专利分布 专利分析

中图分类号:M343 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2015)07(b)-0049-02

进入20世纪70年代,随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展,使得采用电力电子变流器的交流拖动系统得以实现,特别是大规模集成电路、专用集成电路和计算机控制的出现,使高性能交流调速系统应运而生,交直流拖动按调速功能分工的格局终于被打破了[1]。交流调速性能完全达到了与直流调速性能相媲美的程度,而交流电机的优势则转化成为了其调速系统的优势。于是,交流调速拖动取代直流调速拖动的呼声日益高涨,交流调速控制系统已成为当前电力拖动调速控制的主要发展方向。目前,变频调速技术受到交流调速技术和微机控制技术发展的影响,其研究和应用将朝着高性能交流变频调速和特大容量、极高转速的交流变频调速方向发展[2]。

该文针对异步电机变频技术进行检索,以CNABS和DWPI专利数据库中的检索结果为分析基础,从专利文献的视角对异步电机变频调速技术的发展进行了全面的统计,总结了异步电机变频相关技术的国内和国外专利的申请趋势、申请人分布,探讨异步电机变频技术研究现状与发展趋势,为相关技术研究人员的研发方向和专利战略提供参考信息,也为相关企业科技管理人员对技术发展政策的制定提供参考。

1 异步电机变频技术专利布局分析

该文分别在中国专利文摘数据库CNABS和英文摘要数据库DWPI中对异步电机变频调速技术进行检索,其中CNABS数据库收录了1985年以来中国所有的专利文摘信息,DWPI数据库收录了1948年至今47个国家和组织的专利文献,并人工改写了摘要等信息。

在这两个数据库中采用异步电机变频技术领域通用的关键词表述,将检索结果进行人工浏览降噪,获得国外发明专利申请345件,中国发明专利申请761件。

1.1 发明专利申请年度分析

图1示出了异步电机变频调速技术国外专利申请趋势,大致可以分为三个时期,各时期划分别以申请量增长率的变化为标准。

第一时期为技术萌芽期(1979年之前)。20世纪70年代以前,实用的静止变频器没有问世,交流电机主要用于拖动场合,较少用于调速。高性能的交流调速技术还停留在理论上的期望阶段。从图1中可以看出,在1979年之前,异步电机变频调速技术的发明专利申请量很少。1979至1991年,异步电机变频技术相关发明专利申请量快速增长,在1983年的时候达到顶峰。1983年之后,国外的申请量总体有所下滑,但是仍然比1979年以前的申请量有较大的增长。在冷战的国际背景下,到1991年,申请量达到最低值。1991年后,异步电机变频调速技术专利申请再次逐渐增多。这一时期的发明专利技术主要集中在采用直接转矩的方式进行异步电机变频调速。主要原因为1985年德国学者Depenbrock提出了异步电动机的直接转矩控制理论。从2001年起,关于异步电机变频调速技术的专利的申请量处于稳定期。在这一时期,相关专利主要集中在基于矢量控制理论在变频调速技术中的运用以及无位置传感器的控制系统的相关研究方面。

图2示出了关于异步电机变频调速技术中国专利申请趋势,与国外专利申请相比较,中国专利申请大致也可以分为三个阶段,第一阶段为萌芽期(1985-2001年),第二阶段为发展期(2002-2007年),第三阶段为快速增长期(2008-2013年)。1985-2001年,中国专利关于异步电机变频调速领域的专利申请数量很少。而在这一时期,国外在异步电机变频调速技术领域已经经过了两次发展期,分别为基于电力电子技术和集成电路技术而发展起来的变频调速技术,和以直接转矩控制为基础的变频调速技术。2002-2007年,中国的专利申请总体呈现上升趋势,且每年的申请量趋于平缓的上升趋势。在该阶段,中国申请的申请人主要分布在高校和个人申请,其中,个人申请占有很大部分。经过对这些个人的百度分析,发现他们大多是从国外留学回来的教师。从整个申请量和申请人分布上来看,一方面当时中国的专利申请意识还不强,另一方面反映了在这一阶段中国对异步电机变频技术的研究还很缓慢,生产应用也不足,因此企业申请量还很少。2008年开始,中国有关异步电机变频调速技术的专利申请大量增多,这六年的申请量是前二十年申请总量的近两倍。

1.2 重要申请人分布情况分析

本节从国内外专利申请重要申请人方面对异步电机变频调速技术相关专利做进一步分析,主要考虑申请人历年的申请总量,按照申请总量进行排名,取前10名申请人进行分析。

图3示出了国外专利申请量排名前10名的申请人,分别是:(1)东芝照明技术株式会社(日本);(2)株式会社日立信息通信工程 (日本);(3)富士电机株式会社(日本);(4)三菱电机株式会社(日本);(5)西门子公司(德国);(6)ABB公司(美国);(7)株式会社明电舍(日本);(8)通用电气公司(美国);(9)罗伯特・博世有限公司(德国);(10)AS MOLD POWER CYBER(苏联)。排在前10名的申请人主要集中在美日德三个国家。而前四名均被日本公司占据。

图4为中国专利申请量排名前10名的申请人,分别是:(1)浙江大学;(2)卢骥;(3)清华大学;(4)永济新时速电机电器有限责任公司;(5)襄樊宇清电动汽车有限公司;(6)沈阳工业大学;(7)襄樊特种电机有限公司;(8)华南理工大学;(9)湘潭电机股份有限公司;(10)汪┥。

在中国关于异步电机变频调速技术的申请主要为高校申请和企业申请。根据前面的分析可以知道,在异步电机变频调速技术领域,国外的研究主要集中在1979-2001年。而中国在这个领域的发展明显滞后于国外,主要是在2007年之后开始快速发展。总体而言,中国对于异步电机变频调速技术领域的研究滞后于其他国家,尤其是日本、美国、德国这些变频调速技术领域的强国。

2 结语

该文通过对国内外异步电机变频调速领域的发明专利申请的分析,分别从申请的总体情况、申请量年度分析、申请人分布情况以及关键技术方面进行了分析。通过对异步电机变频调速技术的国内外专利申请量的分析可以看出,中国在异步电机变频调速技术领域研究迟缓,错过了两次发展热潮,相关专利申请很少。随着近年来人们专利意识的提高,以及市场对变频器需要的增多,有关异步电机变频调速技术的中国专利申请量快速增长。近年来,国内外对于变频器的要求主要在于其节能性、产品质量的提高、设备合理化等方面。从技术角度看,变频调速技术在平滑起动、力矩和定位控制、减噪等方面还需要提高,有学者提出了通用变频器的研究,相关专利申请较少,相关企业可加大对这些领域的研究。通过对专利申请内容的分析可知,中国专利申请的整体技术有待提高,国内申请人专利撰写的能力需要将强。同时,企业应加强对专利的布局,提高对异步电机变频调速相关技术领域出现的新技术和新方法的敏感性,积极研究核心技术,防止国外相关领域的专利申请对我国企业的发展产生制约。同时,企业可加强与高校或研究机构的合作,利用高校或研究机构在理论研究上的优势和企业自身产业制造的能力,将专利技术转化到产业制造上。

参考文献

[1]李春文,张爱芳,曹玲芝,等.交流异步电机变频调速系统研究综述[J].科技资讯,2009(33):47.

[2]郑巍.基于变频调速大型电机的发展问题分析[J].中国新技术新产品,2014(11):119.

变频电机范文第7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8篇

【关键词】变频调速 交流电动机

一、绪论

(一)变频调速技术简介。

变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。电机有直流电机和交流电机。直流机调速容易实现,性能好,因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电机由于采用直流电源,它的滑环和碳刷要经常拆换,故费时费工,成本高,给人们带来太大的麻烦。因此人们希望让简单可靠廉的交流电机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。

(二)国内研究现状。

我国是一个能源生产大国,但我国同时也是一个能源匮乏国,随着能源危机的加重,各行各业都应该实现节能减排。工矿企业作为能耗企业,如果实现节能减排则显得尤为重要。异步电动机作为这些企业的主要动力设备,所以实现异步电动机的节能就是实现企业的节能。变频器作为一种新型节能减排技术则得到了广泛的应用。

二、交流电动机调速

(一)交流变频调速技术的发展。

交流电动机的调速系统是一项以大功率电力电子器件为基础的新型技术学科在过去的十几年间由于大功率电力电子器件的不断出现,使交流电动机的调速技术取得了很大的发展。

1.交流电机

交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展,交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比,由于没有换向器,因此结构简单,制造方便,比较牢固,容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大,从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。

2.直流电机

直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

(二)交流调速的方式。

异步电机得调速方法可以有改变转差率,改变磁极对数及变频三种。其中改变转差率的方法又可以通过调定子电压,转子电阻转差电压以及定、转子供电频率等方法来实现。

1.串极调速

它是将绕线式异步电动机的转差功率回馈到电网的一种比较经济的调速方法,可以又低同步及高同步两种串调方式。

2.矢量变换控制调速

它是模拟直流电及得控制特点来进行交流机的控制。

3.变频调速

它是一种最有发展前途得一种调速方式,其调速花样繁多。

三、变频调速原理

(一)异步电机变频调速原理。

交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的,但定子绕组上接入三相交流电时,定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场,它与转子绕组产生感应电动势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速,用n0表示:

式中:f为三相交流电源频率,一般是50Hz;

为磁极对数。当p=1时,n0=3000r/min;p=2时,n0=1500r/min。

由上式可知磁极对数p越多,转速n0就越慢,转子的实际转速n比磁场的同步转速n0要慢一点,所以称为异步电动机,这个差别用转差率表示:

在加上电源转子尚未转动瞬间,n=0,这时s=1;启动后的极端情况n=n0,则s=0,即在0~1之间变化,一般异步电动机在额定负载下的 s=1%~6%。综合(3-1)和(3-2)式可以得出:

由式(3-3)可以看出,对于成品电机,其极对数已经确定,转差率的变化不大,则电机的转速与电源频率成正比,因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速,进而达到异步电机调速的目的。

(二)电动机变频调速方案的。

从经济角度来讲,煤矿的大容量风机、泵类负载采用高压变频调速合理性很强,可以在节能过程中逐渐收回成本。大功率的异步电动机,现有的变频器系统有两种调速方式:“高――高”,“高――低――高”。

1.高――低――高变频调速系统

采用两级变压的方式。先降压,经过降压变频器,再升压,该模式对电力电子器件的要求降低。

2.高――高变频调速系统

采用多个功率单元模块串联,直接高压变频转换。这种方式节省了升压、降压变的投资及带来的损耗,提高了效率。采用高压变频器的大容量电动机系统一般都采用高――高模式。该调速系统由于采用了桥式整流电路,在整个调速系统中功率因数较高,不需要装设功率因数补偿装置,又因为高――高变频调速系统采用多重化脉冲控制,通过模块输出串联叠加消除高次谐波的影响。

高――高变频调速系统改善了系统的动态特性,变频器中逆变器的输出频率和电压,都在逆变器内控制和调节,因此调节速度快,调节过程中频率和电压配合好,动态性能好。此外,高-高变频调速系统有很好的对负载供电波形。变频器的逆变器输出电压和电流波形接近正弦波,从而降低了由于矩形波供电引起的转矩降低问题,从而改善了电动机的运行特性。

变频电机范文第9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10篇

【关键词】变频技术;电机控制;应用

前言

相关经验表明,将变频技术引入电机控制中,可以较好的解决异步电机应用的相关问题。特别是可以实现异步电机的变频调速的问题,这样可以降低电机的使用能耗,提高电机使用效率。在变频调速系统中,应用DSP 作为控制芯片以实现电机数字化控制,它既提高了系统可靠性,又使系统的控制精度高、实时性强、硬件简单、软件编程容易,是变频调速系统中最有发展前景的技术。下面我们就来探讨变频技术在电机控制中应用的情况。

1、变频技术的特点和含义

交流电压型变频器是变频技术的关键技术环节,体现了其特点及含义。主要由整流单元、滤波单元、逆变单元、制动单元、驱动单元、检测单元及控制单元等部分组成的。整流单元用于电网的三相交流电变成直流。可分为可控整流和不可控整流两大类。可控整流由于存在输出电压含有较多的谐波、输入功率因数低、控制部分复杂、中间直流大电容造成的调压惯性大相应缓慢等缺点,随着PWM技术的出现可控整流在交流变频器中已经被淘汰。不可控整流是目前交流变频器的主流形式,它有2种构成形式,6支整流二极管或6支晶闸管组成三相整流桥。滤波单元主要采用大电容滤波,直流电压波形比较平直,在理想情况下是一种内阻抗为零的恒压源,输出交流电压是矩形波或阶梯波,这是电压型变频器的一个主要特征。

2、目前变频技术中的常见问题

目前变频技术在电机控制领域应用前景很广,工业用电动机、生活用电动机、民用设施用电动机等都需要变频技术来控制,从而达到运转平稳、节能、运行可靠安全的目的。由于我国真正意义上的变频技术事业起步较晚,发展过程又比较缓慢,尽管有近些年的快速发展,也难以弥补先期发展时留下的不足。因此,我国变频技术中常常会出现这样或那样的问题。本节我们就从变频技术自身因素、人为因素、设备因素等对目前变频技术在电机控制应用的常见问题进行分析。

2.1技术自身因素

变频技术在电机控制的应用出现的故障主要是变频技术自身因素引起的,其中主要两个问题分别是电气设备和电气系统。当电气设备出现故障多不涉及整个电机,但是能使电机控制受到影响,同时也能给用户造成比较大的损失。如果当电气系统出现问题,则会影响整个电机甚至是整个变频技术在电机控制的应用,从而产生极大的破坏力,使电机运行失去稳定性,产生无法逆转的损失。平常所见的问题大多都属于自身所出现的问题,而一些电压忽然极高忽然极低等极不稳定情况多由于变频引起。因此,准确判断系统自身的哪个方面出现问题很重要。

2.2人为因素

人为因素就是指工作人员操作时出现失误,对电器设备不正当操作,或是疏忽大意。当由于人为因素造成问题时,务必要保持冷静,有条理地进行抢救操作,减少损失尤为重要。若出现人员受伤,同时也要做好伤员的急救工作。人为因素造成故障常包括:(1)变频器运行中,突然切断电源;(2)在未拉开变频器电源的情况下,打开变频器面板进行检查、处理缺陷。(3)变频器24V控制回路中串入交流电源的情况也经常出现。不管是哪种人为因素,只要出现问题,都需要及时的处理,要把问题在扩大前解决,不能因此而影响到整个电机的正常运行和电力安全,争取把损失降到最低。人为因素造成的问题相对容易解决,因此再出现相关问题时要保持冷静。

2.3设备因素

设备因素造成的变频技术在电机控制的应用障碍主要是指相邻电气设备的强磁场干扰或者变频控制的弱电信号遇到干扰造成的不利影响,主要表现在变频器控制弱电信号受到相邻电气设备交流电源的磁干扰,使变频器控制失灵或者错发报警信号以及变频器24V控制回路受到相邻运行设备交流磁场干扰的情况。针对这些情况,我们主要采用将变频器控制信号电缆改造为抗干扰屏蔽电缆,并对相邻产生磁场的交流电源设备进行磁场屏蔽措施,通过这两种方式有效的解决了设备干扰因素对变频器正常运行的影响。

3、对问题的对策探讨

尽管我国变频技术在电机控制的应用存在着诸多问题,但是这些问题都不是不能避免的。因此,这些问题都可以通过人们采取相应恰当的措施解决的。我们依据调查结果进行了反复分析研究,并与一些专家学者积极沟通,初步提出了相应的解决方法。当然,问题的解决需要是具有时效性以及根本性的。下面我们就探讨目前存在问题的对策,以此来对国家变频技术在电机控制的应用有所帮助。

3.1提高变频系统的性能

解决这个问题首先要鼓励创新,需要拥有越来越多的技术上的突破。鼓励创新不能只停留在表面口号上,需要国家或者企业大力投入,把技术创新作为一项长期的主要工作来抓。其次,我们可以设立相关奖项,鼓励更多的从业人员用更多的热情投身到技术创新事业中来。最后,我们应该加强政府与企业在变频技术在电机控制的硬件设备方面的交流,更深入的开展技术创新的工作。提高变频技术的性能不是单一的,需要结合其他相关技术共同协作。变频技术在电机控制的应用是相当复杂的,硬件设备的每个环节都有严格的技术检测。提高变频系统性能就可以解决问题的大半,对变频技术的发展和革新具有重大意义。

3.2加强人员队伍的建设

我们都知道一个行业的持续发展需要优秀的队伍来提供动力。其实变频技术在电机控制的应用最离不开的是专业的队伍,因此我国在变频技术在电机控制应用的人员队伍上存在的问题是很值得我们关注的,也是亟待解决的。我们可以增大对人才培养的力度,努力提升人员的整体素质。其次,我们也可以完善相关制度,用制度去约束部分素质不高的人员,减少变频技术在电机控制应用中的不合格人员。最后,我们应该加强队伍的整体建设,从大局出发,全面的提升电机变频设备运行的整体水平。因此加强变频技术在电机控制系统中应用的人员队伍建设是解决们目前存在的很多问题的有效途径。

3.3引入积分

积分环节的引用是为了消除系统稳态误差,提高系统的无差度,以保证实际值对设定值的无静差跟踪。但积分环节的引入会使系统动态响应变慢。实际中,积分作用常与另外两种调节规律结合,组成PI控制器或者PID控制器。微分环节作用的引入,主要是为了改善控制系统的响应速度和稳定性。微分作用能反映系统偏差的变化规律,预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用。微分作用的强弱取决于微分时间的大小,时间越大,微分作用越强,反之则越弱。

结语

变频技术是一个很有前景的技术,在电机控制的应用对解决能源问题也很大帮助,未来会应用的更加广泛。

参考文献

[1]亓岩.交直交变频技术在电机控制中的应用分析.东北轻合金有限责任公司,黑龙江冶金,2011-09- 15

[2]姚梦琳.变频技术在电机控制中的应用研究.河南省南阳理工学院电子工程系,科协论坛(下半月),2011-02-25

上一篇:中医中药范文 下一篇:中药饮片范文

友情链接