变频电机范文

变频电机篇1

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。

变频电机篇2

变频器调速指的是对交流异步电动机面言。电动机的转速与交流电的频率有关，也就是说只要改变频率变可以达到改变速度，所以变频器先把交流电转换成直流电然后再转换成随意可调的（0—50HZ0）的交流电，从而达到电动机调速的目的，当然，变频器的输出电压和电流随频率的提高而变高。

（来源：文章屋网 https://www.wzu.com）

变频电机篇3

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

变频电机篇4

关键词：600MW机组；凝结水泵；变频改造

中图分类号：U464文献标识码： A

国内电厂凝结水泵的改造现状

变速调节是通过改变泵性能曲线的方式达到调节运行工况点的目的。由于在此过程中，泵效率基本不变，因而可以获得很高的经济收益，尤其是在负荷深度调节时更为明显。为了解采用高压变频技术在国内电厂的实施效果和经济效益，笔者调查了国内多家电厂凝结水泵采用变频改造的技术方案和节电效果，由此得出：当凝结水泵电机改为高压变频供电后，通过变频技术调节凝结水泵转速来实现除氧器水位的调节，该调节方式具有平滑性好、精度高和响应快的特点，不仅除氧器水位波动较小，而且有利于机组的稳定运行。另外，根据比例定律中的轴功率与转速立方成正比的关系可知，当转速下降后，轴功率大幅降低，节能效果十分明显。同时，采用变频调节后，原调节阀门始终处于全开状态，减少了阀门损耗，降低了阀门维护工作量。

2.实例概括

某电厂根据2台600NW调峰机组低负荷时凝结水系统压力高、节流损失大、凝结水泵电耗高及凝结水管道、上水调门振动大对机组安全和经济方面的影响,于2008年对1、2机组凝结水泵电动机进行了变频改造,以最大限度地减少节流损失,降低能耗,提高经济效益,保证凝结水系统的安全运行。

由于凝结水泵为定速泵，除氧器水位采用除氧器上水调门自动或手动调节，凝结水压力在2.7～3.7MPa之间调整，导致凝结水泵长期在非经济工况下运行。低负荷时，一方面造成凝结水压力偏高，凝结水管道及调门振动大、系统噪音大，除氧器上水调门线性变差、调门大幅波动使除氧器上水流量和除氧器水位大幅波动，威胁机组安全；另一方面凝结水系统节流损失大，凝结水泵效率低，电能损耗大。

3. 600 MW机组凝结水泵电机的变频改造情况

凝结水泵变频改造是通过改变凝结水泵电动机的频率来控制泵的转速，并通过降低凝结水泵转速来降低泵出口的压力，从而消除凝结水管道及调门的振动，降低噪音，最大限度减少节流损失，降低能耗，提高经济效益。

凝结水泵变频系统采用“一拖二”的主结构形式，工作泵为变频器控制，工频泵备用。首先对除氧器水位控制回路逻辑修改，那就是一台凝泵变频运行，另一台凝结水泵保持工频备用，变频调节跟踪凝结水泵出口压力，而除氧器上水主调节阀仍做水位调节。由于采用变频器的转速控制除氧器水位，响应后水位变化较慢，所以这次改造只考虑变频凝泵用于调节凝结水母管压力，原有的调节阀门仍用于调节除氧器水位，只需增加一个压力调节回路，凝结水母管压力设定值在一个负荷对应的滑压曲线基础上设置偏置的方法来实现。

4.凝结水泵变频控制系统投运

关闭除氧器上水调门，检查凝结水再循环门开启，凝结水泵具备启动条件，合上变频凝结水泵6kV开关，投入凝结水泵变频器，检查凝结水泵转速上升，出口压力缓慢上升，600r/min时，检查凝结水泵出口门自动开启。转速升至50%额定转速时停止，缓慢调整除氧器上水调门至某一开度。当除氧器水位至正常水位时，投入凝结水泵变频自动。投运过程中注意对凝结水泵电动机轴承振动及轴承温度的监视，变频投运后，调整除氧器上水调门开度，在保证安全的情况下最大限度地节约电能。

5.改造效果分析

对改造前后在不同负荷段的运行时间和凝泵耗电量进行统计分析，计算出年度节能效果，如表所示。

表为运行时间和凝泵耗电量统计分析表

由上表可知：通过实施“1、2号机凝结水泵电机变频改造项目”，将1、2号机凝结水泵耗电量由改造前的1475. 14万kW·h降为改造后的542. 83万kW·h，下降了932.31万kW·h，节约3 263. 09万t标准煤若以仃kW·h 0. 536元计算，每台凝泵变频器每年可节约249. 86万元，2台变频器一年可节约499. 72万元，经济效益非常明显，不到一年便可收回总投资。若凝结水压力安全余度还可以再降低，节能效果还会更加明显。

改造后存在的问题及修正

6.1除氧器水位的自动控制

为保证除氧器系统的正常运行，在凝结水泵的出口，采用主调整门和辅调整门两个气动门将母管分成并列的两个管道向除氧器供水。主调节门采用三冲量控制，辅调节门采用单冲量控制。当单台凝结水泵工频运行时，凝结水泵出口处的压力高、输出流量大，此时，禁止主、辅调整门同时全开。而在一般工况下，通过主调整门实现节流调节的需求，此时辅调整门保持全开状态，从而减小了节流损失。凝结水泵变频改造目的是通过变频器调节转速来满足除氧器水位变化的需要，保持全开状态的主、辅调整门处存在很小的节流损失。因此，采用变频调节自动上水时，设计除氧器上水调整门强制开到 95%指令。95%的开度位置既可使得调整门的节流损失达到最小，也使调整门关闭的响应速度达到最快。

6.2凝结水泵自动切换的热工控制逻辑

结水泵实施变频改造后，为保证其安全运行，制定合理的自动切换热工控制逻辑十分必要。当就地设备发生故障时，例如变频器发生“重故障报警”或凝结水泵突然跳闸等故障，故障信号将触发“凝结水泵变频跳闸”条件；当前凝结水泵的高压合闸开关断开，并闭合另外一台工频备用凝结水泵高压合闸开关时，备用泵工频启动。

在工频泵启动瞬间，除氧器上水调整门开度仍处于 95%位置，此时凝结水供水量由此猛增，此时，除氧器上水调整门须立即做出反应才能保证除氧器水位不出现大的扰动。若采用 PID 控制调节，不但调整过程缓慢，而且容易发生超调、甚至引起系统震荡。

6.3变频器和除氧器上水门自动控制的无扰切换

为保证变频器和除氧器上水门自动控制均能正常调节，须保证同一时刻只能有一个处于自动状态，否则两个共同作用来调节除氧器水位，必将出现作用过强并引起过调，从而诱发除氧器水位出现震荡现象。

为此，采取的技术措施是：当变频器投入自动时，变频器自动有效信号同时接入除氧器调整门强制指令，强制调整门开到 95%位置，限制调整门的调节作用，此时依靠变频器的 PID 调节回路对除氧器水位进行调节。当除氧器上水调整门投入自动时，限制变频器调节强制手动，防止变频器自动调节，带来水位扰动，此时在变频器转速手动情况下，依靠除氧器上水调整门的开度对除氧器水位进行实时调节。

变频改造后小结

1号机组凝结水泵电机变频改造后对厂用电率做比较后，平均厂用电率节约电能效果显著，初步达到了降低机组能耗的目的，凝结水泵电机变频改造后，还具有以下优点：

7.1凝结水泵变频改造后，功率因数得以提高，变频调速可以在很宽的转速范围内保持高功率因数运行；

7.2凝泵改为变频方式运行后，电动机线圈的温度下降了4-5℃在一定程度上延长了电机的使用寿命；

7.3采用变频调速，减少了凝结水系统节流损失，提高了泵组效率，转速降低使环境噪音影响得到改善，而且控制性能也得到改善；

7.4变频改造后调节阀的调整频率降低，阀门可靠性和寿命得到保证。

8结语

通过对600 MW机组凝结水泵电机进行变频改造，电机调节的平滑性能得到很大提高，且节能效果明显。随着电力电子技术的不断发展和完善，国产交流变频调速技术日益凸显出优异的控制及调速性能、高效率、易维护等特点，同时也因其优异的节能效果、良好的稳定性等得到了普遍的认同，实现了安全性与节能性的统一。

参考文献：

[1]刘玉国．凝结水泵采用变频技术的可行性分析[J]．工业技术，2009，(18)

[2]赵辉，李小龙，杨小明．凝结水系统变频运行改造措施及效果[J]．黑龙江电力，2010，32(2)：128-129

变频电机篇5

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

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

1.结构及其原理

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

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

2.动力传动系统

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

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

（1）.可人机对话，可实现冲程、冲次无级调速；

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

（3）.自动判断光杆是否失重，实现紧急停机；

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

4.创新技术的应用

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

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

（2）.机架翻转装置

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

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

5.节能及环保特性

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

6.主要特点

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

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

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

7.结语

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

参考文献

变频电机篇6

关键词：变频电机 常见故障 火电厂应用 解决对策

中图分类号：TG519 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0154-01

1 工作背景

变频电机作为一种电能控制装置可以使工频电源变换频率，与普通电机相比较，变频电机表现出了突出的节能优势以及调速优势，因而得到了极为广泛与普遍的使用。以临河热电厂为例，临河热电厂位于内蒙古巴彦淖尔市临河区，是华能集团下属北方联合电力有限责任公司内部的一家火力发电厂，2006年建成投产，共有2台300 MW汽轮发电机组，总装容量600 MW。

2 常见故障来源分析

根据临河热电厂日常电机使用状况，变频电机超过半数故障源于机械原因，如振动不平衡、轴承故障、零件松动等；其余则多半来自于电气原因。机械方面引起振动的原因主要有断叶片、动静部件摩擦、汽流激振、转子突然受到外界大的扰动冲击、油膜振荡等；电气方面引起振动的原因通常是转子在制造、运行过程中发生了匝间短路故障。

2.1 振动过大引起的故障

通过对实践性经验的分析，不难发现：变频电机的轴承损伤往往引起电机振动变大。在电厂实际使用中遇到的因振动坏掉的变频电机，将其解体可发现轴承表面有明显灼点。特别是在PWM变频器驱动系统作用之下，变频电机轴承损坏问题还可能有所加重，进而对变频电机轴承部件的运行产生不良影响，加重振动。受到厂房环境及安装技术等相关因素的限制影响，在临河热电厂变频电机的运行过程当中，轴承振动问题表现异常突出。不但对整个变频电机机组的运行产生了不良影响，同时也导致变频电机的有效使用寿命有所降低，需要引起特别重视。

2.2 绝缘类故障

局放与匝间短路是变频电机绝缘类故障中最常见的两种形式。局放故障出现时电机线圈外观完好，但绝缘电阻已为零。匝间短路时可观察到电机内绕阻圈某线圈出现发黑碳化或者物理损坏，当变频电机内部绝缘系统遭到破坏多半伴随着多种原因，比如局放、介质发热等多个因素共同影响的。

变频电机中的场强超过绝缘临界值时，其介质损耗迅速增加。局放量随频率上升而增大并产生巨大热量。陡增的热量导致设备内产生漏电电流，从而变频电机温度急剧上升，加速老化且绝缘性能骤减。

变频电机利用变频器进行频繁快速的起、制动，加之机械与电气整体性设计稍有不足，变频电机也会在处于循环交变应力环境中更快老化。

2.3 电流震荡类故障

对于采用V/F控制的电压型逆变器驱动异步电动机，往往在空载时出现不稳定现象。在工频附近，电机状态一般较为稳定，但当频率在40 Hz以下，特别是在20～30 Hz之间，电机电流以10～20 Hz左右的周期振荡，且幅值较高，严重时甚至影响继续运行。对于导致这种情况的原因可做如下解释：对异步电动机来说，在转差率为零的附近，存在暂态转矩正负变化不稳定因素。逆变器驱动的转矩脉动，以及V/F的暂态变化引起的转矩波动，都将成为振源，并振动持续。这种转矩脉动与谐波电流、磁路饱和、变频器死区设置影响等有关，当变频电机状态不稳定时，不能简单地判定是电机有故障或是变频器有故障，而是应当结合电机和变频器参数的配合进行综合分析和判断。

3 解决对策

在电厂中的变频电机故障解决对策，一般遵循“保护为主，排除为辅”的原则，防止故障的发生。

3.1 振动过大解决对策

针对临河热电厂变频电机运行过程中轴承部件所表现出的外观性损伤与振动过大问题而言，临河热电厂设备维护人员进行全面的检查并对故障可能的原因进行逐项排除。通过故障点的确定与维修保障高压电机的稳定运行。按照振动类故障的解决经验，应首先检查变频电机的外观，观察电机所在位置是否适合于电机的安装与平稳运行。检查电机的紧固零部件是否拧紧，确保没有松动。检测地面水平度，排除掉地基本身的沉降和混凝土造成的安装问题。

3.2 改进绝缘性能

改善电机内部的绝缘性能可以有效的防止电机的短路与漏电，因此要着力改进变频电机的绝缘性能，定期检修，防止故障的发生。

（1）选用耐电晕绝缘。定期检查电机的内外有无漏电、局放现象，观察电流有无异常，发电有绝缘材料有发黄或变黑一定要进行及时的修复。保证变频电机不会因局放或短路、漏电而过热过烧或击穿，使得绝缘材料加速老化，引发事故。

（2）减小或抑制尖峰过电压的幅值，减缓输出电压脉冲的上升速度、降低电机端过电压。

（3）变频电机大修时要尽量避免树脂流出。一般来说，采用VPI处理或VPI处理后再加沉浸的浸渍工艺可以有效驱除气泡，填充绕组内部气隙，提高绕组电气、机械强度，增强耐热、耐污能力。

3.3 改善电流振荡现象

经过实际使用发现，改善电流不稳定应尽量加大电机转动惯量、减小电压波动；在PWM控制的逆变器中，采用快速开关的元件或降低PWM的调制频率，以防止输出电压受死区的影响而发生波动；通过电流反馈等反馈电路，以提高稳定度采用高转差率的电动机，尽可能减少电流振荡。

3.4 整流块损坏问题的控制

在变频器的运行过程当中，最为常见的损坏级表现在整流桥部件当中。早期所生产变频器整流块所对应的整流方式多表现为二极管模式，而在当前技术条件支持下，整流块所采取的整流方式则多以晶闸管整流方式位置。特别是对于运行功率相对较大的变频器装置而言，三相全波整理基本担负着变频器在正常运行状态下所有输出电能的整流工作，因而极有可能产生击穿反应。在出现整流块损坏问题的情况下，可能导致变频器装置无法持续送电，以及保险熔断的问题。从而，除针对已损坏的整流块进行及时的更换以外，还需要在整流块与散热片的接触面之上，均匀涂抹一层传热性能良好的硅导热膏，在此基础之上进行螺丝紧固处理。以此种方式，保障变频器运行性能的稳定性与可靠性。

4 结语

针对变频电机的故障率高、使用寿命普遍不高的问题，对变频电机故障排查与预防提出了高的要求。变频电机的生产、使用与检修应紧密联系，保持信息畅通及时，以预防为主的电机全生命期管理模式。通过对变频电机使用数据的收集与统计，优化后的变频电机性能的不断改进和检修、维护水平的不断提高，变频电机一定会赢得更加广阔的发展空间。

本文就临河火电厂变频电机常见故障与解决对策进行了详细分析，说明要加大设备的养护与维修检查。只有将故障及时发现，尽早解决才能避免更大的损失。尽早发现问题，定期检修与养护能有效避免变频电机的快速报废，为变频电机的应用有实际意义。

参考文献

[1]张玉龙.浅谈变频电机的常见故障及对策[J].大众商务，2010（116）.

[2]郑仁德.电厂电动机常见故障分析与排除[J].华章，2009（21）.

[3]张建锋.600MW机组高压电机常见故障与排除[J].工业技术，2012（2）.

变频电机篇7

【关键词】变频；煤矿机电；应用

1.变频技术的发展情况

随着电力电子技术和控制理论的进步，变频技术在理论和应用方面取得了较快的发展。在功率器件方面，经过了GTR、IGBT的更替，并进一步发展为智能功率模块（IPM）；在控制理论方面，压频比（U1/f）控制方式得到很大改进，矢量控制和转矩直接控制方式在实际变频器中广泛应用，模糊自优化控制、人工神经网络等控制方法成为新技术的研发方向；调速系统的集成度越来越高，从单片机开始，先后产生了数字信号处理器（DPS），精简指令集计算机（RISC），出现的高级专用集成电路（ASIC）；在功能方面，变频器的综合化越来越高，除了能完成基本的调速功能外，具有内置的可编程序、参数辨识及通信等功能。

2.变频调速原理

利用电力半导体器件的通断作用把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的电能控制装置称作“变频器”。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。变频器主要采用交—直—交方式，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（脉冲宽度调制）波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。

3.交流四象限变频器在煤矿机电设备中的应用

采掘设备的大坡度工作环境，提升机、输送机、电铲等机电设备的频繁调速、起停，要求变频器能四象限工作。四象限变频器将整流电路由原来的全波整流桥改为由IPM（智能功率模块）构成的可控整流桥，当电机处于电动状态时，四象限变频器的控制与两象限变频器的工作是完全一样的，当电机处于发电状态时，四象限变频器中原来的逆变电路将作为整流电路工作，而原来的整流电路则作为逆变电路工作，达到将电机产生的电量回馈到电网的目的。

3.1在采煤机中的应用

目前，采煤机变频调速系统已从“一拖二”发展到“一拖一”，我国能量回馈型四象限运行的交流变频调速采煤技术处于世界领先水平，国产电牵引采煤机行走功率最大2×110KW，变频器电压380V，能够实现额定转速下恒定转矩调速，额定转速以上恒定功率调速及两台变频器之间的主从控制和转矩平衡。太原矿山机器集团生产的MGTY300/730-1.1D电牵引采煤机使用了回馈制动的四象限变频器，在开滦集团范各庄矿进行了应用，采区的倾角为12°～18°，局部达到25°～30°，从现场运行情况来看，四象限变频器调速电牵引采煤机对大倾角工作面能较大范围内调节制动力矩，维持牵引速度基本不变，机器没有发生下滑跑车的现象，结构简单、控制灵活、操作方便、速度调节可靠。

3.2采煤机的控制

3.2.1采煤机的操作控制

采煤机启动和停机，借用动力电缆一根控制芯线，使采煤机的控制回路与磁力启动器先导回路相接，组成远地控制回路。采煤机送电后左截割电机和泵电机运行、牵引变压器得电输出400V交流电供给交流变频调速电控装置。经过顺槽磁力启动器延时5～7秒后，右截割电机运行。停机有五处：分别为左右端头站的总停、左右遥控器的总停、变频器箱盖板上的总停按钮1S2。在启动回路里串进了两截割电机和泵电机的温度接点。瓦斯接点接进PLC中与其它故障一起通过自保接点接进启动回路里。无论哪台电机的温度超限或瓦斯浓度超限，均可通过这些接点断开启动回路。从而切断采煤机的电源。

3.2.2运输机控制

按下1S3（安装在变频器腔盖板上），即可在采煤机上控制运输机的停机（只控制停机，不控制启动）。采煤机检修时运输机应闭锁。

3.2.3电磁阀控制

采煤机上所用的电磁阀全部为隔爆电磁阀。共有五个电磁阀，分别控制采煤机左、右摇臂的升降，控制牵引电机制动闸的松闸和抱闸。通过左右端头站和左右遥控器上的上行、下行或手动可实现左右摇臂的升降。通过PLC中的程序控制制动闸松闸或抱闸。左、右端头站，遥控器上的操作通过控制盒转换隔离之后，进入PLC。

3.2.4牵引控制

交流电牵引采煤机牵引机构由左、右牵引部和左、右行走箱组成，位于机身的左右两端，是采煤机行走的动力传动机构。左、右两个牵引部内各有一台用于采煤机牵引的交流牵引电动机，牵引电机的供电拖动由两台交流变频调速电控装置提供，通过变频器改变供电电压、频率，从而改变牵引电机的转速，即改变采煤机的牵引速度。两台变频器分为主、从变频器。主变频器设置为速度给定，从变频器设置为转矩给定。主变频器由PLC给出速度给定，从变频器以主变频器的转矩输出作为其转矩给定。即主变频器由速度和转矩环控制，从变频器仅由转矩环控制。从变频器跟随主变频器动作。

3.2.5单牵引

每个牵引部设有齿式离合器，当变频器或所驱动的牵引部出现故障时，左右变频器均可方便进行单牵引。

4.变频技术在矿山机电设备的应用展望

变频技术在矿山机电设备中应用越来越多，但应用还不普及，变频技术在我国矿山机电设备中还有很大的发展空间。

（1）推广面较广，矿山中大小机电设备种类繁多，能解决好变频器与这些设备的匹配问题，就能得到更广泛的推广。

（2）需求量很大，我国矿山基数大，在机电设备的改造中必然需要大量的变频器，会极大推动变频技术在矿山的发展。

（3）专业化可以加强，矿山有很多特殊工作环境，如井下工作等，需要具有特殊功能的专业变频器配置这些装备。

（4）多功能、网络化的更新。电子技术日新月异，矿山改造过程中对变频器的使用和控制也会呈现多功能的趋势，对变频器的控制也会成为矿山网络化管理中的一个重要环节。

【参考文献】

［1］李良仁.变频调速技术与应用[M].电子工业出版社，2004.

［2］韩安容.通用变频器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

变频电机篇8

【关键词】矢量控制；电动修井机；制动

引言

修井机是石油勘探开发的重要装备之一，用于油田油水井作业时上提下放抽油管、抽油杆等。每根抽油管、抽油杆大约10米左右，平均每小时作业70～80根，即45～51秒完成上提下放和卸扣等作业过程，上提下放和卸扣时间各约占1/3，即15～17秒完成上提或下放10米油管作业。作业过程短时间内加减速频繁，在上提减速过程，电机处于第二象限运行，在下放过程，电机大部分时间处于第四象限运行，在上提下放过程均有能量反馈，同时根据作业工艺要求，作业过程需确保绞车游钩具有快速的速度切换及油钩的准确定位，严禁出现上碰下砸现象。针对上述的特点，必须选择带速度反馈的矢量变频控制，同时配置制动电阻，才能满足油田修井作业工艺及安全要求。

1矢量变频控制原理

矢量变频控制即磁场定向控制。控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。

带有速度传感器（如增量型旋转编码器）的矢量控制，变频电机实时转速可直接由安装在电机轴上的增量型旋转编码器测量得到并反馈至变频器，既准确又迅速，变频器根据反馈量及时调整其输出。

2矢量控制过程分析

2.1额定频率以下的恒转矩调速

采用矢量控制方式可以使电机在低速，2Hz（对于6极电机，其转速约为40r/min）时的输出转矩可以达到电机在额定频率25.5Hz输出的转矩，变频器通过对电机端电压降的快速响应，进行优化补偿，在不增加电流的情况下，允许电机产生大的转矩。

2.2额定频率以上的恒功率调速

电机恒功率范围决定于电机的最大转矩，而最大转矩又决定于电机的漏抗，电压恒定时最大转矩将与变频器输出频率的平方成反比。

3设备选型和硬件连接

电动修井机的矢量变频控制必须正确的选择变频电机和矢量变频器。对于编码器的选选择应当特别注意其输出方式和电源电压，以便于和变频器的编码器接口卡进行匹配。

3.1变频电机

采用汾西中船重工公司双伸出轴并带有编码器的6极变频电机，额定频率25.5Hz，额定转速498r/min，其附带编码器输出信号为HTL电平，供电电压DC24V。

3.2变频器

矢量变频控制对变频器的特征要求较高，需要具有磁通矢量控制方式，并具有较大的过载能力、低频高扭矩输出能力以及可编程的S曲线，同时需具备控制电动修井机机械制动等功能。同时变频器还需有接收电机编码器信号的接口模块。韩国SEOHO矢量型变频器以其在起重机、港机方面调速的优异品质及极高性价比，电动修井机选择SOHOVD4Y高性能矢量变频器。

在本系统中，采用PLC控制驱动变频器，包括发出正反转指令，设定运行速度和故障复位等信号。

4调试前的准备工作

由于在矢量控制方式下，变频器需要较精确的电机相关参数，因而必须正确的设置电机的铭牌参数，并且通过电机自整定测试过程，定子电阻、转子电阻、定转子感抗、漏抗等电机参数写入变频器P21.0、P21.1、P21.2、P21.3、P21.4、P21.5。

4.1编码器信号检查

在自整定测试前，必须检查编码器的接线（只接A、B通道和电源）和转向。如果编码器信号接反可设定P19.1，无需倒线。

4.2电机自调整步骤

在手动操作模式下，首先进行静态自调整，即电机不转动变频器加电测试。结束后进行动态自调整步骤，在动态自调整过程中，电机必须为空载状态，即电机与负载脱开。

在自检完成后，设定变频器参数P19.0、P19.1、P19.2使编码器反馈生效。

5变频器能量回馈处理

电动机在减速或下放过程过程中，位于第二、第四象限运行，变频器当直流母线电压高于设定值690V时，可投入外接制动电阻使直流母线之间电容器上存储的电能得到泄放，将其产生的能量通过制动电阻以热能的方式释放。

6变频器数据结构

由于本系统PLC使用Profibus通信方式控制变频器的运行，其部分状态字、控制字格式如下：

6.1变频器状态字

Bit0：变频器准备好；Bit1：变频器运行/停止状态；

Bit2：变频器制动信号；Bit3：变频器故障；

Bit4：变频器警告；Bit5：电机转向；

Bit6：变频器过流保护；Bit7：变频器过热保护；

Bit8：变频器直流母线电压限制；Bit9：不用；

Bit10：变频器主开关状态；Bit11～Bit15：不用。

6.2变频器控制字

Bit0：变频器运行/停止；Bit1：变频器运行方向；

Bit2：变频器使能；Bit3～Bit6：变频器多速段设定；

Bit7：变频器复位；Bit8～Bit15：不用。

7结束语

电动修井机采用编码器速度反馈的矢量控制和能耗制动单元，绞车游钩提升下放抽油管、抽油杆平稳，定位准确，大大提高了作业效率及施工安全性。

参考文献：

[1]SEOHO-VD变频器用户手册[Z].韩国收获电气株式会社

[2]张奇志.电动钻机自动化技术[M].北京：石油工业出版社