交流电动机的应用精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇交流电动机的应用，期待它们能激发您的灵感。

篇1

【关键词】 交流电动机 软起动 端电压 综合保护

1 前言

目前我厂各类在役电动机中交流电动机占99%以上，而交流电动机面临的最大问题是起动问题。它包括起动时电流及起动转矩冲击，以及很多大功率电动机因为起动困难，对电网的冲击也很大，因此只能尽量减少停机次数，从而造成能源的浪费。

2 电动机起动问题

三相交流电动机起动分为直接起动和降压起动。交流电动机直接起动又称全压起动，它是一种最简单的起动方法。起动时将全部电压直接加在电动机定子绕组上，起动电流将达到4～7倍的额定电流和过高的起动转矩，直接影响该电网上的其他电气设备运行。当全压起动的电动机容量愈大，供电变压器的容量越小，这种影响越显著。当电动机容量大于电力变压器容量的30%时，在全压起动的瞬间大电流冲击下，将引起电网电压的降低，影响到该电网内其他电气设备的正常运转。电压降低可引起电机本身起动无法正常运行，严重时可烧毁电动机，同时全压起动产生过高起动冲击转矩，还将会使连接件损坏，电动机机座变形，齿轮或齿轮箱损坏，传送带撕裂等。解决此类问题，一般生产机械及电力拖动电动机尽可能采用软起动方法，即适当降低电动机端电压，减少电动机起动电流及过大启动冲击转矩等，以避免拖动系统不必要的损坏。

3 交流电动机软启动

随着工业生产及工业生产机械的不断发展，即对电动机拖动的起动性能提出了越来越高的要求。（1）电动机要有足够大的并能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线；（2）起动设备尽可能简单、经济、可靠、起动操作方便，直接起动是最简单起动方式，但还要克服其起动电流大及转矩冲击大，对电网及拖动设备造成的危害；（3）起动电流和起动功耗尽可能小。综上软起动对交流电动机拖动的控制及保护是达到节能、简化控制、优化资源的重要手段。

交流电动机软启动方式：一般采用（1）传动降压起动；（2）电子晶闸管降压起动：（3）变频软起动。

3.1 传统降压起动

3.1.1 自耦变压器降压起动

定子通过自耦变压器连接到三相电源上，降低电动机定子绕组电压，以减小起动电流。当电动机起动后，再将其切除，其优点根据不同负载要求，起动电压可选择，缺点是当电动机容量较大时，变压器体积增大，成本高。目前我公司已全部淘汰此种起动方式。

3.1.2 Y-转换起动

所谓Y-转换起动，起动时定子绕组为Y形连接，起动完成后，正常运行时为形连接。星形连接起动时起动电流和起动转矩为三角形连接的三分之一。同时由于从星形转换为三角形过程中会出现二次冲击电流以及冲击转矩等问题。适用于轻载或空载起动的场合，接线时还应该注意Y-连接时要保证其旋转方向的一致。优点是线路较简单，投资少，缺点是转矩特性差。

3.1.3 串电抗器或水电阻降压起动

即在定子回路绕组中串联电抗器或水电阻从而实现降压起动，减小起动电流，待起动完成后再将其切除。但由于电抗器成本高，水电阻损耗大，故一般在电动机空载或轻载运行时可利用串电抗器降压起动。由于维护复杂，空间、环境等因素，我们公司没有采用过此种降压起动方式。

3.2 晶闸管降压起动

晶闸管降压起动又称“软启动器”，它采用三对反并联的晶闸管，串接于三相电源与电动机定子回路上。利用晶闸管移相控制原理，通过微处理器的控制来改变晶闸管的开通程度，使电动机输入电压按预设的函数关系逐渐上升。

起动时，电动机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐增大，直至达到满足起动转矩的要求而结束起动过程。当起动完成后，软启动器输出额定电压，旁路接触器接通，电动机进入稳态运行状态。

停机时，先切断旁路接触器，然后软启动器内的晶闸管导通角由大逐渐减小，使三相电压逐渐减小，电动机转速逐渐减小到零，完成停机过程。我公司现降压起动都采用此种方法，它是集电动机软启动、软停车和多种保护功能于一体的电动机控制装置。软启动器在晶闸管两侧装设的旁路接触器，保证了晶闸管仅在起动、停车时工作，避免长期运行使晶闸管发热，同时还可以避免在电动机运行时软启动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用。缺点：价格高，晶闸管还可以引起高次谐波。软起动器的广泛应用，标志着电动机控制技术由传统的电器控制时代进入了电子智能化控制时代。

3.3 变频软启动

即采用电压频率按比例平滑上升的VVVF控制的基本原则，在起动过程中不存在大的转差功率，有利于电动机平稳起动，从而实现降压起动，消除了起动冲击，避免起动功耗，且可控制起动速度，是一种真正的平滑起动方式。它可以在限流同时保持高的起动转矩，具有保护功能强大的特点。缺点：价格高，对电网来说它可是谐波污染源，但我们利用电抗器和有源滤波器抑制谐波。虽然他也是一种软起动装置，但更广泛应用在变频调速。我们公司现在将负荷变化较大的电动机都采用变频控制。不仅可以减少对电网冲击，还达到了节能的目的。

4 结语

综上所诉：传统的降压起动设备，其目的减少了起动电流和功耗，但同时降低电动机起动转矩，起动效果差，并且产生二次电流冲击、故障率高、使用受限等问题，但投资少，不会产生谐波；电子晶闸管降压软启动有较好的起动特性，起动参数可调，一定程度上可解决轻载起动设备起动冲击问题。不足之处不宜作随载降压节能设备用，且达不到电磁兼容的要求，另外存在价格高等问题；变频软起动其具有调速、节能、保护等优点，它以微电脑全数字节能化控制，对电动机提供全方位服务，不愧为电动机综合节能保护的优选产品。

参考文献：

[1]方圆编著.变频器应用及维护.中国电力出版社.

篇2

本文主要针对我矿副井绞车原交流电动机和现改造后的高速直流电动机的性能特点进行分析比较并简单介绍我矿副井绞车现采用的1250KW的直流提升机电控系统。以及高速直流电动机的常见故障及现场日常维护的方法，从而实现我矿副井绞车的安全和高性能运行。

关键词：交流电机 直流电机 电控系统 故障与维护

一、概述

随着中国经济的快速发展，各种能源的需求量不断加大，为了适应发展的需要，煤炭作为目前中国的重要能源，必须加大自身的产量，这样就造成了原有副井绞车交流电动机的各种弊端暴露出来，为了满足我矿产煤量的不断加大对副井绞车运输能力的需求，现用高速直流电机代替原有的交流电机。直流高速电机具有优良的转矩速率特性并能在大范围内平滑的调速，很好的适应了运输能力增加的需求。

二、交流电动机和直流电动机的简介

1.原副井绞车交流电动机简介

我矿副井绞车原交流电动机型号JRZ1000-12，功率1000KW，总重10700Kg，1987年投入使用。随着我矿的生产能力不断的提高，该电动机在运行过程中出现故障种类很多而且出现故障频率也较高，

电气故障主要有定子绕组单向运行、定子绕组首尾反接、三相电流不平衡、绕组过热等。

2.原副井绞车交流电动机的具体缺点

2.1能耗大、控制方式落后

原副井绞车系统采用高压交流电机切电阻控制方式，提升过程中多余电能通过电阻箱转换为热能。电力资源极大浪费。

原副井绞车控制系统由于控制方式所限速度阶越式变化。提升速度不能由绞车司机控制随意调整，速度不稳定，受负载影响比较大。随着生产任务的不断加大，副井绞车系统工作任务也不断增大，从而使受负载影响大的缺点不断发生。

2.2抱闸系统不完善、维护工作量大

原副井绞车系统的抱闸系统频繁参与绞车减速控制，使闸盘的磨损异常大，不利于闸盘保养和维护。原副井绞车电控系统柜体较多，自动化程度不高、故障率高、噪音大，从而增大了维护的工作量而且不满足生产的增大的要求，影响生产任务的顺利完成，增大了完成单位生产任务所需要的时间。

三、高速直流电动机在副井绞车中的应用效果

经过我矿及运转队专业技术人员的不断研究并且经过我矿领导的审核最终决定用控制更加方便、性能更加优良的高速直流电动机代替原有的交流电动机，并更换了原有的控制系统采用了更先进的自动控制系统，使我矿副井绞车的控制更加的精密、更加的趋于完善。高速直流电动机具有优良的转矩速率特性并能在大范围内平滑的调速，很好的适应了我矿运输能力增加的需求。我矿现副井绞车高速直流电动机为上海电气集团电机厂有限公司生产。

主电动机数据：

主电动机型号：Z710-400型直流电动机

主电动机功率：1250kW，750V；580rpm。

电枢电压：750V，电枢电流： 1773A。

励磁电压：220V。

过载能力：2倍额定电流60秒，切断电流2.25倍额定电流，总重10000Kg。

高速直流电动机具有优良的转矩速率特性并能在大范围内平滑地调速。能够满足我矿生产任务不断加大的需求。电控系统应用方案

1.高压供电系统

提升机房两回～6kV ，50HZ电源分别引自矿井工业场地变电所6kV不同母线段，由两路高压电缆分别引向提升设备的高压进线柜，一路工作，一路备用，故障后手动切换。两路进线互为闭锁。选用GG—1ZF型封闭式高压开关柜，高压开关柜按4台配置：高压进线柜2台：提供双进线电源，电缆下进线；主整流变供电2台。

2.电控系统主回路传动系统

提升机的驱动装置应能够适应提升机的各种工作情况，按照预定的速度和提升要求实现平稳地启动、运行、减速、制动、停车。在整个循环中，应使钢丝绳的振动最小，井口停车必须准确无误误差不超过±20mm。驱动电动机及其供电装置应有足够的过载能力，以适应副井提升负载变化大的特点。最大过载能力不低于额定值的2倍。

调节系统采用SIEMENS 6RA70装置实现数字式速度、电流、位置闭环控制，全数字调节的动、静态技术性能满足提升机四象限运行要求，并满足提升工艺要求的过载能力和安全系数，具有优良的动、静态品质指标。

3.上位监控系统

工控机和彩色终端组成上位机监控系统，监控系统通过与PLC通讯采集数据实现多画面实时监控，多参量数码及曲线显示和记录，各种故障的报警及记录。

监控画面主要有；电控系统构成，系统状态图，速度曲线，电流曲线，图形化安全回路图，当前故障报警，历史故障记忆，故障判断及诊断，生产报表的完整资料。

四、采用高速直流电动机所带来的好处

1.降低了能量损耗

原副井绞车系统采用高压交流电动机切电阻控制方式，提升过程中多余电能通过电阻箱转换为热能。电力资源极大浪费。

副井绞车更换为高速直流电动机电控系统后克服了能耗问题。

2.控制方式得到了提高

原副井绞车控制系统由于控制方式所限速度阶跃式变化。提升速度不能由绞车司机控制随意调整，速度不稳定，受负载影响比较大。随着生产任务的不断加大，副井绞车系统工作任务也不断增大，从而使受负载影响大的缺点不断发生。

副井绞车更换为高速直流电动机电控系统后。高速直流电控系统采用无极调速控制方式，绞车提升过程中，提升速度由绞车司机控制随意调整。加/减速时速度平稳变化。速度不受负载所影响。

3.抱闸系统得到了优化

原副井绞车系统的抱闸系统频繁参与绞车减速控制，使闸盘的磨损异常大，不利于闸盘保养和维护。

高速直流电控系统报闸系统只起到定位作用。不参与速度控制。减小了闸盘的磨损，提高了闸盘的使用率，节约了大量的资金。

4.减小了维护工作量

原副井绞车电控系统柜体较多，自动化程度不高、故障率高、噪音大，从而增大了维护的工作量而且不满足生产的增大的要求，影响生产任务的顺利完成，增大了完成单位生产任务所需要的时间。

高速直流电控系统柜体少，自动化程度高，故障率低，噪声小。提高了系统长时间稳定运行的能力，保证了我矿副井绞车的运输能力。

篇3

关键词：变频液压站、工作原理、变频调速

中图分类号： TG315.4 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

随着工业化的程度越来越高，交流电动机变频调速技术发生了实质性的突飞猛进，变频调速是集电力电子技术、微电子技术、控制技术于一体的产物。在变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调试节电显著，而且易于实现过程自动化，深受工业用户的喜爱。下面来有笔者对变频液压站的工作原理进行解析。

二、变频液压站的工作原理

根据电动机学的工作原理，我们可以由其公式中看出：磁极对数p和转差率s不变的情况下,电源频率和电动机转速n成正比,即电动机转速n增加，电源频率也会随着增加；电动机转速n下降,电源频率也下降。在变频液压站的工作原理中通过这种改变异步电动机的供电频率,从而实现改变电动机的转速,进而实现调速的目的。交流电动机变频调速即为这种通过改变电源频率实现的交流电机速度调节过程。

液压泵的输出流量公式如下:

Q=kqn/1000=0.06kdf(1-s)/p

从上述公式可以知道,电动机电源的频率f与液压泵的输出流量Q成正比,也就是说电动机电源的频率f随着液压泵的输出流量Q的增加而增加，在数值上成正比。通过调节电动机电源的频率f来变相的调节液压泵的输出流量Q，即为变频液压站的最基本的工作原理。

变频器主要由主回路、保护回路、控制回路组成。作为变频液压器的主回路，其作用是直接提供调频调压电源给交流电动机；在变频器中，控制回路是根据预先设定或由闭环反馈信号的方式来控制主回路,使得主回路的电压与频率按一定的规律调节以及输出,主要包括：驱动回路、冷却控制回路、输入/设定参数回、运算回路、电压/电流检测回路、速度检测回路、压力检测回路等组成；保护回路则为变频器的各个部分及电动机提供完善的保护, 如过流、过载过电压等故障的保护,将保护回路应用在变频器及电动机上可以使其工作具有很高可靠性。变频器是变频调速系统的核心部分,也是变频液压站最为重要的部件。其控制方式主要有开环恒压比的控制、矢量控制、直接转矩控制等。

交流电动机在变频液压站中也是个重要的元件,虽然普通的交流电动机也能实现变频控制,但因为结构较大,惯性大,其节能效果不是特别明显,控制精度较差,所以有很多的研究机构和厂家在减小交流电动机转子的惯性、增强输出扭矩做了很多的研究,且取得不少的成果。例如在日本大金工业株式会社的专利产品IPM电动机的转子中心镶入了四条稀土类磁石；磁石在定子产生的磁场里会产生磁石扭矩；由于电磁钢板接近磁石时,磁力线比空气更易于通过电磁钢板,集中在铁的周围,磁力线想通过最短距离将铁拉向左侧, ,形成向左磁阻力,S极的磁力线变短,从而在箭头方向因磁阻扭矩产生旋转力；IPM电动机的输出扭矩=磁石扭矩+磁阻扭矩,比同等规格普通电动机的输出扭矩大大增加,其效率达82%以上,低速能平稳地控制在350r/min,最高转速能达4500r/min,响应时间达0.1s。变频液压站大多选用的液压泵是定量齿轮泵,因为定量齿轮泵的结构简单,低速自吸能力强；溢流阀在系统中的作用是安全阀,冷却器、过滤器、空气过滤器、液位计等元件的作用跟普通的液压系统是一样的。

三、变频液压站的优缺点

1、优点

变频液压站相对于传统的容积控制是一种具有全局型的新型节能传动方式,具有以下几方面的优点:

（1）实现了制动能的能量回收。

（2）节能效果明显,比传统的容积控制液压系统节能10%~60%。

（3）可以省去带有复杂变量机构的变量泵,而采用定量泵+变频器+交流电动机的形式。

（4）调速范围更广。

（5）控制特性更高，因为其内置了PID控制和采用无速度反馈矢量控制。

（6）采用了定量泵设置,大大降低了噪声的影响。

2、缺点

（1）相对于大功率的交流电动机来说,变频液压站的转动惯量大,以及变频器的能力的限制,使得其响应速度变慢,控制精度降低；

（2）低速稳定性差。由于液压泵的转速过低,自吸能力下降,低频时会产生脉动转矩,致使电机转速波动,导致低频力矩不足。

四、变频液压站的应用

变频液压站因为它调速性能良好、节能效果明显等因素的影响,所以在液压电梯、注塑机、液压振动筛、飞机、液压抓斗、机床、液压转向系统、制砖厂等领域获得应用。据统计,我国电机的总装机容量已达4亿千瓦,年耗电量达6000亿千瓦每时,约占工业耗电量的80%。我们相信随着我国广大企业节能意识的增强和变频液压技术的发展,变频液压站的应用会更加广泛。

五、交流电动机变频调速技术的研究方向

从上世纪70年代以来，在电力电子技术和控制理论的高速发展规模下,变频调速技术获得了跨越式的进展。交流电动机变频调速的优势猪油有一下几个性能：效率较高、调速性能优越、启制动性能、高功率因数、高节能效果。巨大的优势也使得交流电动机变频调速技术应用越来越广泛，被国内外称之为最有发展潜力的调速方式。目前，交流电动机变频调速技术已成为了节能、改善环境、改善工艺流程的提高产品质量推动技术进步的一种主要手段。

交流电动机变频调速主要有如下一些优点:

（1）实现平滑启动,进而减轻机械的冲击力,达到保护机械设备的目的。

（2）节电效果突出。

（3）调速范围较为广泛,可以实现普通异步电动机的无级调速。

（4）启动需求电流较小,另一表现就是启动转矩大。

（5）调节电压大小和频率快慢可实现恒转矩或者恒功率调速。

（6）对电动机具有保护功能,降低电机的维修费用。

直流电动机和交流电动机相比，而交流电动机的体积更小,重量轻，价格上相对较低,运行性能也较直流电动机优良,维护量小,因此交流电动机在各行各业的应用也比直流电动机广泛。所以，在选择变频调速时，对交流电动机进行变频调速具有更大的实用性。液压动力传动在工业生产上也有很大的应用。其优点有：调速方便、传动平稳、功率体积比大，但是液压动力传动的缺点却是至关重要的，因为其能量利用率不高,以至于较低了整机系统的工作效率。因此，节能一直是提升液压动力传动工作效率的主要困扰之一。但交流电动机变频调速技术的出现使得这一问题得到解决。交流电动机变频调速技术可以改变供电电源的频率从而实现对执行机构的速度调节,使电机始始终处在高效率的工作状态。将交流电动机变频调速技术用于液压系统,如简化液压回路,减少液压系统的能量损失,降低噪声等液压系统的一些缺点,交流电动机变频调速技术与液压系统的结合还有一个更重要的作用，那就是减少液压系统的能量损失,提高整个系统的效率。

六、结语

综上所述，在进入21世纪以来，交流变频液压调速技术在工业中各行各业中正逐步展开应用。本文从交流电动机变频调速技术的研究方向介绍了变频液压站工作原理、优缺点及其应用。现如今，社会潜力巨大，变频液压技术现逐步向主控一体化、变频控制的高性能化、变频器的环保化、变频器与电机的整体化、变频控制系统的全数字化、高复合液压的高功率控制的方向发展，相信在不久的将来，变频液压技术一定会给人类带来更多意想不到的惊喜。

参考文献：

赵秀娟 李建平：《浅议液压传动技术在自动化生产中的应用》，《科技与生活》,2011年

篇4

[关键词]：交流电动机变频调速西门子PLC

中图分类号：C29 文献标识码：A文章编号：

引言

随着社会的发展，在当 今的自动化控制与应用中，PLC与变频器正日益得到普及，在以往传统的控制方式中一般采用这样的控制方式，即把PLC的数字量输出点接到变频器的输入点来实现变频器的启/停控制，把PLC的模拟量输出点接到变频器的模拟量输入点来实现变频器的速度调节。这种控制方案占用了PLC宝贵的硬件资源，有时还需要配置昂贵的模拟量模块，成本较高。随着PLC及变频器通讯功能的日益增强，考虑使用两者通讯来实现驱动设备的速度控制，想必是一较为经济的控制方案。西门子S7系列PLC作为控制系统的核心，可提供强大的控制、网络和组态功能，同时强大的扩展能力和广泛的通讯能力，容易实现分布式系统结构，再结合西门子s7编程软件和1NTOUCH组态软件使得西门子S7系列PLC成为中型、大型自动控制领域的理想产品。

一、直流电动机与交流电动机控制在现代工业企业生产中的优缺点

变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率采达到交流电动机调速目的的技术。从大范围来分，电动机分为直流电动机和交流电动机两种。直流电动机与交流电动机的应用场合都比较广，两者工作的基本原理相同，都是电磁感应定律，且两者都有各自的优缺点。分析一下，直流电动机或者说是直流电机有其工作时的缺点很重要的一个原因大概就是因为换向器，这也是决定直流电机与交流电机工作方式不同的最主要原因。并且如果采用直流电源，直流电源的滑环和碳刷都要经常拆换，所以比较浪费时间，再加上成本高，换向困难，容量受到限制，不能做的很大，给人们带来很多的麻烦。变频调速器最为典型的应用时电机传动调速，电机交流变频调速技术以其优异的调速和启动、制动性能，高效率、高功率因数，显著的节电效果，进而可以改善工艺流程，提高产量质量，改善工作环境，推动技术进步，以及广泛的适用范围等许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速技术。

二、交流电动机的变频调速技术

交流电动机的变频调速技术就是要用半导体电力电子器件构成的变频器，把交流电变成频率可以调控的交流电，这就可以供给交流电动机，这种变频调速技术是用来改变交流电动机的运转速度。如果按照变换环节可以将交流电动机分为两大类：一类是交-直-交变频器，一类是交-交变频器。所以变频器利用根据这个变频的原理可以分为直接变频和间接变频。变频调速技术的应用一般有两种：一类是用于各种静止电源；另一类是用于电机传动调速变频调速器。其中最典型的应用时电机传动调速，电机交流变频调速技术因为启动和调速快、制动性能，高效率、高功率因数，还有显著的节电效果，这就可以改善工作环境，提高产量质量，改善工艺流程，极大的推动技术进步，现在已经被国内外认为最有发展潜力的调速技术。所以，只要我们共同的努力，不断的完善交流电动机的变频调速技术，这种技术得到更大的发展。

西门子调速装置在现代工业企业生产中的应用

近年来随着世界电子技术突飞猛进的发展，特别是微处理器和数字技术的发展使可编程控制器的性能和功能有了很大的提高。PLC是一种以计算机技术为基础的，专为工业环境设计的数字运算控制装置，具有功能齐全、使用灵活方便、可靠性高、抗干扰能力强及易于维护维修等优点。

1、PLC的选型

PLC选型方式灵活，根据控制对象和控制任务的不同，我们可以选择不同型号的PLC及其模板类型和数量。首先我们根据具体的控制任务决定出需要采集和控制的点数， 即D1／DO点数和AI／A0点数，然后像搭积木一样搭出所需PLC的模板配置及其模板的数量。一般来说：点数在100点以下，选用s7—200系列；点数在1 000点以下，选用S7—300系列；点数在l 000点以上，选用S7—400系列；模板的数量等于点数除以单个模板的通道数。

2、西门子S400系列PLC和施耐德ATV-71变频器的通讯

(1)ATV-71变频器与西门子S400系列PLC的系统组态，如下图所示：

(2)通讯网络

PLC与变频器的通讯采用PROFIBUS-DP现场总线。PROFIBUS-DP是目前工控系统中最成功的现场总线之一，得到了广泛的应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线，各种各样的自动化设备均可通过同样的接口协议进行信息的交换。PROFIBUS-DP(Distributed I/O System-分布式I/O系统)是一种经过优化的模块，有较高的数据传输率，适用于系统和外部设备之间的通信，远程I/O系统尤为合适。它允许高速度周期性的小批量数据通信，适用于对时间要求苛刻的自动化控制系统中。PROFIBUS-DP现场总线系统可使许多现场设备(如PLC、智能变送器、变频器)在同一总线进行双向多信息数字通讯，因此可方便地使用不同厂家生产的控制测量系统相互连接成通讯网络。

3、PLC编程示例

PLC与变频器之间采用从方式进行通讯，PLC为主机，变频器为从机。1个网络中只有一台卞机，卞机通过站号区分不同的从机。它们采用半双工双向通讯，从机只有在收到卞机的读写命令后才发送数据。PLC控制软件编程上采用模块式结构，各种功能的程序模块通过程序有机地结合起来，使系统运行稳定可靠。

(1) PLC在第一次扫描时执行初始化子程序，对端口及RCV指令进行初始化。为了增加程序的可靠性，在初始化完成后，如果检测到端口空闲时则运行RCV指令使端口处十接受状态初始化子程序如下:

Network 1//网络标题检测端口空闲可编在主程序中

//设定端口属性

LDSM0.0

MOVB73,SMB 30

Network 2

//接收信息状态

LDSM0.0

MOVB102,SMB 87

Network 3

LD SM0. 0

MOVB16#02，SMB88

MOVB50,SMB92

MOVB50,SMB94

R SM87.2,1

Network 4

LDSM0.0

ATCHINT1，23 / /连接口0接

收完成的中断

Network 5

LDSMO.O

ATCHINTO.9//连接口0发送完成的中断

完成的中断

Network 6

LD SM0 0

ENI//中断允许

Network 7

LD SM0.0

MOVD &VB250,VD220//装入

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【关键词】矿山；生产；电动机；保养；维护

引 言

电动机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置；电动机技术是通过线圈转动产生电磁感应效力使得机器产生转动的动力，形成机械能，这一过程是电能转化为机械能的过程，是将电功率转化为机械能功率的过程。电动机将转化的机械能为人类的生产和生活提供源源不断的动力。随着电动机技术的不断发展，电动机的种类越来越多，这些不同种类的电动机具有不同的性能、特点和作用。根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。本文就以交流电动机为例，详细的分析电动机故障原因以及维护保养方面的知识。

1.交流电动机的技术原理

交流电动机可分为单相电动机和三相电动机。

1.1单相交流电动机技术工作原理

单相交流电动机是人们生活中十分常见的电动机，在家用电器中得到了广泛的应用，它一般是由一个绕组组成，是通过单相的正弦电流与绕组产生的电磁感应效力，形成电磁场，根据正弦电磁强弱的规则发生变化，形成交变磁场，我们在单相交流电动机的定子部分加入启动的绕组，它和电动机本身的绕组形成九十度的夹角，使得在运动时间和空间中差距两个九十度的电流运转形成两相旋转的磁场，这个磁场为单相电动机提供了旋转的动力。单相交流电动机本身的主体绕组被我们习惯性的称作电动机的工作绕组，而定子中的绕组，被我们称作是启动绕组，主要起到启动单向交流电动机的作用。在某些小型的单向交流电动机中，工作绕组和启动绕组可以互相兑换，但是在大中型单相发电机中，由于所带的负载较大，需要有强大的启动动力，所以启动绕组的线圈的匝数较多，电阻值较大，一旦将工作绕组与启动绕组交换，比较出现反转交换电源这种情况下难以真正启动电动机。

2.电动机的常见故障分析

电动机在现代人们生产生活中使用相当普及，不管是工业生产，还是生活家居就会涉及到它，已经成为生产生活的必需品。电动机在矿山生产使用过程中，由于矿山生产的工作环境和超强的工作时间、也由于年久失修或者用户未按照电动机相关说明书的要求进行合理的操作，难免会对电动机造成损坏，出现故障，下面就电动机在使用过程中经常发生的常见故障进行分析：

2.1电动机过热

（1）电源电压过高、电源电压过低、电源电压不对称、三相电源不平衡导致电动机过热。

（2）负载使电动机过热的原因：

a、电动机过载运行；b、拖动的机械负载工作不正常；c、拖动的机械有故障

（3）电动机本身造成过热的原因：

a、电动机绕组断路；b、电动机绕组短路；c、电动机接法错误；d、电动机接法错误；e、电动机的机械故障

（4）通风散热不良使电动机过热的原因：

a、环境温度过高，使进风温度高。b、进风口有杂物挡住，使进风不畅，造成进风量小。c、电动机内部灰尘过多，影响散热。d、风扇损坏或装反，造成无风或风量小。e、未装风罩或电动机端盖内未装挡风板，造成电动机无一定的风路。

2.2交流电动机不能起动的原因

（1）电源未接通；（2）熔丝熔断；（3）定子或转子绕组断路；（4）定子绕

组接地；（5）定子绕组相间短路；（6）定子绕组接线错误；（7）过载或负载太大；（8）转子铜条松动；（9）轴承中无油，转轴因发热膨胀，妨碍在轴承中回转；（10）轴承损坏。（11）启动电容损坏。（12）离心开关触点接触不良。

交流电动机不能起动因素很多，应根据实际情况及症状作详细分析、仔细检查，不能搞强行多次起动，尤其在起动时电动机发出异常声响或过热时，应立即切断电源，在查清原因且排除后再行起动，以防故障扩大。

2.3电动机带负载运行时转速缓慢的原因

（1）电源电压过低；（2）线圈或线圈组有短路点；（3）相绕组反接；（4）过载；（5）离心开关分断转速高。

2.4动机运转时声音不正常的原因

（1）定子与转子相擦；（2）转子风叶碰壳；（3）转子擦绝缘纸；（4）轴承缺油或损坏；（5）波形垫圈破损；（6）电动机内有杂物。

2.5电动机外壳带电原因

（1）电源线与接地线搞错；（2）电动机绕组受潮，绝缘老化使绝缘性能降低；（3）引出线与接线盒碰壳；（4）局部绕组绝缘损坏使导线碰壳；（5）接地线失灵。

2.6 电动机振动的原因

（1）转子不平衡；（2）轴头弯曲；（3）固定电动机的地脚螺丝松动。

2.7电动机轴承过热的原因[4]

（1）轴承损坏；（2）油过多、过少或油质不良；（3）轴承与轴配合过松走内圆或过紧；（4）轴承与端盖配合过松走或过紧；（5）电动机两侧端盖或轴承盖未装平。

3.电动机的定期检查和保养

为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下：

（1）及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥。

（2）经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。

（3）定期用煤油清洗轴承并更换新油，如有磨损则应更换新的轴承。

（4）定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。

（5）绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。

篇6

【关键词】电动机；保养；维护

电动机技术是通过线圈转动产生电磁感应效力使得机器产生转动的动力，形成机械能，这一过程是电能转化为机械能的过程，是将电功率转化为机械能功率的过程。电动机将转化的机械能为人类的生产和生活提供源源不断的动力。随着电动机技术的不断发展，电动机的种类越来越多，这些不同种类的电动机具有不同的性能、特点和作用。根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。本文就以交流电动机为例，详细的分析电动机故障原因以及维护保养方面的知识。

1.交流电动机的技术原理

交流电动机可分为单相电动机和三相电动机。

1.1单相交流电动机技术工作原理

单相交流电动机是人们生活中十分常见的电动机，在家用电器中得到了广泛的应用，它一般是由一个绕组组成，是通过单相的正弦电流与绕组产生的电磁感应效力，形成电磁场，根据正弦电磁强弱的规则发生变化，形成交变磁场，我们在单相交流电动机的定子部分加入启动的绕组，它和电动机本身的绕组形成九十度的夹角，使得在运动时间和空间中差距两个九十度的电流运转形成两相旋转的磁场，这个磁场为单相电动机提供了旋转的动力。单相交流电动机本身的主体绕组被我们习惯性的称作电动机的工作绕组，而定子中的绕组，被我们称作是启动绕组，主要起到启动单向交流电动机的作用。在某些小型的单向交流电动机中，工作绕组和启动绕组可以互相兑换，但是在大中型单相发电机中，由于所带的负载较大，需要有强大的启动动力，所以启动绕组的线圈的匝数较多，电阻值较大，一旦将工作绕组与启动绕组交换，比较出现反转交换电源这种情况下难以真正启动电动机。

1.2三相异步电动机技术工作原理

目前，三相异步电动机技术在工业生产领域中应用较为广泛，三相异步电动机的主体是由两部分结构组合而成的，分别为固定部分称为定子部分和旋转部分称为动力部分。三相异步电动机的动力部分（旋转部分）的转动速度小于交变磁场的转动速度时，电动机的动力部分会和磁场会产生理想状态下的端电压和感生电流，同时在与磁场的作用下形成电磁转矩现象，从而实现了电磁能转化为机械能，为工业生产所利用。三相异步交流电动机同单相交流电动机相比，具有性能好、成本低、稳定性高、转化功率大等优点。

2.电动机的常见故障分析

电动机在现代人们生产生活中使用相当普及，不管是工业生产，还是生活家居就会涉及到它，已经成为生产生活的必需品。电动机在使用过程中，由于年久失修或者用户未按照电动机相关说明书的要求进行合理的操作，难免会对电动机造成损坏，出现故障，下面就电动机在使用过程中经常发生的常见故障进行分析:

2.1电动机过热

1）电源电压过高、电源电压过低、电源电压不对称、三相电源不平衡导致电动机过热。

2）负载使电动机过热的原因:

a、电动机过载运行；b、拖动的机械负载工作不正常；c、拖动的机械有故障

3）电动机本身造成过热的原因:

a、电动机绕组断路；b、电动机绕组短路；c、电动机接法错误；d、电动机接法错误；e、电动机的机械故障

4）通风散热不良使电动机过热的原因：

a、环境温度过高，使进风温度高。b、进风口有杂物挡住，使进风不畅，造成进风量小。c、电动机内部灰尘过多，影响散热。d、风扇损坏或装反，造成无风或风量小。e、未装风罩或电动机端盖内未装挡风板，造成电动机无一定的风路。

2.2交流电动机不能起动的原因

1）电源未接通；2）熔丝熔断；3）定子或转子绕组断路；4）定子绕组接地；5）定子绕组相间短路；6）定子绕组接线错误；7）过载或负载太大；8）转子铜条松动；9）轴承中无油，转轴因发热膨胀，妨碍在轴承中回转；10）轴承损坏。11）启动电容损坏。12）离心开关触点接触不良。

交流电动机不能起动因素很多，应根据实际情况及症状作详细分析、仔细检查，不能搞强行多次起动，尤其在起动时电动机发出异常声响或过热时，应立即切断电源，在查清原因且排除后再行起动，以防故障扩大。

2.3电动机带负载运行时转速缓慢的原因

1）电源电压过低;2）线圈或线圈组有短路点;3）相绕组反接;4）过载;5）离心开关分断转速高。

2.4动机运转时声音不正常的原因

1）定子与转子相擦;2）转子风叶碰壳;3）转子擦绝缘纸;4）轴承缺油或损坏;5）波形垫圈破损;6）电动机内有杂物。

2.5电动机外壳带电原因

1）电源线与接地线搞错;2）电动机绕组受潮，绝缘老化使绝缘性能降低;3）引出线与接线盒碰壳;4）局部绕组绝缘损坏使导线碰壳;5）接地线失灵。

2.6电动机振动的原因

1）转子不平衡;2）轴头弯曲;3）固定电动机的地脚螺丝松动。

2.7电动机轴承过热的原因

1）轴承损坏;2）油过多、过少或油质不良;3）轴承与轴配合过松走内圆或过紧;4）轴承与端盖配合过松走或过紧;5）电动机两侧端盖或轴承盖未装平。

3.电动机的定期检查和保养

为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下：

（1）及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥。

（2）经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。

（3）定期用煤油清洗轴承并更换新油，如有磨损则应更换新的轴承。

（4）定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。

（5）绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。

4.结语

总之，电动机由于许多原因常常会出现各种故障，影响生产。通过分析电动机的原理，了解电动机发生故障的主要原因，只要使用正确，维护得当，发现故障及时处理，电机的工作寿命是很长的。　[科]

【参考文献】

篇7

关键词：搅动电机、三相交流异步电机、变频器控制

GDX2包装机是包装设备中的主力机型，车间现有12台GD包装机，使用时间在5年以上的有8台。其烟库下烟器驱动装置采用永磁直流伺服控制模式，由直流伺服电动机作为动力源。由于我厂采用早晚班工作制，直流电机及控制板经常损坏，且为进口件，供货周期长、价格高。针对这种情况，决定对下烟器驱动电机进行改进。

1 工作原理

1.1 下烟器的工作原理

烟支由烟支输送系统进入烟库后，在回转轮及左右烟支分离器作用下，均匀地向烟库下方三个并列的下烟道分流。烟库后面的有机玻璃拍烟板由于摆杆的带动而缓慢向后往复摆动，对下落烟支轻微拍打，帮烟支理齐和下落。下烟料斗是由23块上宽下窄的导烟板分三组而组成。每块导烟板上各有一左、右往返转动的六角形搅动辊，由于搅动作用，烟支顺利进入下烟槽，靠重力落到推烟板前方，完成烟支下落过程。

回转轮、拍烟板和搅动辊是由抖动电机驱动的，为了保证产品质量和机车正常运转，要求抖动电机的速度与机车速度相配匹，如电机速度过快，易造成烟支空虚，如电机速度过慢，烟支供不上将造成停机。原机车抖动电机采用直流电机控制，很好地实现速度调节。

1.2直流电机控制原理

直流电机的起停由GD主程序控制。脉冲串表示来自上位机，直接用于电机速度控制信号。测速电机将速度信号反馈给伺服控制板，通过比较实现闭环控制。伺服控制板将电机工作状态直接反馈给主控柜。

2 问题分析

2.1 车间卷烟包装设备现状

随着生产规模的扩大，一些较早使用的机车，烟库下烟器驱动控制系统故障率高，到了需要更换的时间，而直流电机控制系统备件费用较高，工厂决定寻找一种价格低、性能相同的驱动控制系统来代替原控制系统。

2.2 直流电机驱动的不足

2.2.1 永磁直流伺服电动机易烧毁。该电动机是水平方向安装，当油密封圈老化时，下烟器减箱速内的液体油会沿电动机轴渗透密封圈进入电动绝缘漆机内部，逐渐溶解电动机定子绕组上的绝缘漆，达到一定程度时，绝缘漆被击穿，定子绕组间发生短路而使电动机烧毁。

2.2.2 （A456）易损坏。作为伺服电动机的核心器件，工作原理复杂，元器件多，故障率高，4层板结构，故障很难排除。另外，伺服控制实时性较差，当电动机因绕组间绝缘强度降低或其他原因而发生过流时，该伺服系统不能及时做出反应，导致电动机被烧坏，伺服板也同时损坏。

2.2.3 直流电动机要定期清洁换向器，而且需要更换碳刷。这既增加了维护工作，又降低了生产效率。

2.2.4 原装电动机及伺服板价格贵，供货周期长，不利于设备的维护保养。

针对原系统存在的以上问题，考虑采用交流变频系统来取代，以克服原系统的不足。

3 改进方案

直流电机调速性能良好，但随着变频技术的日益发展，交流电机电机调速性能不断完善，其调速性能可与直流调速性能相媲美，现变频调速应用各领域。交流电动机的价格远低于直流电动机，故障率低，维修简单，使用场合没有限制，单机容量远大于直流电动机，为此决定选用交流电机代替直流电机。

3.1 交流电机控制原理

3.3.1 交流电动机的起停由GD主程序控制。

3.3.2 脉冲串表示来自上位机，经过频压转换模块，将频率信号转换成电压信号送到变频器，从而实现对交流电动机的控制。

上位机将模拟转换板N2―4点输出的速度控制脉冲信号，通过光藕隔离，转换成幅度为15 V的矩形波，经频压转换模块专用电路缓冲、整形、放大、转换后，输出-10～10 V的直流电压信号。该信号送到变频器，从而控制交流电动机按上位机给定速度同步运动。该电压在0～10 V之间变化时，电动机会在0～1 500 r/min内作线性同步运动。如果电动机速度不能与上位机匹配，可通过变频器的速度参数和GD包装机OPC控制平台进行小范围调整， 直到电动机速度与上位机匹配为止。

3.1.3 变频器自身具有诊断功能，将自诊断信号返回给上位机。

3.2 三相交流电机、变频器的选用

选用三相异步交流电机：型号为YSJ7124，功率为370W。变频器选用西门子的MICROMASTER 440， 功率为0.75KW。

3.3 设计加工交流电机法兰盘

根据选型的三相交流电机固定底座和原直流电机的安装位置进行测绘，设计并加工固定件法兰盘。

4 具体实施

4.1 安装过程

4.1.1 拆下原直流电机及安装盘，并卸下直流电机联轴器装在交流电机上，将加工好的法兰盘固定在箱体上，再将电机与法兰盘固定。

4.1.2 在电控柜内适当位置打孔攻丝， 固定变频器支架，然后把变频器装在该支架上。

4.1.3 安装频压转换模块、起停继电器和空气开关，安装在变频器的安装支架上。

4.1.4 连接线缆。

连接电动机和变频器。将电动机动力电缆（UVW）铺设到电控柜里，与变频器的相应接口相连。

连接变频器的控制端线路。将上位机模拟板的脉冲信号接到频压模块的输入端，再将其输出端连接到变频器控制端子的模拟输入端。将上位机输出板控制电动机的起停信号线连接到起停继电器的线圈端，选取继电器的一组常开点连接到变频器控制端的起停端子上。将变频器的自诊断信号端连接到上位机输入板。

4.1.5 给变频器接动力电源。从电控柜中引三相电源经三相空气开关接到变频器的电源输人端。

4.1.6 把变频器的地线接到电控柜中的地线排上。

4.2 设备启动运行

GD机加电，开机启动，即可正常工作。工作过程如下：下烟库抖动电动机随主机做同步运动，当上位机起动信号发出后，同时输出对此电动机的起动信号，经起停继电器电路送给变频器的起动控制端。该电动机要与主机速度跟随，以供应主机烟支，由主机输出速度脉冲信号，经频压转换电路将频率信号转换成电压信号，送给变频器的模拟输入信号，通过变频处理输出，从而控制该交流电动机。当变频器或电动机运行出现故障时，将故障信号送给上位机处理。

5 改进后系统优点

5.1高可靠性。系统采用交流电动机，没有以前直流电动机的机械式换向器和碳刷结构， 工作可靠性更高。

5.2改进成本低。永磁直流伺服系统成本53816元，改进后的交流变频拖动系统成本11300元。

5.3可维护性好。电动机是无刷结构，不需要像直流电动机那样定期维护换向器和更换碳刷。

5.4电动机寿命延长。

5.5完善的保护功能。具有自诊断、过流、过压、过载、堵转、超速、连线错误、设置错误等完善的系统实时保护功能。

6 改进后的效果

在车间12台设备上对烟库下烟器驱动系统作了改进之后， 使用了近三年， 系统运行稳定、可靠。在近三年内系统几乎没有做过任何维护保养，而且没有发生过电动机损坏的事故， 有效地提高了设备作业率， 降低了维修工作量。

参考文献

[1] 顾绳谷.电动机及拖动基础（上、下册）[M]. 合肥：合肥工业大学出版社，2007年.

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摘要：三相交流电路广泛的应用于我们的日常生活和生产领域，所以针对三相交流电路的工作情况进行实验很有必要，然而在实验室进行

>> 基于行动导向理念的三相交流电路实验法教学设计 三相交流电路的创新学习方法与实践 智能仪表在三相交流电机智能报警系统中的应用 在三相交流电频率测量电路中一种单片机的模拟应用 演示交流电路特性的实验改进 浅谈三相交流电负载平衡的效益 三相交流电源的产生及特点研究 正弦交流电路分析中相量模型的运用 正弦交流电路中的相位实验研究初探 正弦稳态交流电路相量实验问题研究 三相交流电动机常见故障及处理 刍议三相交流电机故障原因分析与处理方法 三相交流电动机直接启动问题探讨 三相交流电机故障诊断及维修 PLC在三相交流异步电动机变频调速中的应用 “电阻、电容、电感对直流和交流电路的影响”实验的改进 正弦交流电路三要素的教学思考 论三相交流电动机常见故障及处理 五相交流电机与传统交流电机的比较研究 分布式光伏发电并网交流电路仿真设计 常见问题解答 当前所在位置：中国 > 科技 > Multisim仿真软件在三相交流电路实验中的应用 Multisim仿真软件在三相交流电路实验中的应用 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者：未知 如您是作者，请告知我们")

申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 　摘要：三相交流电路广泛的应用于我们的日常生活和生产领域，所以针对三相交流电路的工作情况进行实验很有必要，然而在实验室进行三相交流电路实验时有较大的危险性，一些短路断路的实验也较难进行。电路仿真软件Multisim提供了适用于三相交流电路仿真的各种元件模块及测试工具，利用该软件对三相交流电路进行仿真，与理论分析的结果一致。实验表明利用MuIdsim对三相电路进行各种实验分析很方便准确，可以在今后的电工实验中得以推广。

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关键词:变频器;分类方法;工作原理;控制方式

中图分类号:TD326文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)014(C)-0231-01

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后,电力电子器件经历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程,器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始,脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。

变频器的分类方法有多种,按照主电路工作方式分类,可以分为电压型变频器和电流型变频器;按照开关方式分类,可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器;按照工作原理分类,可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等;按照用途分类,可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

VVVF:改变电压、改变频率CVCF:恒电压、恒频率。各国使用的交流供电电源,无论是用于家庭还是用于工厂,其电压和频率均为400V/50Hz或200V/60Hz(50Hz),等等。通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)。

用于电机控制的变频器,既可以改变电压,又可以改变频率。

变频器的工作原理

我们知道,交流电动机的同步转速表达式位:

n=60f(1-s)/p(1)

式中

N――异步电动机的转速;

F――异步电动机的频率;

S――电动机转差率;

P――电动机极对数。

由式(1)可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0～50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

变频器控制方式

低压通用变频输出电压为380～650V,输出功率为0.75～400kW,工作频率为0～400Hz,它的主电路都采用交―直―交电路。其控制方式经历了以下四代。

1、U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式。其特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢、电机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

2、电压空间矢量(SVPWM)控制方式。它是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进,即引入频率补偿,能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有得到根本改善。

矢量控制(VC)方式。矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相―二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

篇10

关键词：交流调速；节能；变频；调压调速；变极对数调速

前言：

20世纪60年代以前的调速系统以直流机组为主，70年代中期全世界范围内出现的能源危机迫使各国投入了大量的人力财力来研究交流调速系统，交流调速技术得到了快速的发展。20世纪80年代交流调速系统在性能上开始可以与直流调速系统相媲美。之后，交流调速系统在调速领域中的比重逐步加大，目前已经成为调速系统的主流。

一、交流电动机常用调速方法分析

1.1调压调速

调压调速是通过改变电动机定子电压改变电动机转差率，从而实现调速。这种调速方法比较适用于带动风机、水泵的异步电动机。其原因是：

由于风机负载转矩特性，当转速n降低时，负载显著减小，它可以稳定运行于电动机机械特性的非线性段，因而得到较低的转速，扩大了调速范围。

在降压运行时，电动机的磁化电流可以忽略不计，则电机的电磁转矩T正比于转子电流的平方。当增加转差率S，为使电流保持额定值不变，电机的转矩也相应减小，显然这既不适应于恒转矩负载，更不适应于恒功率负载，而较适应风机、水泵负载。

1.2变频调速

变频调速是交流电动机一种最好调速方法。它是通过改变电源频率来改变旋转磁场同步转速，从而达到调速目的。

变频调速不仅能实现无级调速，而且根据不同的负载特性，通过适当调节电压U与频率f之间的关系，使电动机始终运行在高效区。

交流电动机采用变频调速能显著改善电动机起动性能，大幅度降低电动机起动电流，增加起动转矩。变频调速平滑性好，效率高，机械特性硬，调整范围广，同时可以适应不同负载特性的要求，尤为异步电动机调速的发展方向。

1.3变极调速

变极调速是通过改变磁场的极对数，来改变同步转速，以达到调节电动机转速。它也属高效调速方法之列。变极调速简单可靠，成本低，机械特性硬，但它是一种有极调速，而只适用于几种运行工况场合。例如纺织厂的空调风机，夏天一种速度，冬天另一种速度。应用交流电机调速实现对风机、水泵风量或流量的调节，是节约电能最佳途径，其社会效益和经济效益都是相当可观的。

二、变频技术在交流调速系统中的应用

在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业用户的青睐。

2.1、交流变频调速的优异特性

（1）调速时平滑性好、效率高。低速时，特性静差率高、相对稳定性好；

（2）调速范围较大、精度高；

（3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；

（4）变频器体积小，便于安装、调试、维修简便；

（5）易于实现过程自动化；

（6）必须有专用的变频电源，目前造价较高；

（7）在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。

2.2、与其它调速方法的比较

（1）改变转差率的调速方法

包含改变定子电压调速、绕线转子回路串电阻调速、电磁转差离合器调速、串级调速等方法

（2）改变极对数的调速方法

通过改变定子绕组的接线来改变极对数，就改变了同步转速。它可以获得恒转矩调速特性和恒功率调速特性。这种方法效率高、操作简单、机械特性强。缺点是有级调速，一般变极调速用于小容量、非平滑调速的场合。

（3）改变频率的调速方法

变频调速系统可分为两大类：

①交—直—交变频调速

先把电网中的交流电整流成直流电，再通过逆变器逆变为频率可调的交流电。目前生产的异步电动机变频器几乎都采用电压源型晶体管SPWM交—直—交变频电路，它具有体积小、重量轻，在采用矢量控制时系统性能好的特点，但需考虑回馈制动的问题。它是异步电动机交—直—交变频调速的主流。

②交—交变频调速

把工频交流电直接变换成可变频率的交流电，由于它只有一级功率变换，省去了直流环节，减少了损耗，进一步提高了效率。也因此结构复杂、额定工作频率较低、造价较高，主要适用于低速大容量的交流调速设备中。

三、变频调速的发展方向

交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换，又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分为功率和控制两大部分。目前主要发展动向有以下三个方面：

3.1新的控制策略

异步电动机是一个多变量、强耦合、时变的非线性系统，瞬时转矩的控制困难，使它的动态性能很长时间内不如直流电机。矢量控制技术开创了交流电机高性能控制的新时代，基于现代控制理论的滑模结构控制、自适应控制等均已引入电机控制，又如把模糊控制、人工神经网络控制、专家系统等无需精确数学模型的智能控制技术应用于变频调速中也得到了广泛的研究。

3.2新型变流装置和变流技术

随着电力电子元器件的不断发展，调速系统用的变流装置正朝向高电压、大容量、小型化、高频化的方向发展，中高电压、大容量的变频器已得到了应用，变流主元件的开发频率越来越高，装置的体积越来越小，为提高开关频率、降低开关损耗，软开关技术已经开始得到实际应用。

3.3全数字化控制

随着微机运算速度的提高和存储器的大容量化，全数字化控制已成为调速系统的主流方向，各类单片机和数字信号处理器在调速系统中得到了较为普遍的应用。

四、结语

随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显现出来。由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们转向结构简单、运行可靠、便于维护和价格低廉的交流异步电动机。

交流电动机变频调速在能源利用方面有很多的优势。众所周知，能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切，变频调速系统在我国将有非常巨大的市场需求，未来一定会得到更好的发展。（作者单位：华北电力大学机械工程系）

参考文献：

［1］李良钰.交流调速技术概述与发展方向.电气技术与自动化,2008.6

［2］高翔,姚大博.交流调速节能技术的应用.内蒙古石油化工,2009.7

［3］刘玲.交流变频调速技术的优势与应用.电气开关,2010(1)

［4］马志源.电力拖动控制系统.北京:科技出版社,2004

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【关键词】石油钻机 电气系统 自动化

1 前言

随着经济的快速发展，整个世界的石油需求量也在迅速增长，因此石油开采工艺的要求也随之提高。目前是电子信息发展迅猛的时代，各个行业都在利用高新科技来提高生产工艺水平。在石油生产中，每个国家都在想方设法提高石油开采的效率来增加石油产量，电气系统的机械化管理功能无疑是给这一关键的技术带来革命性的突破。

2 石油钻机系统构成

石油钻机是钻井工作设备中不可缺少的机械设备，钻机必须能给钻井工具提供足够转速和转矩的工作性能下，还能保持一定的钻压，为能够满足更换钻头、下套管、钻具设备的送进以及井下事故的处理需求，钻机电气系统还应具备有高举重能力和提升迅速的速度，同时还能确保泵压和排量的正常作业，维护石油开采的正常工作。在此，主要介绍石油钻机电气系统的构成。

石油钻机是套性组合的重型机组设备，由传动机组、动力机组和多工作机组等组成。而它的工作系统包括钻井悬挂、泥浆循环、动力装置传动、旋转钻井、控制、底座和其他辅助设备。由于电力驱动钻机具有良好的性能，所以是大型钻机设备发展的方向。石油井的生产场地分为动力区、泥浆泵区、钻台区、固控区等，这些区域设备的工作都要依赖电气系统带动。

电系统的动力电源在大多石油开采场地都是由柴油发电机机组进行供应。发电机组的电源要经过控制柜进行输出电压和频率的调整，按照石油开采现场的实际工作情况来确定发电机组的工作数量，进而使用专门的控制系统进行几台供电机组的发电功率分配及同步并网的连接。钻机主要的电量来源由SCR系统连续供应调控后的直流电或者经变频器整流后，逆变出的可变电压、可变频率的电源提供。而钻机辅助设备，固控系统及照明设备和生活区的用电供给需要通过开关柜进行电压切换或者单独使用柴油机组实现供电[1]。

3 电气系统的电力驱动

3.1 交流电驱动

（1）交流电驱动工作原理。在大功率的变频设备没被应用到石油开采之前，主要用交流电动机来进行钻机的驱动工作。随着技术的进步，大功率的交流电动机被充分的应用到石油的钻机作业工作中，其类型可分为异步式交流电动机和同步式交流电动机。

（2）交流电动机的调速控制。交流电动机的调速方法有三种类型：变级调速类型、有级调速类型、变频调速类型。通过更改电子绕组的连接法，更改变电机子的极数实现变级调速。在绕线转子中串接入多级电阻器，就能实现交流电动机的有级调速。变频调速的目的主要是为转速能够连续调节，通过更改交流电的频率波动就能实现。

（3）交流电动机变频调速的特质。交流电动机的变频调速可以通过可控硅变频设备内部进行两次电流性质的更改来实现。可以先把交流电经晶闸管的整流电路转换为可调控的直流电，可调控的直流电在经逆变器设备转换成可调控频率的交流电[2]。

3.2 直流电力驱动

（1）直流电驱动的工作原理。电驱动钻井机运用通电导体在磁场中受电磁力的作用实现直流供电。用于石油开采的供电磁场是供比较大型的直流电动机使用的电磁场，能够为定子绕组进行直流电供电，使导体生成较为稳定的磁场，实现通电导体在电磁场中受电磁力的作用而进行连续供电。

（2）直流电动机的调速控制。直流电动机的调速一般采用以下三种方法：

①在励磁场中的电路系统串入电阻来降低他励及并励直流电动机的主磁调速。串励直流的电动机是要在励磁线圈的旁边并入电阻器。并入可调的电阻器可以产生无极调速的性能；并入有级电阻器可以产生有调级速的性能。

②实现较小型的直流电动机调速可在电路的中枢系统中串入电阻器。

③通过可调控的直流电源来改变电路中枢系统的输入电压，可调控直流电源的获取方法有两种，一是通过触发晶闸管的导通角把交流电转换成可调控的直流电；二是用直流发电机进行发电。但前者在石油钻机的应用更广泛。

（3）直流电整流后的影响。在直流系统进行直流电的整流后，系统的功率因素会变低，开采场地有无专门的设备做功率的补偿工作，容易使规格一样的直流系统钻机发电机组设备相对变频钻机设备的电源装机容量增大。针对这样的情况国内也有相关的单位对其进行技术的补救研发，现场无功补偿装置的研制主要是加入持续调控和迅速反应的无功率补偿技能。新设置的提出不仅对供电质量进行改良，还进一步提高供电系统的功率因数。但该技术因操作人员的认识缺乏，还无法进行普及应用[3]。

3.3 常用钻机电力驱动和传动

国内最为常用的直流电驱动钻机型号是AC―SCR―DC。柴油机带动的电源经电网进行动力并车后实现集中供电。集中的电源还要经可控硅整流设备完成交流变直流的转换后，才能进入驱动直流电动机实现直流电力驱动工作。AC―SCR―DC电动机的动力传送方法有独立驱动和分组驱动两种类型。

C―SCR―DC电驱动钻机的工作特点。将传动系统简单化，总传动效率被提高；采用电子进行调速，确保柴油机能稳定运转，使用寿命延长，耗油量降低；具有较强可塑性，启动能力增强，调速程度较广，能够进行无极调速；但机械的成本较高，使用寿命短，维修不便。

4 存在的安全隐患

（1）石油开采场地大多是比较潮湿的环境，现场施工的设备移动频繁，临时的不用的设备也很多，这样就为石油的施工作业带来一定的用电安全隐患。开采现场的机械设备都是临时铺设，为方便连接和撤离时的拆装，且钻井机的台面和泵区、控制区等会有很多的泥浆沉积，从而造成施工地面极易积水，施工的设备又多是金属，因此用电安全的问题变得很严峻。所以要经常检查设备的安全性，避免出现漏电的情况发生。

（2）石油开采的地段天然气体也较为集中，在开采的过程中，由于技术缺陷，可燃易爆的气体经常会泄露，如果防爆区内没有对所有用电设备进行保护设置，极有可能会引发严重的安全危害。雨天的防雷设施也很重要，因此还要加装防雷设备，进行全面安全防范。

5 结语

面临能源危机问题，各国都在利用创新科技对石油开采工艺进行技术的改良，以便能够在有限的资源基础上获得更多的经济效益。石油钻井工艺是一个复杂的系统工程，施工过程中存在很多的可变量，繁多的计算数据导致数学建模加难，仅仅依靠经验来处理问题是不够的。为此，要充分把科技引入石油的开采作业中，进一步实现电气系统带来的自动化管理，用科学合理的运算方式带动机械进行施工作业，模拟化和智能化是石油钻机电气系统未来的发展方向。

参考文献[1] 胡涛，朱桥飞，李晓亮.全电动石油钻机作业安

全用电分析[J].石化电气，2012，31（19）：24-29[2] 崔绍鲲.石油钻机电气系统研究[J].中国石

油和化工标准与质量，2012，8（4）：74

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[关键词]电机与变压器；技工学校；多媒体；理论；实践；教学手段

中图分类号：TP316.5

《电机与变压器》是一门概念抽象、计算繁琐的应用型技术课程，是后续专业课程的基础，对专业课程的学习有着关键的作用，但由于中职学生的基础较差，学习热情不高，因而存在入门难、融会贯通更难的现象，因此，探索《电机与变压器》课程教学的改革，提高课堂教学质量成为必

一、合理安排授课计划和内容

现在的实际应用的大部分是交流电机，直流电机的应用比重有所减小，所以在变压器、交流电机的内容上可适当加大，直流电机所占的比例可适当压缩。从讲课反馈上来看，按照先讲直流电机，再讲变压器，最后是交流电机的教学安排可能更合理些。因为学生在初中物理及技校的“电工基础”等课程中已初步地掌握了直流发电机和直流电动机的基本工作原理，所以接受起来并不很困难。变压器的工作原理也在“电工基础”的互感电路章节中有所涉及，它对“电机与变压器”中的内容有所铺垫，同时变压器与交流电机也有联系，可以把它看成是一台静止不动的交流电动机。对比变压器的一次侧电压表达式和交流电动机的定子电压表达式，我们可以看到两者的表达式非常相像，只不过交流电动机多了。当讲到交流电动机绕组的磁势和电势时我们会发现：变压器采用的是集中整距绕组，因此，交流电机为了抑制谐波的磁势和电势，采用短距分布绕组，所以，变压器可以看成是一台静止不动的交流电动机。当然，在讲课过程中也要注意两者的区别。笔者发现按照上述的讲课顺序进行教学，学生理解会更清晰些。

二、理论联系实际，突出重点.体现课程教学中的主线

“电机与变压器”这门课程中概念很多，因此，教师在讲课时需要把“电工基础”中牵涉到的概念和定律先复习一下，如左手定则、右手定则、右手螺旋定则、基尔霍夫电压和电流定律、同名端和异名端等。在讲课过程中理论联系实际会使学生更易理解。如为什么转子冲片采用硅钢片叠片冲压而成？目的是为了减少磁滞损耗和涡流损耗。转子上为什么安装风扇？转子冲片上为什么开了小圆孔？目的是为了加强空气对流和散热。电机转动时风扇吸风，空气从转子的轴向通风孔流过，可帮助散热。这样讲述理论联系实际，学生学习就不会感觉枯燥了。

讲完直流电机、变压器和交流电机的每一部分后，要对该部分进行总结，归纳出重点，帮助学生理解和复习。如直流电动机部分里最重要的就是直流电动机的启动、调速和制动过程。电枢电流的表达式。分析直流电动机的启动，由于电机的转速n不能突变，在启动的一瞬间，转速n=0，因此电枢电流为U/Ra在一般情况下，电压U为额定电压UN，电枢中不串人附加电阻，只有内阻Ra，则电枢中电流过大，易烧毁电机。因此，工业用包括我们船舶用直流电动机，不允许直接启动，要限制启动电流在一个合适的范围内。由电枢电流U/R。的关系可知，可减小分子或增大分母，因此，可采用电枢串电阻或降压启动这两种方式。

对于直流电动机调速过程，根据调速公式 可知，要想改变电机的转速n，对于选定的电机，由于Ce是常数，电机达到平衡状态时T=TL，因此，进行调速能改变的电气参数就只有电压U、电枢回路的电阻Ra和主磁通Ф由此得到了三种调速方法：降压调速、电枢串电阻调速和弱磁调速。

对于直流电动机的制动过程，如能耗制动过程的分析：电动机本来在正常的电动运行，能耗制动开始时，机械特性立刻变化，但根据惯性定律的结论，电磁转矩T为负值。电动机进入减速状态，即能耗制动过程。当n=0时，T=0，但负载转矩一般不为0，因此在能耗制动结束时需要采用机械装置卡住转子使之停车。

学生掌握了这些公式和定律，在不同的情况下分析和灵活运用，就可以抓住直流电动机这部分的核心内容，它对后续课程的学习帮助很大。同理可归纳出变压器和交流电动机的核心要点，这里不再赘述。

三、多媒体和各个教学手段相结合

教学中，如果仅靠板书的这种传统方式来讲解，不仅授课进程缓慢，影响教学进度，而且学生理解吃力，教学效果比较差。例如，三相旋转磁场的产生过程，该部分比较难理解，学生容易产生厌烦情绪。为此我们收集制作了一些PowerPoint图片和Flas等教学课件来演示三相旋转磁场的产生过程，电机实物进行现场演示。在一台去除了转子的交流电动机定子内部放置一个小磁针，在三相对称绕组上加上三相对称电源，将直观地看到小磁针转动。将三相交流电源中的任意两相电源线对调后，发现小磁针转动方向会改变。这样，学生就直观地看到了交流电机旋转磁场的正反转，便于理解交流电动机的正反转。由此我们就可以提出问题：为什么小磁针能够转动？采用这种方式在多媒体教学过程中解决问题。即提出问题一分析问题一解决问题。通过这样的现代教学手段，能够锻炼学生独立思考能力和独立解决问题的能力。

采用多媒体等教学手段，结合理论知识进行分析和讲解，教师可将复杂、枯燥的内容变得直观、容易理解，给学生留下深刻的印象，学习过程也变得轻松愉快，教学效果很好。

但对于变压器、异步电动机的运行分析，采用传统的板书结合PPT字幕教学模式比较好，因为这些部分需要进行逻辑推导，采用板书教学及PPT字幕，有助于学生前后连贯地分析和理解。所以，在教学过程中要因地制宜，在适当的章节采用并加强多媒体等现代教学手段。

四、理论教学和实践教学的有机统一

为了增强学生对电机结构的感性认识，我们在教学计划中安排了总课时的一半时间进行包括交流电机的实习。通过实习可帮助学生掌握电机内部结构及工作原理；掌握电机绕组拆卸、绕制及电机装配过程；掌握电机测试和检修的方法；掌握相关电工仪表使用。学有余力的学生可以向实习教师申请选做实验。学生自已查阅资料选题，根据具体线路和接线步骤，分析实验数据，培养学生的独立操作及工作能力。

二年的学校教学工作结束以后的第三年，按照教学计划，学生要进入工厂，车间的顶岗实习的学习阶段。实际体验各种电机和变压器的接线和工作过程，了解掌握各种电气设备的功能和使用。让工人师傅现场带领我们的学生掌握不同类型电气设备的操作，让学生对各种生产机械的主要结构及操作情况有亲身体验，通过工厂、车间的实习提高学生的实践能力，更快融入社会，工厂车间，做到学、用统一。为将来的就业打下良好基础。

五、重视习题课在教学过程中的作用

教学过程中适当安排了一些习题课，在习题课上，讲解一些较为典型的例题，通过对学生的提问，了解学生的理解程度和错误原因，帮助他们纠正错误。再精心选择两三道计算题让学生进行解答，然后对计算过程中出现的问题进行讲评。在讲评过程中，分析学生的解题步骤，了解学生的解题思路。争取实现一题多解，把各个知识点有效的结合起来，从而有利于学生的思维和演绎能力的培养。对学生解题中出现的错误及时指出，避免重复犯错，起到事半功倍的作用。针对学生学习过程中的薄弱环节，适当调整教学安排，有的放矢，从而更好地完成教学任务。

六、结束语

笔者在近十几年的教学实践工作中，积极采用多种教学手段进行教学实践。“电机与变压器”课程教学取得了的效果，达到了预期的教学目标。从学生的反馈来看，教学是还是比较成功的。当然，教学实践是一项长期艰巨的工程，尤其是我们面对一些基础知识掌握比较薄弱的技工学校的学生，要更好的利用现代化的教学手段来改革陈旧的教育模式，充实完善我们的传统课程，为社会、工厂企业输送合格的实用性人才。

参考文献

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关键词:异步电动机;变频调速;调速方式

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

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

一、交流异步电动机的变频调速技术概述

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

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

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

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

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

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

二、交流异步电动机变频调速技术发展方向

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

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

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

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

三、交流异步电动机的变频调速技术的应用

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

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

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

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

由上面的两个公式我们就可以得出交流异步电动机的转速方程,也就是如下面所示:

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

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

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

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

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

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

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

四、总结

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

参考文献:

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关键词 变频调速；交流电动机；节能

中图分类号 TM356 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0117-01

从20世纪70年代开始，计算机技术的飞跃发展使得现代控制理论得以被广泛应用到实际工业生产中。交流电力拖动系统逐步具备了调速范围宽、稳速范围大、稳速精度高、动态响应快以及在四象限中实现可逆运行等优良性能。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性持续得到提升，而价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，因此深受工业行业的青睐。

1 变频调速技术的原理

变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。

交流异步电动机的输出转速由下式确定：

n=60f（1—S）/p （1）

式中：n—电动机的输出转速；

f—输入的电源频率；

S—电动机的转差率；

p—电机的极对数。

由公式（1）可知电动机输出转速与输入的电源频率、转差率、电机极对数之间的关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速（调整p）、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整S）和变频调速（调整f）等。

变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。

2 变频调速方式

将交流电由固定的50Hz工频变换为可变频率主要有两种方式：

1）直接变换方式。它是通过可控整流和可控逆变相结合，将输入的工频电流直接强制转化为所需频率的交流输出，因而又称为“交-交变频”方式。

2）另一种称为间接变换方式，又称为“交-直-交变频”方式。它是先将工频交流电输入通过全控（或半控/不控）整流变换为直流电，再将直流电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。

3 变频调速的节能分析

由于风机（或水泵）等电机拖动设备的负载是平方转矩型，转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系：

Q1/Q2＝n1/n2 （2）

H1/H2＝2（n1/n2） （3）

P1/P2＝3（n1/n2） （4）

假设工况不变或类似：

Q1、H1、P1——风机（或水泵）在 n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率；

Q2、H2、P2——风机（或水泵）在n2转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率。

由公式（2）、（3）、（4）可知，风机（或水泵）的流量与转速成正比，压力（或扬程）与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。

由公式（4）可知，在其它运行条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，节电效果非常明显。例如工况只需要50％的风量或水量，则可以将电机的转速调节为额定的一半，此时电机消耗的功率仅为额定的12.5％，即理论上节能可达87.5％。

4 变频调速的性能特点

同传统液力偶合器等调速方式相比，变频调速的性能优势非常明显：

1）消除了对电网的谐波污染。具有拓扑结构与输入变压器副边多级绕组移相整流技术，降低了输出侧的电流谐波，提高了功率因数，无需任何滤波或功率因数补偿。

2）保护功能完善。同原来的继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，瞬间过流保护（超过200%额定电流峰值）10 μs，动作有效过流保护（150%额定电流）3 s动作，过载保护（120%额定电流）1 min动作，大大加强了对电动机的保护。

3）电动机可实现软启动、软停运。变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。

4）调节灵敏，精度高，范围广。调节调速工段内的设备调节和优化控制由机组DCS完成。DCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。

5）节电效果显著。实现了挡板、阀门全开，从而减少挡板、阀门节流损失，且能均匀调速，满足调峰需要，节约了大量的

电能。

6）运行噪音低。运行频率下降至40 Hz左右时，电机的运行噪音明显下降，低于80 dB，而低速运行时基本上听不到噪音，达到65 dB以下，大大降低了现场的噪音污染。

7）转动部件发热小。由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，电机的温升和轴承温升下降明显。电机的前后轴承的温度都有相应的下降，延长了风机系统的使用寿命。

8）机械损耗小。由于低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动。风机大修周期延长，可大大节约检修费用。采用液力偶合器每年的维护费用约在5万元左右，而采用变频器后，这项费用可下降为数千元左右。

5 变频调速技术在发电站中的经济优势

变频调速技术在发电站中主要用于各种风机和水泵，下面以水泵为例，对变频调速技术在发电站应用的经济性作简要分析。

交流水泵传统上是由恒速电机驱动出口阀及调节阀控制水的流量和压力，通过人为增加阻力和回流的办法调节流量，大量能量损失在调节过程中损失了。

水泵的转速在某一范围内变化时，流量、总扬程、轴功率依次有线性、平方、立方关系。但对于实际的水泵负载，通常存在一个与高低差有关的实际扬程，扬程越小，轴功率越接近于同转速成立方的定常特性，而且转速控制产生的节电效果也越大。