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篇1

目前我廠各類在役電動機中交流電動機占99%以上，而交流電動機面臨的最大問題是起動問題。它包括起動時電流及起動轉矩沖擊，以及很多大功率電動機因為起動困難，對電網的沖擊也很大，因此只能盡量減少停機次數，從而造成能源的浪費。

2 電動機起動問題

三相交流電動機起動分為直接起動和降壓起動。交流電動機直接起動又稱全壓起動，它是一種最簡單的起動方法。起動時將全部電壓直接加在電動機定子繞組上，起動電流將達到4～7倍的額定電流和過高的起動轉矩，直接影響該電網上的其他電氣設備運行。當全壓起動的電動機容量愈大，供電變壓器的容量越小，這種影響越顯著。當電動機容量大于電力變壓器容量的30%時，在全壓起動的瞬間大電流沖擊下，將引起電網電壓的降低，影響到該電網內其他電氣設備的正常運轉。電壓降低可引起電機本身起動無法正常運行，嚴重時可燒毀電動機，同時全壓起動產生過高起動沖擊轉矩，還將會使連接件損壞，電動機機座變形，齒輪或齒輪箱損壞，傳送帶撕裂等。解決此類問題，一般生產機械及電力拖動電動機盡可能采用軟起動方法，即適當降低電動機端電壓，減少電動機起動電流及過大啟動沖擊轉矩等，以避免拖動系統不必要的損壞。

3 交流電動機軟啟動

隨著工業生產及工業生產機械的不斷發展，即對電動機拖動的起動性能提出了越來越高的要求。（1）電動機要有足夠大的并能平穩提升的起動轉矩和符合要求的機械特性曲線；（2）起動設備盡可能簡單、經濟、可靠、起動操作方便，直接起動是最簡單起動方式，但還要克服其起動電流大及轉矩沖擊大，對電網及拖動設備造成的危害；（3）起動電流和起動功耗盡可能小。綜上軟起動對交流電動機拖動的控制及保護是達到節能、簡化控制、優化資源的重要手段。

交流電動機軟啟動方式：一般采用（1）傳動降壓起動；（2）電子晶閘管降壓起動：（3）變頻軟起動。

3.1 傳統降壓起動

3.1.1 自耦變壓器降壓起動

定子通過自耦變壓器連接到三相電源上，降低電動機定子繞組電壓，以減小起動電流。當電動機起動后，再將其切除，其優點根據不同負載要求，起動電壓可選擇，缺點是當電動機容量較大時，變壓器體積增大，成本高。目前我公司已全部淘汰此種起動方式。

3.1.2 Y-轉換起動

所謂Y-轉換起動，起動時定子繞組為Y形連接，起動完成后，正常運行時為形連接。星形連接起動時起動電流和起動轉矩為三角形連接的三分之一。同時由于從星形轉換為三角形過程中會出現二次沖擊電流以及沖擊轉矩等問題。適用于輕載或空載起動的場合，接線時還應該注意Y-連接時要保證其旋轉方向的一致。優點是線路較簡單，投資少，缺點是轉矩特性差。

3.1.3 串電抗器或水電阻降壓起動

即在定子回路繞組中串聯電抗器或水電阻從而實現降壓起動，減小起動電流，待起動完成后再將其切除。但由于電抗器成本高，水電阻損耗大，故一般在電動機空載或輕載運行時可利用串電抗器降壓起動。由于維護復雜，空間、環境等因素，我們公司沒有采用過此種降壓起動方式。

3.2 晶閘管降壓起動

晶閘管降壓起動又稱“軟啟動器”，它采用三對反并聯的晶閘管，串接于三相電源與電動機定子回路上。利用晶閘管移相控制原理，通過微處理器的控制來改變晶閘管的開通程度，使電動機輸入電壓按預設的函數關系逐漸上升。

起動時，電動機端電壓隨晶閘管的導通角從零逐漸增大，直至達到滿足起動轉矩的要求而結束起動過程。當起動完成后，軟啟動器輸出額定電壓，旁路接觸器接通，電動機進入穩態運行狀態。

停機時，先切斷旁路接觸器，然后軟啟動器內的晶閘管導通角由大逐漸減小，使三相電壓逐漸減小，電動機轉速逐漸減小到零，完成停機過程。我公司現降壓起動都采用此種方法，它是集電動機軟啟動、軟停車和多種保護功能于一體的電動機控制裝置。軟啟動器在晶閘管兩側裝設的旁路接觸器，保證了晶閘管僅在起動、停車時工作，避免長期運行使晶閘管發熱，同時還可以避免在電動機運行時軟啟動器發生故障，可由旁路接觸器作為應急備用。缺點：價格高，晶閘管還可以引起高次諧波。軟起動器的廣泛應用，標志著電動機控制技術由傳統的電器控制時代進入了電子智能化控制時代。

3.3 變頻軟啟動

即采用電壓頻率按比例平滑上升的VVVF控制的基本原則，在起動過程中不存在大的轉差功率，有利于電動機平穩起動，從而實現降壓起動，消除了起動沖擊，避免起動功耗，且可控制起動速度，是一種真正的平滑起動方式。它可以在限流同時保持高的起動轉矩，具有保護功能強大的特點。缺點：價格高，對電網來說它可是諧波污染源，但我們利用電抗器和有源濾波器抑制諧波。雖然他也是一種軟起動裝置，但更廣泛應用在變頻調速。我們公司現在將負荷變化較大的電動機都采用變頻控制。不僅可以減少對電網沖擊，還達到了節能的目的。

4 結語

綜上所訴：傳統的降壓起動設備，其目的減少了起動電流和功耗，但同時降低電動機起動轉矩，起動效果差，并且產生二次電流沖擊、故障率高、使用受限等問題，但投資少，不會產生諧波；電子晶閘管降壓軟啟動有較好的起動特性，起動參數可調，一定程度上可解決輕載起動設備起動沖擊問題。不足之處不宜作隨載降壓節能設備用，且達不到電磁兼容的要求，另外存在價格高等問題；變頻軟起動其具有調速、節能、保護等優點，它以微電腦全數字節能化控制，對電動機提供全方位服務，不愧為電動機綜合節能保護的優選產品。

參考文獻：

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西門子變頻器是一種工業控制領域中應用較多的一種控制設備，其通過對固定輸入的電壓和頻率進行內部的轉換，依據控制信號將其轉換為所需的電壓和頻率的交流電進而實現對于電動機的控制。在西門子變頻器工作的過程中首先需要將輸入的工頻交流電轉換為直流電，而后再根據需要將直流電逆變為控制要求的交流電。在西門子變頻器工作的過程中通過PWM技術使得在電動機啟動的過程中使用較小的啟動電流并獲得較大的啟動轉矩并調速平滑。在分析西門子變頻器外部端子的功能及作用的基礎上做好對于西門子變頻器的參數設置，確保其正常工作。

1 西門子變頻器的組成及外部端子簡述

1.1 西門子變頻器的組成

西門子變頻器主要是由操作面板、控制模塊與外部端子等三個部分組成，其主要與普通交流電動機相配合在一些對于電動機控制精度要求一般的場合進行工作，以取代步進電機或是交流伺服電機，降低成本與能耗。隨著科技的進步與經濟的快速發展，西門子變頻器正被應用于越來越多的領域。西門子MM420系列變頻器是一種應用較多的變頻器，其多應用于對三相交流電動機的變頻控制。西門子MM420系列的變頻器在出廠時各參數為系統默認，在使用時與西門子工控裝置和設備相連接時如無特殊要求可不經調試而直接進行使用，可靠性與適應性較強，西門子MM420系列變頻器是一款功能較齊全的變頻器。

1.2 西門子MM420系列變頻器外部端子

西門子MM420系列變頻器的外部端子如圖1所示，其中1、2端子輸入的是模擬量10V電源公共端，3、4端子為模擬量輸入端可以外接電位器來實現對于頻率設定值的更改，5-7號端子為數字量輸入端子，其中默認情況下5為正轉控制，6為反轉控制，7為故障復位，8、9端子則代表的是直流24V電源公共端。

2 西門子MM420系列變頻器外部端子對電機的控制

2.1 交流電動機的正反轉控制

通過使用線纜將西門子MM420系列變頻器與交流電動機進行連接，在進行參數的設定時，通過使用西門子MM420系列變頻器操作面板對變頻器中的P1080、P1082參數進行設定，上述兩個參數設定的是上下限的頻率，而后通過對P1120、P1121參數進行設定對交流電動機的頻率加速與減速時間進行設定。最后將西門子MM420系列變頻器中的P0700參數設置為2，完成對西門子MM420系列變頻器的參數設置即可使用外部端子對電動機進行相應的控制。此時即可通過對5-7號端子施加相應的頻率信號實現對于交流電動機的控制。

2.2 使用模擬量輸入對西門子MM420系列變頻器進行控制

在完場上述參數設置的基礎上將參數P1000有默認缺省值設置為1，即可通過使用電位計來作為模擬信號實現對于電動機的條數控制，在5-7號端子中通過輸入數字信號控制交流電動機的正反轉，通過調節模擬信號輸入端的電壓電流信號來控制交流電動機的轉速。

此外還可以通過使用外部端子實現對于交流電動機的多速段控制。

在使用西門子MM420系列變頻器對交流電動機進行控制的過程中需要注意的是，在使用面板控制或是外部端子進行控制時，對于西門子MM420系列變頻器內部參數的設定只能通過面板進行西門子MM420系列變頻器內部參數的修改與設定，在使用外部端子進行控制時，首先需要將西門子MM420系列變頻器的控制模式切換到外部操作模式，而后再進行外部控制頻率信號的接線，當西門子MM420系列變頻器采用外部端子控制模式時，如果需要修改端子的功能需要將外部開關輸入信號全部斷開后再重新進行接線，避免因信號輸入導致控制邏輯混亂。其中當西門子MM420系列變頻器采用多段速的方式進行控制時，將無反轉輸出信號。

3 西門子MM420系列變頻器的面板控制

西門子MM420系列變頻器在出廠時裝載有默認的參數，通過對西門子MM420系列變頻器中缺省的設置值進行修改將可以使得西門子MM420系列變頻器實現對于交流電動機的控制，對于西門子MM420系列變頻器參數的設置需要使用面板進行輸入與修改，在使用基本操作面板實現對于電動機的控制時首先需要將系統內的P0010參數修改為0，從而使得西門子MM420系列變頻器處于運行準備狀態，將參數P0700參數設置為1即可使用操作面板來控制交流電動機進行啟停運動及控制，按下綠色的啟動按鈕啟動交流電動機，按下數值增加按鈕逐步增加交流電動機的轉速，通過增加與減少按鈕來控制交流電動機轉速的增加與降低，并可以通過使用轉換按鈕來控制交流電動機的轉動方向。紅色按鈕控制電機的停止。

對于使用西門子MM420系列變頻器實現對于交流電動機的控制主要是通過改變內部參數的設定值來實現對于變頻器輸出信號的改變，使用面板控制最主要的是通過改變了西門子MM420系列變頻器內部的參數。在對西門子MM420系列變頻器進行調試設定時應當首先將變頻器內部的全部參數恢復為出廠設置避免內部有設定值而對本次操作造成影響。在恢復出廠設置時通過將P0010參數設置為30并將參數P0970參數設置為1完成對于西門子MM420系列變頻器的出廠設置。對于西門子MM420系列變頻器的參數可以對照調試說明書進行了解與設置。在使用西門子MM420系列變頻器進行電動機控制時，如無特殊要求可以將變頻器直接與西門子電機連接進行控制，而當需要對其他廠家的電動機進行控制時需要在參數設置時輸入電機銘牌上所標注的電機的轉速、電壓、電流、頻率等的電機規格參數，做好電機與變頻器的匹配。

4 結束語

西門子MM420系列變頻器是一種應用較多的工控設備，文章在分析西門子MM420系列變頻器特點的基礎上對西門子MM420系列變頻器的面板與外部端子兩種控制方式進行了分析闡述。

參考文獻

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油田采油設備中，三相交流電動機的使用占絕大多數，在日常的電氣故障處理、更換自控箱等維護工作中，經常出現相序變更等現象，致使三相交流電動機反轉，對單向運行的采油機械造成不利，易引發嚴重的機械事故、生產事故。

1 現狀調查

1.1三相交流電動機使用情況

各式各樣的抽油設備占孤島采油廠生產設備的絕大部分，而作為提供動力的三相交流電動機更是廣泛應用，平均一個注采管理站能達到100余臺，確保三相交流電動機正常運轉意義重大。

1.2游梁式抽油機的結構特性

游梁式抽油機的工作原理是通過電動機提供旋轉動力-減速箱進行二級減速（高速旋轉變為低速旋轉）-曲柄連桿機構、游梁、驢頭等裝置將旋轉運動變為直線往復運動-通過光桿帶動深井泵將原油從地下采出。

抽油機的減速箱一般為二級減速，內部齒輪的配合有點嚙合式、漸開線式等方式，不同的旋轉方向，齒輪間的受力面是不一樣的。在大負荷下，頻繁改變減速箱齒輪轉向，易對齒輪造成傷害，影響抽油機減速箱使用壽命。

減速箱兩側的曲柄銷子是曲柄與連桿連接的重要部件，工藝設計上存在正扣與反扣的差別，正常工作時，曲柄銷子的冕形螺帽不存在倒扣問題，一旦抽油機減速箱齒輪反轉，那么曲柄銷子反轉，冕形螺帽就存在倒扣的危險，極易造成曲柄銷子退扣脫出、抽油機翻機的嚴重事故。

2 電動機工作特性

2.1電動機的種類

孤島采油廠的抽油機目前廣泛采用的是三相交流異步電動機、三相交流同步電動機、高效永磁同步電動機等，直流電動機應用較少。

2.2三相交流電動機轉向特性

三相交流電動機對運轉方向沒有要求，正反兩個方向均可運轉，現場根據生產設備的要求進行三相交流電動機轉向的選擇。影響三相交流電動機轉向的唯一因素是三相交流電動機旋轉磁場的旋轉方向，任意改變三相交流電動機電源相序就能改變電動機旋轉磁場的旋轉方向，使電動機向相反的方向旋轉。

3 相關集成模塊

3.1 HCF4011四與非門集成電路

HCF4011四與非門集成電路（與CC4011只是生產廠家不同而已可以通用）CC4011是常用的CMOS四輸入與非門集成電路，他的內部含有4個與非門，常用在各種數字邏輯電路和單片機系統中，功耗很小， CC4011的邏輯功能和管腳圖順序（如圖1）。

3.2CD4027 雙J-K觸發器

CD4027是包含了2個相互獨立的、互補對稱的J-K主從觸發器的單片集成電路（圖3）。每個觸發器分別提供了J、K置位、復位和時鐘輸入信號及經過緩沖的Q和Q反輸出信號，輸入輸出引出端排列與CC4013雙D型觸發器相似。CC4027可用于性能控制、寄存器和觸發器等電路。加在J、K輸入端的邏輯電平通過內部自行調整來控制每個觸發器的狀態，在時鐘脈沖上升沿改變觸發器狀態，置位和復位功能與時鐘無關，均為高電平有效。

4 調整器工作原理（相序監視電路、控制電路）

4.1相序監視電路

該三相電相序監視器由相序檢測電路、觸發控制電路和LED顯示電路組成（圖4）。

相序檢測電路由整流二極管，電阻器、穩壓管組成；觸發控制電路由四與非門集成電路構成；LED顯示電路又四與非門集成電路中的非門D4、發光二極管、晶體管、電阻器構成。

在三相交流電相序正確時，非門D4輸出脈沖寬度約3mm的負矩形波脈沖信號，使晶體管導通，綠色發光二極管點亮；若三相交流電相序錯誤，則D4輸出高電平，使紅色發光二極管點亮，而晶體管截止，綠發光二極管不亮，從而保證該裝置按照正確相序安裝。

4.2相序調整調整器控制電路

該電路由電源電路、相序檢測電路、控制電路構成。電源電路由電源變壓器、整流橋堆、電阻器、穩壓二極管、濾波電容組成；相序檢測電路由整流二極管、限流電阻器、穩壓二極管、六非門施密特觸發器構成；控制電路由雙JK主從觸發器集成電路、電阻器、晶體管、二極管、繼電器、交流接觸器構成。

工作時，接通電源，通過電源電路降壓整流、穩壓后為集成模塊以及直流繼電器提供+12V工作電壓。三相交流電壓分別經過整流二極管整流，電阻器限流，穩壓管消波限幅以及六非門施密特觸發器集成電路反向整形、變換為交流電負半周對應的方脈沖信號，分別加至雙JK主從觸發器集成電路的J、CP、K端。

當輸入三相交流電相序為正相序時，經施密特觸發器整形后的方波信號便依次滯后120度相位角，在雙JK主從觸發器集成電路的CP端輸入脈沖的上沿到來時，J端為高電平，K端為低電平，Q端輸出高電平，晶體管飽和導通，直流繼電器吸合，常開觸點閉合、常閉觸點斷開，接觸器KM1動作，三相交流電動機正向旋轉。

當輸入三相交流電的相序為逆相序時。無論怎樣的逆相序，雙JK主從觸發器集成電路的Q端均輸出低電平，晶體管無法導通，直流繼電器處于釋放狀態，其常開斷開KM1控制電路，常閉接通KM2控制電路，經過KM2倒相序，保證三相交流電動機仍按正方向旋轉，從而達到三相交流電動機恒轉向的控制（圖5所示）。

5 實施效果：

抽油設備絕大部分散布在野外，這是由油田的工作特性決定的，由于自然環境的惡劣、施工時動力電纜誤損傷、更換電氣設備、雷擊、雨雪損害等一系列因素，造成三相電源相序常常產生變化，一旦相序連接錯誤，又沒有被及時發現，很容易造成抽油機減速箱齒輪損壞，縮短抽油機減速箱使用壽命，曲柄銷子退扣脫出造成抽油機翻機事故。

采用相序調整器對三相交流電動機控制電路進行改造，保證了電機的恒轉向運轉，大大增強了抽油機的生產安全性，減輕了現場工人的勞動強度，具有經濟、社會雙重效益，應用前景廣闊。

6 結束語：

創新永無止境，作為一名工人，我唯有不斷努力工作、不斷努力創新來回報企業，為企業做出更大的貢獻！

篇4

引言

隨著社會的發展，在當 今的自動化控制與應用中，PLC與變頻器正日益得到普及，在以往傳統的控制方式中一般采用這樣的控制方式，即把PLC的數字量輸出點接到變頻器的輸入點來實現變頻器的啟/停控制，把PLC的模擬量輸出點接到變頻器的模擬量輸入點來實現變頻器的速度調節。這種控制方案占用了PLC寶貴的硬件資源，有時還需要配置昂貴的模擬量模塊，成本較高。隨著PLC及變頻器通訊功能的日益增強，考慮使用兩者通訊來實現驅動設備的速度控制，想必是一較為經濟的控制方案。西門子S7系列PLC作為控制系統的核心，可提供強大的控制、網絡和組態功能，同時強大的擴展能力和廣泛的通訊能力，容易實現分布式系統結構，再結合西門子s7編程軟件和1NTOUCH組態軟件使得西門子S7系列PLC成為中型、大型自動控制領域的理想產品。

一、直流電動機與交流電動機控制在現代工業企業生產中的優缺點

變頻調速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率采達到交流電動機調速目的的技術。從大范圍來分，電動機分為直流電動機和交流電動機兩種。直流電動機與交流電動機的應用場合都比較廣，兩者工作的基本原理相同，都是電磁感應定律，且兩者都有各自的優缺點。分析一下，直流電動機或者說是直流電機有其工作時的缺點很重要的一個原因大概就是因為換向器，這也是決定直流電機與交流電機工作方式不同的最主要原因。并且如果采用直流電源，直流電源的滑環和碳刷都要經常拆換，所以比較浪費時間，再加上成本高，換向困難，容量受到限制，不能做的很大，給人們帶來很多的麻煩。變頻調速器最為典型的應用時電機傳動調速，電機交流變頻調速技術以其優異的調速和啟動、制動性能，高效率、高功率因數，顯著的節電效果，進而可以改善工藝流程，提高產量質量，改善工作環境，推動技術進步，以及廣泛的適用范圍等許多優點而被國內外公認為最有發展前途的調速技術。

二、交流電動機的變頻調速技術

交流電動機的變頻調速技術就是要用半導體電力電子器件構成的變頻器，把交流電變成頻率可以調控的交流電，這就可以供給交流電動機，這種變頻調速技術是用來改變交流電動機的運轉速度。如果按照變換環節可以將交流電動機分為兩大類：一類是交-直-交變頻器，一類是交-交變頻器。所以變頻器利用根據這個變頻的原理可以分為直接變頻和間接變頻。變頻調速技術的應用一般有兩種：一類是用于各種靜止電源；另一類是用于電機傳動調速變頻調速器。其中最典型的應用時電機傳動調速，電機交流變頻調速技術因為啟動和調速快、制動性能，高效率、高功率因數，還有顯著的節電效果，這就可以改善工作環境，提高產量質量，改善工藝流程，極大的推動技術進步，現在已經被國內外認為最有發展潛力的調速技術。所以，只要我們共同的努力，不斷的完善交流電動機的變頻調速技術，這種技術得到更大的發展。

西門子調速裝置在現代工業企業生產中的應用

近年來隨著世界電子技術突飛猛進的發展，特別是微處理器和數字技術的發展使可編程控制器的性能和功能有了很大的提高。PLC是一種以計算機技術為基礎的，專為工業環境設計的數字運算控制裝置，具有功能齊全、使用靈活方便、可靠性高、抗干擾能力強及易于維護維修等優點。

1、PLC的選型

PLC選型方式靈活，根據控制對象和控制任務的不同，我們可以選擇不同型號的PLC及其模板類型和數量。首先我們根據具體的控制任務決定出需要采集和控制的點數， 即D1／DO點數和AI／A0點數，然后像搭積木一樣搭出所需PLC的模板配置及其模板的數量。一般來說：點數在100點以下，選用s7—200系列；點數在1 000點以下，選用S7—300系列；點數在l 000點以上，選用S7—400系列；模板的數量等于點數除以單個模板的通道數。

2、西門子S400系列PLC和施耐德ATV-71變頻器的通訊

(1)ATV-71變頻器與西門子S400系列PLC的系統組態，如下圖所示：

(2)通訊網絡

PLC與變頻器的通訊采用PROFIBUS-DP現場總線。PROFIBUS-DP是目前工控系統中最成功的現場總線之一，得到了廣泛的應用。它是不依賴于生產廠家的、開放式的現場總線，各種各樣的自動化設備均可通過同樣的接口協議進行信息的交換。PROFIBUS-DP(Distributed I/O System-分布式I/O系統)是一種經過優化的模塊，有較高的數據傳輸率，適用于系統和外部設備之間的通信，遠程I/O系統尤為合適。它允許高速度周期性的小批量數據通信，適用于對時間要求苛刻的自動化控制系統中。PROFIBUS-DP現場總線系統可使許多現場設備(如PLC、智能變送器、變頻器)在同一總線進行雙向多信息數字通訊，因此可方便地使用不同廠家生產的控制測量系統相互連接成通訊網絡。

3、PLC編程示例

PLC與變頻器之間采用從方式進行通訊，PLC為主機，變頻器為從機。1個網絡中只有一臺卞機，卞機通過站號區分不同的從機。它們采用半雙工雙向通訊，從機只有在收到卞機的讀寫命令后才發送數據。PLC控制軟件編程上采用模塊式結構，各種功能的程序模塊通過程序有機地結合起來，使系統運行穩定可靠。

(1) PLC在第一次掃描時執行初始化子程序，對端口及RCV指令進行初始化。為了增加程序的可靠性，在初始化完成后，如果檢測到端口空閑時則運行RCV指令使端口處十接受狀態初始化子程序如下:

Network 1//網絡標題檢測端口空閑可編在主程序中

//設定端口屬性

LDSM0.0

MOVB73,SMB 30

Network 2

//接收信息狀態

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 / /連接口0接

收完成的中斷

Network 5

LDSMO.O

ATCHINTO.9//連接口0發送完成的中斷

完成的中斷

Network 6

LD SM0 0

ENI//中斷允許

Network 7

LD SM0.0

篇5

現如今，機械設備的技術含量已經遠高于改革開放前，愈來愈多的高科技機械產品慢慢的走進國民的日常工作、生活中。在工業生產行業中，交流電動機一直是重要的動力輸出裝置。電動機的能源消耗尤其是對電能的消耗大約站到發電總量的一半以上。另一點方面是，其中有70%左右的電動機是在變負荷的工況下運行的。在現實的生產實際使用中，調速是節約電機使用能量的的有效方法，節約的電能效率乃至達到五分之一甚至更多。所以，為了符合可持續發展觀的要求，提生交流電機的社會利用價值，使其在經濟發展、社會競爭和銷售中獲得更高的優勢地位以及認可。其中一個重要的手段就是完善交流電機的調速節能控制措施，只有這樣才有助于提升電機在使用過程中節能降耗的能力，使其應用價值得到大大的提升。

2 交流電動機調速的理論基礎

由上可知，實現對交流電機的速度控制的過程就是通過各種技術實現對上述3個主要參數進行改變的過程，改過可以使對單個參數的改變，也可以是對多個參數的共同控制。

2.1 變極調速原理

變極調速顧名思義是指通過改變電機的磁極對數p實現調速的方方式。實現步驟如下：首先改變繞組的連接方式，其中，一般來講只需更改兩個半相繞組之中的任何一個半相繞組的電流流向，就能夠實現磁極對數P減少或增加一倍，從而實現兩種，乃至多種的轉速分級調速方式。

2.2 變轉差率調速原理

此方式是可通過改變電動機的某些參數來控制S值得方式實現調速，其具體內容主要又可以分為：

（1）轉子串電阻調速。

（2）改變輸人電壓調速。

（3）串級調速。

2.3 變頻調速原理

此方式需要在控制系統增加一個特有的變頻器來實現對電機轉速調節或控制，通過對變頻器參數的設置來改變加在定子繞組兩端的電壓和頻率，從而達到使轉速沿平滑的曲線進行變動，這樣也可以使電機獲得較高的運行效率。

3 調速節能原理

當今，風機和泵類的設備的使用逐漸廣泛，該類電動機對電能的消耗量非常大，降低其耗電量的有效的途徑就是利用調速節能。由于風機、泵等壓縮機的流量與轉速成正比，同時，消耗的功率與轉速的立方成正比，所以要求流量降低一半時，可使轉速降低一半，既可以實現功耗只有原來的八分之一。

4 節能措施分析

在交流電機實際的使用過程中，工作技術人員要注意大型機械設備所裝備的交流電機的基本原理是：將生產電能轉化為機械能并且輸出做功的一種機械設備，電動機正是因為能完成這種能量之間的轉變，所以自身擁有著很強的利用價值。對于交流電動機來講，節能控制的基本思想就是能及時的實現對電動機轉速的調節，并且滿足工業過程中對轉速的要求。交流電動機在使用過程中要依據實際工況的不同來制定相應的節能速度控制措施，要結合載荷的性質，避免運行中產生由于對控制技術知識的欠缺而出現的誤差。同時，也可以選擇在轉子回路中串接電阻的方式。節能調速基本過程以及在變壓、變頻調速節能等方面進行的研究，就存在的問題，完成對交流電機實際利用中節能措施的選定。

對交流電動機的轉速控制的方式粗略的可以分為兩類：恒速控制和變速控制。恒速控制，要求將電機轉速的工作點盡量控制在額定值上下。這樣的控制系統，一旦出現載荷的跳動，對電機轉速將產生影響的情況下，無論采用的是何種調速方式，都可以在該調速的方式特性中最大的減少能源消耗，在此基礎上也可以保證發揮電動機的最佳性能。變速控制就是，在運行條件要求或工況參數控制要求，需要交流電機改變轉速的時候，可以經過速度控制系統使用它的調速方式及時的調整轉速，確保實際工作要求的基礎上減少能耗。例如：城市居民使用的的恒壓供水系統，往往居民對水的使用量會分為：用水高峰和低谷。水利單位為了使水壓基本恒定，就會選擇供水管線的壓力為被控參數，通過控制系統來調節電機帶動的水泵的轉速，從而實現水壓的穩定控制：在供水低谷時，電動機的轉速也會根據此原理降低，進而實現能源的節約，減少了能源消耗。

5 結束語

綜上所述，交流電動機也將會隨著社會科技的發展不斷而得到完善，其控制方式也將由粗放型向精細型方向轉變。在交流電動機的使用中，要提高技術人員的環保節約意識，這改善調速節能的控制方式有重要的意義。對于我們相關工作者來講，要加強對該方面的理論研究，這有利于提高電動機的節能的效益、提升交流電動機的經濟效益有重大的幫助。

參考文獻

篇6

變頻器技術自應用以來，便作為交流電動機的調速、節能的重要設備得到廣泛的應用與發展，有利于交流電動機在運作過程中節約能源、降低耗材、改善工藝、改善生產環境與提高生產質量等。目前，我國現有變頻器節能技術改善了傳統的變極調速、直流調速等交流電動機調速技術，提高了交流電動機的高效率、高功率運行，促進變頻器在節能方面的發展與應用，成為現代化最為合適的設備調速方案[1]。

1 變頻器的節能技術原理

變頻器技術是一項具有較強綜合性的技術，結合了變頻技術與微電子技術，通過控制電動機電源頻率的工作方式實現對電動機機械設備的控制。變頻技術包括電力電子技術、計算機應用技術等，在確保電動機平穩運行的同時，有效控制電動機的自動加速與減速運行，從而提高電動機的工作效率，降低能源的消耗。此外，變頻器技術還具有較強的過流、過壓等保護功能，根據實際需求不同主要將變頻器節能技術分為軟啟動節能方式與變頻節能方式。

1.1 變頻器軟啟動節能方式

通常情況下電動機都是采用直接啟動方式、Y/D啟動或者全壓啟動方式，啟動的電流高于額定電流的三到六倍，增加了電網的容量需求量，使啟動時會有較大的電流損耗，增加了線路的功率損耗，使電動機設備與供電電網受到嚴重的沖擊，導致電動機自身線路受損，造成電壓不穩影響線路中其他設備的正常運行。同時也影響了電動機的使用壽命。為了有效避免這一現象的發生導致的電容增加、能源浪費的現象，可以有效運用變頻器軟啟動節能方式，將啟動電流從零開始逐漸升到額定電流值，確保電流在上升的過程中最大電流值也不會高于額定電流值，從而降低了功率損耗，減輕了啟動時對電網的沖擊與對供電電容的需求，達到節能的目的，同時也延長了設備的使用壽命[2]。

1.2 變頻節能方式

在實際生產中如果出現設備容量使用不當，就會出現大馬拉小車的現象，造成能量的浪費。因此，使用變頻節能方式可以有效避免大馬拉小車的現象，有效降低能量的消耗，達到節能的目的。

根據物理學知識，我們可以知道功率、壓力與流量三者之間的關系，即壓力*流量=功率，壓力與流量成反比，流量與功率成正比，而轉速與流量、壓力、功率三者成正比。當壓力一定時，調節轉速下降，輸出功率也會下降，也就是電動機損耗功率下降。例如一臺電動機的功率為55千瓦，將轉速調到原來轉速的五分之四時，其消耗電量是28千瓦每時，節省電率約為一半。將轉速調到原來轉速的一半時，其消耗電量為6千瓦每時，節省電率約為百分之九十[3]。

2 變頻器常用功能

2.1 變頻器過載保護功能

變頻器過載保護功能是用以確保電動機在啟動過程中不被燒壞，即保護電動機溫升在額定范圍內。電動機在處于低頻率運行時，由于電動機散熱能力較差出現嚴重的發熱現象，致使電動機溫升超過額定值。通過運用變頻器過載保護功能，可以確保電動機在不同頻率運行狀態下具有不同的保護功能，當電動機處于低頻率運行時，有效縮短允許連續運行的時間，從而起到保護電動機的作用。

2.2 變頻器升速功能

電動機升速過程是指從一種穩定狀態到另一種穩定狀態的過渡過程，通常在確保電流值不超過額定電流時，盡量縮短控制升速時間。變頻器不僅具有升速、降速功能的設定，還可以通過對升速方式的預置來對不同時段的加速度極性控制的功能。在實際中經常運用的變頻器升速方式主要有三種：半S形方式、S形方式以及頻率與時間成線性關系。在實際應用中根據環境情況選擇變頻器升速方式。例如常見的電梯，如果電梯在運行時升速或者降速速度過快，就會使人感覺不舒服，因此可采用變頻器s形調速方式[4]。

3 變頻器節能應用

目前，變頻器節能技術主要應用在我國風機類設備以及泵類設備的變頻調速技術，有效降低了能源的消耗，實現了安全、高效生產的目的。變頻器節能技術的應用成為我國重點的節能推廣技術，得到國家的大力支持與推廣。經過長期的實踐應用證明，變頻器節能技術應用在我國的風機類設備以及泵類設備中的變頻調速驅動控制，能夠有效降低能源的消耗，達到節約能源的效果。因此，變頻器節能技術成為現代生產中最為合理、經濟的一種設備變頻調速控制技術。

隨著變頻器節能技術的應用越來越嫻熟，交流電動機的變頻調速技術逐漸應用到數據機床、泵類、空調器、風機等行業當中。目前，在我國煤礦產業的礦井提升機與采煤機等設備中也開始逐漸推廣應用，有效節約煤炭企業的電力能源，提升煤礦機械設備的自動化應用程度，從而提高煤炭生產效率與生產質量，為煤炭企業的安全生產運行起到了良好的促進作用[5]。

4 結束語

變頻器節能技術在電動機設備中的廣泛應用，提高了生產質量，降低了能量的消耗，達到節約能源的目的。變頻器節能技術有效提升了電動機設備的使用效率，減少企業對設備的開支、提高了企業的經濟效益，也進一步提高了社會經濟效益，對我國能源節約事業的發展具有重要的作用。

參考文獻

[1]張向東，鐘媛媛，徐甫榮.變頻器PID功能在恒壓供水系統中的應用分析[J].電站設備自動化技術，2009，24（3）：23-24.

[2]黃夢濤，王希娟，馮景曉.基于功率因數的通用變頻器節能技術原理及實際應用[J].西安科技大學學報（社會科學版），2009，26（2）：156-157.

篇7

1 工作原理

1.1 下煙器的工作原理

煙支由煙支輸送系統進入煙庫后，在回轉輪及左右煙支分離器作用下，均勻地向煙庫下方三個并列的下煙道分流。煙庫后面的有機玻璃拍煙板由于擺桿的帶動而緩慢向后往復擺動，對下落煙支輕微拍打，幫煙支理齊和下落。下煙料斗是由23塊上寬下窄的導煙板分三組而組成。每塊導煙板上各有一左、右往返轉動的六角形攪動輥，由于攪動作用，煙支順利進入下煙槽，靠重力落到推煙板前方，完成煙支下落過程。

回轉輪、拍煙板和攪動輥是由抖動電機驅動的，為了保證產品質量和機車正常運轉，要求抖動電機的速度與機車速度相配匹，如電機速度過快，易造成煙支空虛，如電機速度過慢，煙支供不上將造成停機。原機車抖動電機采用直流電機控制，很好地實現速度調節。

1.2直流電機控制原理

直流電機的起停由GD主程序控制。脈沖串表示來自上位機，直接用于電機速度控制信號。測速電機將速度信號反饋給伺服控制板，通過比較實現閉環控制。伺服控制板將電機工作狀態直接反饋給主控柜。

2 問題分析

2.1 車間卷煙包裝設備現狀

隨著生產規模的擴大，一些較早使用的機車，煙庫下煙器驅動控制系統故障率高，到了需要更換的時間，而直流電機控制系統備件費用較高，工廠決定尋找一種價格低、性能相同的驅動控制系統來代替原控制系統。

2.2 直流電機驅動的不足

2.2.1 永磁直流伺服電動機易燒毀。該電動機是水平方向安裝，當油密封圈老化時，下煙器減箱速內的液體油會沿電動機軸滲透密封圈進入電動絕緣漆機內部，逐漸溶解電動機定子繞組上的絕緣漆，達到一定程度時，絕緣漆被擊穿，定子繞組間發生短路而使電動機燒毀。

2.2.2 （A456）易損壞。作為伺服電動機的核心器件，工作原理復雜，元器件多，故障率高，4層板結構，故障很難排除。另外，伺服控制實時性較差，當電動機因繞組間絕緣強度降低或其他原因而發生過流時，該伺服系統不能及時做出反應，導致電動機被燒壞，伺服板也同時損壞。

2.2.3 直流電動機要定期清潔換向器，而且需要更換碳刷。這既增加了維護工作，又降低了生產效率。

2.2.4 原裝電動機及伺服板價格貴，供貨周期長，不利于設備的維護保養。

針對原系統存在的以上問題，考慮采用交流變頻系統來取代，以克服原系統的不足。

3 改進方案

直流電機調速性能良好，但隨著變頻技術的日益發展，交流電機電機調速性能不斷完善，其調速性能可與直流調速性能相媲美，現變頻調速應用各領域。交流電動機的價格遠低于直流電動機，故障率低，維修簡單，使用場合沒有限制，單機容量遠大于直流電動機，為此決定選用交流電機代替直流電機。

3.1 交流電機控制原理

3.3.1 交流電動機的起停由GD主程序控制。

3.3.2 脈沖串表示來自上位機，經過頻壓轉換模塊，將頻率信號轉換成電壓信號送到變頻器，從而實現對交流電動機的控制。

上位機將模擬轉換板N2―4點輸出的速度控制脈沖信號，通過光藕隔離，轉換成幅度為15 V的矩形波，經頻壓轉換模塊專用電路緩沖、整形、放大、轉換后，輸出-10～10 V的直流電壓信號。該信號送到變頻器，從而控制交流電動機按上位機給定速度同步運動。該電壓在0～10 V之間變化時，電動機會在0～1 500 r/min內作線性同步運動。如果電動機速度不能與上位機匹配，可通過變頻器的速度參數和GD包裝機OPC控制平臺進行小范圍調整， 直到電動機速度與上位機匹配為止。

3.1.3 變頻器自身具有診斷功能，將自診斷信號返回給上位機。

3.2 三相交流電機、變頻器的選用

選用三相異步交流電機：型號為YSJ7124，功率為370W。變頻器選用西門子的MICROMASTER 440， 功率為0.75KW。

3.3 設計加工交流電機法蘭盤

根據選型的三相交流電機固定底座和原直流電機的安裝位置進行測繪，設計并加工固定件法蘭盤。

4 具體實施

4.1 安裝過程

4.1.1 拆下原直流電機及安裝盤，并卸下直流電機聯軸器裝在交流電機上，將加工好的法蘭盤固定在箱體上，再將電機與法蘭盤固定。

4.1.2 在電控柜內適當位置打孔攻絲， 固定變頻器支架，然后把變頻器裝在該支架上。

4.1.3 安裝頻壓轉換模塊、起停繼電器和空氣開關，安裝在變頻器的安裝支架上。

4.1.4 連接線纜。

連接電動機和變頻器。將電動機動力電纜（UVW）鋪設到電控柜里，與變頻器的相應接口相連。

連接變頻器的控制端線路。將上位機模擬板的脈沖信號接到頻壓模塊的輸入端，再將其輸出端連接到變頻器控制端子的模擬輸入端。將上位機輸出板控制電動機的起停信號線連接到起停繼電器的線圈端，選取繼電器的一組常開點連接到變頻器控制端的起停端子上。將變頻器的自診斷信號端連接到上位機輸入板。

4.1.5 給變頻器接動力電源。從電控柜中引三相電源經三相空氣開關接到變頻器的電源輸人端。

4.1.6 把變頻器的地線接到電控柜中的地線排上。

4.2 設備啟動運行

GD機加電，開機啟動，即可正常工作。工作過程如下：下煙庫抖動電動機隨主機做同步運動，當上位機起動信號發出后，同時輸出對此電動機的起動信號，經起停繼電器電路送給變頻器的起動控制端。該電動機要與主機速度跟隨，以供應主機煙支，由主機輸出速度脈沖信號，經頻壓轉換電路將頻率信號轉換成電壓信號，送給變頻器的模擬輸入信號，通過變頻處理輸出，從而控制該交流電動機。當變頻器或電動機運行出現故障時，將故障信號送給上位機處理。

5 改進后系統優點

5.1高可靠性。系統采用交流電動機，沒有以前直流電動機的機械式換向器和碳刷結構， 工作可靠性更高。

5.2改進成本低。永磁直流伺服系統成本53816元，改進后的交流變頻拖動系統成本11300元。

5.3可維護性好。電動機是無刷結構，不需要像直流電動機那樣定期維護換向器和更換碳刷。

5.4電動機壽命延長。

5.5完善的保護功能。具有自診斷、過流、過壓、過載、堵轉、超速、連線錯誤、設置錯誤等完善的系統實時保護功能。

6 改進后的效果

在車間12臺設備上對煙庫下煙器驅動系統作了改進之后， 使用了近三年， 系統運行穩定、可靠。在近三年內系統幾乎沒有做過任何維護保養，而且沒有發生過電動機損壞的事故， 有效地提高了設備作業率， 降低了維修工作量。

參考文獻

篇8

1 動車組交流傳動系統的構成

在全世界范圍內，各國高鐵及動車組的牽引控制系統都采用交流方式進行動力的傳送。其構造部件如下：

1.1 交流牽引電機

鐵路列車和動車組系統中多使用三相交流電機。三相交流電機是異步交流電機的一種，它的構造最為簡單，轉速極高，黏著性好，牽引力強，具有較好的制動性，是同步直流電機所不可比擬的。目前各個國家還在進一步提高交流電動機的性能和技術研發水準，我國也在不斷加大研發力度，以求開創交流電機在我國應用的新局面。

1.2 變流裝置

在工業領域，三相交流電機的應用十分廣泛，高鐵和動車組上就是用三相交流電機作為機車的牽引裝置。為了配合三相交流電機的使用，最大程度的發揮牽引效能，就需要配備專門的交流裝置。這種裝置結構較為繁復，所需功率極大，是專門應用于鐵路運輸系統的，它的作用就是將原有的單向交流電轉化為系統需要的三相交流電。其特點具體歸納如下：（1）與直流電相比，交流電動勢圖呈正弦波的趨勢，可有效減輕在變矩過程中電流諧波對轉矩的干擾。（2）承載力和適應性強。可以應對多種突發狀況，如電壓不穩，車輪側滑等，保持電機牽引的穩定和可靠性，進而實現動車車體運行狀態在可控范圍。（3）操控特點不同于直流裝置，牽引效能的好壞受制于多種因素，如轉矩需要達到一定標準才可啟動等等。（4）變頻幅度大，可根據實際情況不同進行頻率的隨時調整，最低點為0.4Hz，最高可達200Hz。在此過程中，變化的穩定性高，不會產生較大的起伏。（5）動車供電系統在供電時，輸出功率要盡可能平穩，不要產生太大波動，功率參數保持在1左右最好，以最大限度緩解對整個控制系統的負面影響。（6）變流裝置的牽引效能較直流裝置好，對材料的浪費率低，穩定性高。（7）系統在檢測，調試，安裝和故障修理時更容易。（8）交流設備體積小巧，抗震性強，適用于動車組的運行環境。9）可進行能量和動力的雙向轉換。

2 交流傳動技術在動車運行過程中的控制策略

2.1 交流傳動控制策略

交流機車一般可分為兩類，其中單項工頻機車的控制系統多采用交-直-交的方式進行電流的傳輸和控制。這種方式又包含兩種控制方法：網側變流器控制和電機側逆變器控制。

（1） 網側變流器控制。網側變流器是動車組電機傳動系統的主要部件，它的工作原理為通過調節變流器的輸出電壓來實現對電流大小的控制，是將交流電轉化為直流電的設備。相對其他變流器，其優點是在列車運行時可以有效減少電諧波對周邊所帶來的影響。另外，由于動車組的順利運行需要穩定的電壓作為前提保障，網側變流控制器可以變交流電為直流電的特性正符合了動車運行時對電壓的要求。所以電機網側變流器適用于以單項交流電位主控制系統的動車組，要根據需要合理配備網側變流器。（2）電機逆變器控制。電機側逆變器是將直流電轉化為交流電的電機設備，與變流器對電流的控制方向正好相反，分為正弦波逆變器和方波逆變器。動車電機牽引設備中包含有異步牽引電機，其要和配套的電機逆變器結合使用。動車的牽引控制具有特殊性，牽引系統是通過三相交流電的傳動得以實現的。

2.2 交流異步電機控制技術

異步電動機較傳統的交流電動機而言更具有動態性，它可以將交流電傳動系統轉化為直流電傳動系統，易于操控，擴大交流電系統的使用范圍。異步電動機可通過調整電壓和電頻生成動車組系統中的三相交流電。它通過調控定子電流和定子電壓使之發生變化，進而改變轉子磁鏈和電磁轉矩。現階段異步電機有如下幾種操控手段：（1）矢量控制方法，是將定子電流分解達到矢量變換的目的。（2）自適應控制方法，能夠克服參數的變化自動適應電流的轉變。（3）直接轉矩控制方法。

3 交流電動機的運行原理及實際運用

交流電動機對于日常生活的意義十分重大，它覆蓋了工農業機械設備，科技國防等各個領域，尤其在與人們生活息息相關的家用電器領域，其應用更為廣泛。交流電動機包括同步電動機和異步電動機兩大類。同步電動機的調速靠改變供電電壓的頻率來改變同步轉速。由于中間環節是直流電壓，在電壓型逆變器中電力半導體器件始終保持正向偏置，由于采用了晶閘管器件，就必須進行某種形式的強迫換流。根據換流方式的不同，電壓型逆變器的種類很多，其中帶有輔助晶閘管單獨關斷的并聯逆變電路，即著名的麥克墨萊電路在機車傳動中有一定的代表意義。麥氏電路是借助輔助晶閘管接通L、C振蕩換流電路，使導通的晶閘管中的負載電流降到零并承受一定時間的反向電壓的一種強迫換流電路。交流調速系統主要是針對異步電動機而言，它是交流傳動與控制系統的一個重要組成部分。對于鐵路牽引，要求傳動系統按照一定的控制方式（如恒力矩和恒功率） 運行，同時又不斷地迅速地加速或減速。

動車機車牽引系統多為閉環的傳動方式，這樣可以更好的保持動車在運行過程中牽引系統控制的有效性和平穩性。傳動裝置通過變矩器進行變速變矩，達到機車動力的傳動效果。一般情況下，傳動過程中可以采用以下方法進行變矩：第一種方法是直接控制轉矩。通過比對實測的轉矩與原有的轉矩之間的信號差異，進而導入新的轉矩信號，實現轉矩的目的。還有一種方法是參考其他的系統信號值，將這些相關值進行檢測對比，生成轉矩信號，間接實現系統的轉矩。這兩種轉矩方式的應用范圍都較為廣泛，適用于各種類型的列車。尤其是直接轉矩的方式更加受到人們的稱贊。科技的進步使得近年來交-直-交變頻調速系統不斷涌現新的調速方式，如電壓、頻率協調控制的變頻調速系統，轉差頻率控制的變頻調速系統，諧振型變頻調速系統，矢量控制的變頻調速系統和直接轉矩控制的變頻調速系統等。

4 結束語

上文系統闡述了動車組動力傳動技術和傳動系統的運行原理。迄今為止，越來越多的國家在發展高鐵項目時都采用交流傳動技術，該項技術能夠更快的實現電流的變矩，牽引功率高，有利于提高電機的牽引效能，實現運輸系統的跨越式發展。

參考文獻

篇9

未來電動機將會沿著單位功率體積更小、機電能量轉換效率更高、控制更靈活的方向繼續發展。一批“巨無霸”電機、一批“光怪陸奇”電機將同時展現在世人眼前。

2　電動機工作原理。目前較常用的主要是交流電動機，它可分為兩種：

2.1 三相異步電動機。

2.2 單相交流電動機，第一種多用在工業上，而第二種多用在民用電器上，下面以三相異步電動機為例介紹其基本工作原理。

3　電動機的運行維護。

3.1 電動機啟動前的準備。為了保證電動機正常安全地啟動，一般啟動前應作好下述準備：

①檢查電源是否有電，電壓是否正常，若電源電壓過高或過低，都不宜啟動。

②啟動器是否正常，如零部件有無損壞，使用是否靈活，觸頭接觸是否良好，接線是否正確、牢固等。

③熔絲規格大小是否合適，安裝是否牢固，有無熔斷或損傷。

④電動機接線板上接頭有無松動或氧化。

⑤檢查傳動裝置，如皮帶輕緊是否合適，連接是否牢固，聯軸器的螺絲、銷于是否緊固等。

⑥傳動電動機轉子和負載機械的轉軸，看其轉動是否靈活。

⑦檢查電動機及啟動電器外殼是否接地，接地線有無斷路，接地螺絲是否松動、脫落等。

⑧搬開電動機周圍的雜物并清除機座表面灰塵、油垢等。

篇10

20世紀60年代以前的調速系統以直流機組為主，70年代中期全世界范圍內出現的能源危機迫使各國投入了大量的人力財力來研究交流調速系統，交流調速技術得到了快速的發展。20世紀80年代交流調速系統在性能上開始可以與直流調速系統相媲美。之后，交流調速系統在調速領域中的比重逐步加大，目前已經成為調速系統的主流。

一、交流電動機常用調速方法分析

1.1調壓調速

調壓調速是通過改變電動機定子電壓改變電動機轉差率，從而實現調速。這種調速方法比較適用于帶動風機、水泵的異步電動機。其原因是：

由于風機負載轉矩特性，當轉速n降低時，負載顯著減小，它可以穩定運行于電動機機械特性的非線性段，因而得到較低的轉速，擴大了調速范圍。

在降壓運行時，電動機的磁化電流可以忽略不計，則電機的電磁轉矩T正比于轉子電流的平方。當增加轉差率S，為使電流保持額定值不變，電機的轉矩也相應減小，顯然這既不適應于恒轉矩負載，更不適應于恒功率負載，而較適應風機、水泵負載。

1.2變頻調速

變頻調速是交流電動機一種最好調速方法。它是通過改變電源頻率來改變旋轉磁場同步轉速，從而達到調速目的。

變頻調速不僅能實現無級調速，而且根據不同的負載特性，通過適當調節電壓U與頻率f之間的關系，使電動機始終運行在高效區。

交流電動機采用變頻調速能顯著改善電動機起動性能，大幅度降低電動機起動電流，增加起動轉矩。變頻調速平滑性好，效率高，機械特性硬，調整范圍廣，同時可以適應不同負載特性的要求，尤為異步電動機調速的發展方向。

1.3變極調速

變極調速是通過改變磁場的極對數，來改變同步轉速，以達到調節電動機轉速。它也屬高效調速方法之列。變極調速簡單可靠，成本低，機械特性硬，但它是一種有極調速，而只適用于幾種運行工況場合。例如紡織廠的空調風機，夏天一種速度，冬天另一種速度。應用交流電機調速實現對風機、水泵風量或流量的調節，是節約電能最佳途徑，其社會效益和經濟效益都是相當可觀的。

二、變頻技術在交流調速系統中的應用

在交流調速技術中，變頻調速具有絕對優勢，并且它的調速性能與可靠性不斷完善，價格不斷降低，特別是變頻調速節電效果明顯，而且易于實現過程自動化，深受工業用戶的青睞。

2.1、交流變頻調速的優異特性

（1）調速時平滑性好、效率高。低速時，特性靜差率高、相對穩定性好；

（2）調速范圍較大、精度高；

（3）起動電流低，對系統及電網無沖擊，節電效果明顯；

（4）變頻器體積小，便于安裝、調試、維修簡便；

（5）易于實現過程自動化；

（6）必須有專用的變頻電源，目前造價較高；

（7）在恒轉矩調速時，低速段電動機的過載能力大為降低。

2.2、與其它調速方法的比較

（1）改變轉差率的調速方法

包含改變定子電壓調速、繞線轉子回路串電阻調速、電磁轉差離合器調速、串級調速等方法

（2）改變極對數的調速方法

通過改變定子繞組的接線來改變極對數，就改變了同步轉速。它可以獲得恒轉矩調速特性和恒功率調速特性。這種方法效率高、操作簡單、機械特性強。缺點是有級調速，一般變極調速用于小容量、非平滑調速的場合。

（3）改變頻率的調速方法

變頻調速系統可分為兩大類：

①交—直—交變頻調速

先把電網中的交流電整流成直流電，再通過逆變器逆變為頻率可調的交流電。目前生產的異步電動機變頻器幾乎都采用電壓源型晶體管SPWM交—直—交變頻電路，它具有體積小、重量輕，在采用矢量控制時系統性能好的特點，但需考慮回饋制動的問題。它是異步電動機交—直—交變頻調速的主流。

②交—交變頻調速

把工頻交流電直接變換成可變頻率的交流電，由于它只有一級功率變換，省去了直流環節，減少了損耗，進一步提高了效率。也因此結構復雜、額定工作頻率較低、造價較高，主要適用于低速大容量的交流調速設備中。

三、變頻調速的發展方向

交流變頻調速技術是強弱電混合、機電一體的綜合性技術，既要處理巨大電能的轉換，又要處理信息的收集、變換和傳輸，因此它的共性技術必定分為功率和控制兩大部分。目前主要發展動向有以下三個方面：

3.1新的控制策略

異步電動機是一個多變量、強耦合、時變的非線性系統，瞬時轉矩的控制困難，使它的動態性能很長時間內不如直流電機。矢量控制技術開創了交流電機高性能控制的新時代，基于現代控制理論的滑模結構控制、自適應控制等均已引入電機控制，又如把模糊控制、人工神經網絡控制、專家系統等無需精確數學模型的智能控制技術應用于變頻調速中也得到了廣泛的研究。

3.2新型變流裝置和變流技術

隨著電力電子元器件的不斷發展，調速系統用的變流裝置正朝向高電壓、大容量、小型化、高頻化的方向發展，中高電壓、大容量的變頻器已得到了應用，變流主元件的開發頻率越來越高，裝置的體積越來越小，為提高開關頻率、降低開關損耗，軟開關技術已經開始得到實際應用。

3.3全數字化控制

隨著微機運算速度的提高和存儲器的大容量化，全數字化控制已成為調速系統的主流方向，各類單片機和數字信號處理器在調速系統中得到了較為普遍的應用。

四、結語

隨著生產技術的不斷發展，直流拖動的薄弱環節逐步顯現出來。由于換向器的存在，使直流電動機的維護工作量加大，單機容量、最高轉速以及使用環境都受到限制。人們轉向結構簡單、運行可靠、便于維護和價格低廉的交流異步電動機。

交流電動機變頻調速在能源利用方面有很多的優勢。眾所周知，能源工業作為國民經濟的基礎，對于社會、經濟的發展和人民生活水平的提高都極為重要。在高速增長的經濟環境下，中國能源工業面臨經濟增長與環境保護的雙重壓力。由此可見，對能源的有效利用在我國已經非常迫切，變頻調速系統在我國將有非常巨大的市場需求，未來一定會得到更好的發展。（作者單位：華北電力大學機械工程系）

參考文獻：

［1］李良鈺.交流調速技術概述與發展方向.電氣技術與自動化,2008.6

［2］高翔,姚大博.交流調速節能技術的應用.內蒙古石油化工,2009.7

［3］劉玲.交流變頻調速技術的優勢與應用.電氣開關,2010(1)

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一、變頻調速技術的節能原理

1、交流電動機變頻調速技術概論

縱觀電力拖動的發展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個工業領域。從

20世紀初以來，交流電力拖動占主導地位，但在可逆、可調速與高精度的拖動技術領域中，相當長時期幾乎都是采用直流電動機拖動系統。從20世紀80年代以后，隨著電力電子學與電子技術的發展，尤其是大規模集成電路和計算機控制技術的發展，使得變頻調速技術在交流電動機拖動裝置中已得以廣泛應用，并且在調速性能方面已與直流電力拖動媲美，在某些領域已逐步取代一些傳統的直流拖動系統。

調速就是改變生產機械（即負載）的工作速度，可以采用機械的方法，也可以采用電氣的方法。機械調速是人為改變機械傳動裝置的傳動比來達到調速的目的，電氣調速則是通過改變電動機的機械特性來改變電動機的轉速。相對而言，采用電氣調速具有許多優點，如可以簡化機械的結構，提高機械效率，操作簡便等，特別重要的是容易進行自動控制。過去的電氣調速，多數用直流電機，由于直流機調速容易實現。但直流電動機具有電刷與換向器，因而就存在著必須對它經常進行維修檢查，它安裝的環境受到限制（如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用），以及限制了直流電機向高轉速、大容量發展等缺點。另外，直流電機的體積、重量與價格比同等容量的交流電機為大，這也是直流電力拖動的薄弱環節。

交流電動機變頻調速是在現代電子技術基礎上發展起來的新技術，它不但比傳統的直流電機調速優越，而且也比調壓調速、變極調速、串級調速等調速方式優越，它一出現就以其優異的性能逐步取代交流電機其他的調速方式，乃至取代直流電機的調速，而成為電氣傳動調速的中樞。交流電動機的轉速為：n=

60f1（1-s）/p。變頻調速技術是一種以改變電源頻率和改變電壓來達到電動機調速目的的，從而改變負載的轉速。簡單來講變頻調速系統是由三相輸入變壓器、整流電路、逆變電路、合成濾波電路、控制柜等組成。變頻調速技術的原理是將交流電順變成直流電，平滑濾波后再經過逆變回路，將直流電變成不同頻率的交流電，使交流電動機獲得無極調速所需的電壓、電流和頻率。

2、變頻調速技術的節能原理在風機、水泵上的應用

變頻調速技術的節能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在選用交流電機的容量時往往都留有一定的富余容量，而且也不總是在滿負荷情況下運行。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成了電能的浪費。風機、泵類等設備，傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中，使得大量電能被白白浪費掉。當使用變頻調速技術時，如果流量要求減小，通過降低水泵或風機的轉速即可滿足要求。由流體力學可知，當所要求的流量Q減少時，可調節變頻器輸出頻率f使電動機的轉速n按比例降低，這時電動機的功率P將按三次方關系大幅度降低，比調節擋板、閥門節能40%～50%左右，從而達到節能降耗的目的。當今世界上，工業發達的國家已廣泛采用變頻調速技術，該項技術已成為我國重點推廣的節能節電新技術之一。

二、變頻調速技術的優越性

1、調速范圍大Nmax/Nmin=10～20。

2、調速時平滑性好、特性硬度不變，保證系統穩定運轉；尤其在低速時，相對穩定性好。

3、要實現軟啟、制動功能。采用變頻調器啟動時頻率低，轉速也低，啟動電流就小，避免了工頻電源啟動時形成的大電流對電機、電纜、開關等設備的沖擊，節能效果明顯。

4、提高了功率因數。由于變頻器內的濾波電容作用，使其具有功率因數補償功能，使功率因數約等于1，從而減少了無功功率損耗，減小了電流，也減小了線路損失和設備的發熱量，提高了供電設備的利用率。

5、提高了控制精度。使用變頻調速技術后，變頻器可以直接通過改變頻率f控制風機或水泵的轉速來控制風量或水量，調整方便。

6、延長了設備使用壽命。使用變頻器后，取消了調節擋板或閥門，減輕軸承磨損。使用變頻器后，能充分降低啟動電流，提高了電機繞組承受力，用戶最直接的好處就是電機的維護成本降低、電機的壽命增加。

7、變頻器體積小，便于安裝、調試與維修。還有變頻器采用了通訊方式，可以通過PC機來方便地進行組態和系統維護，包括上傳、下載、復制、監控、參數讀寫等，便于實現生產過程自動化。

三、變頻調速技術的使用在節能降耗方面上的效果

變頻調速技術的節能降耗是其最閃耀的亮點之一。變頻調速技術的工作原理

是通過實時檢測系統的運行參數，調整電源頻率f，改變電動機轉速n，控制電動機的輸入功率P。下面是對某工廠使用變頻調速裝置后的節能效果的調查研究。

1、在鍋爐給水泵上安裝變頻調速裝置

每臺鍋爐有一臺給水泵在工作，水泵的電動機功率為75KW。在鍋爐汽泡上安裝有水位差壓變送器（差變），由差變測出鍋爐汽泡的水位并將水位信號送至調節器，調節器將差變的實測水位信號與設定的水位信號進行比較，經PID運算后將控制信號輸出到變頻調節器，通過改變電源輸出頻率f調節水泵轉速n來改變給水量，達到控制鍋爐汽泡水位的目的。由變頻調速控制鍋爐給水泵變速供水后，水泵的供水流量和供水壓力仍能滿足鍋爐供水要求，經實測發現水泵沒裝變頻調速器前，工作電流在132A～150A之間，實際每天用電量1200～1400KW?h；使用變頻調速器后，工作電流在40A～80A之間，實際每天用電量800～900KW?h；每天可節電400～500KW?h（度），即節電40%左右。

2、在鍋爐引風機上安裝變頻調速裝置

每臺鍋爐有一臺150KW的引風機。鍋爐運行中引風機風量偏大，使用擋風插板調節風量，電動機功耗基本不變，電能浪費大；安裝變頻調速裝置后，引風機啟動平穩無沖擊電流，運行穩定，根據鍋爐運行情況改變電源頻率f即可調整給風量。使用變頻調速器后經實測發現風機在正常工作下，電動機輸出功率為80KW，頻率為35～40Hz，線電流為75～80A，功率因數為0.995，可節電40%～50%左右。

四、結束語

電能是將一次能源（煤、石油、水力、核能等）通過發電廠轉換而成的二次能源。我國每年生產的礦物燃料（煤、石油）約有20%用于發電。因此節約用電也就是節約一次能源。積極研究和大力推廣變頻調速技術的節能和普及，對于企業的可降低成本提高效益、對于國家的可持續資源戰略的實現，都具有重要意義。

【參考文獻】

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Keywords: electrical automation and control technology, system design

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

前言：

目前，國內外高校都在積極研究、探究高效的面向工程應用的教學模式。面向工程應用與工程專業國際認證，創新構建符合現代教育要求的綜合實踐教學系統也是當務之急。本文完成的創新控制技術綜合實驗系統的設計，正是順應了高等工程教學的發展趨勢。該設計既能完成基本電機控制、電器控制技術、可編程控制技術、人機界面組態技術、基于 PC 的軟邏輯（軟PLC）控制技術、計算機控制技術等實踐教學的實驗工作，又能拓展為面向現代自動化應用技術，開放、開發型的綜合技術應用平臺。

1、 工業控制技術綜合實驗裝置設計原則

1.1 工業控制技術綜合實驗裝置設計原則

1.1.1借助實驗手段的多樣性，實現對學生的創造性思維培養

實驗系統中的測控對象，可用不同的技術手段或方式進行測控，這樣可給學生一個多自由度的測控技術想象空間。徹底擺脫傳統測控實驗中，控制方法或方式的單一性，解決了傳統單一方法測控實驗限制學生思維方式的問題。學生通過這樣的培訓在了解不同的測控技術與方法的同時，還能進一步的分析各種測控方法的性能、難易程度等綜合因素，使學生應用技術的分析、比較、綜合能力得以提高。

1.1.2增強實驗項目開放性，為強化學生動手能力的培養提供條件。

模塊式的設計可以實現各種控制方式方便的、多變化的、全新的軟、硬件組合，同時界面之間的接口留有余地，可任意擴展，為學生提供了控制實驗、設計開發實驗的開放性平臺。也為教師的科研開發提供了適宜的空間。應用中，積極鼓勵學生在完成教學要求實驗的基礎上，自主設計實驗、開發實驗。

1.2 工業控制技術綜合實驗裝置創新點

現代工業控制技術開放型實驗裝置設計注重開放性、可擴充性；注重利用與挖掘實驗設備的潛力，最大限度的提高設備利用率；注重實驗系統設計的復合性，從而提高實驗空間的使用效益；注重實驗手段的多樣性設計，為學生解決實際工程問題提供豐富的想象空間。注重將自動化的最新技術引入到實驗系統中來，以彌補當前教材建設滯后應用技術的不足，最大限度地縮短學生適應未來實際工作的過渡過程。

2. 工業控制技術綜合實驗系統設計內容

工業控制技術綜合實驗裝置基本覆蓋了當今自動化控制技術的各種技術手段，基本內容見圖 1 所示，其中上部分為控制器部分，下部分為控制對象，實驗中各種控制器之間可組合成綜合性實驗。

圖1工業控制技術綜合實驗裝置系統

2.1常規電器與智能電器原理與應用控制部分

實驗系統可提供多塊常規控制電器實驗模板、LOGO智能控制器實驗模板。根據配置可完成常用控制電器如按鈕、時間繼電器、熱繼電器、電流繼電器、電壓繼電器、行程開關、接近開關、中間繼電器、接觸器以及智能控制電器 LOGO 等的應用技術實驗。

2.2變頻器應用控制技術部分

系統配備變頻器控制模板，三相交流電動機，該部分與常規電器、智能控制電器配合，可完成變頻器的面板控制、變頻器的遠動分段控制等實驗。

2.3可編程序控制器部分

可編程序控制器部分組成見圖2 所示，該部分配備可編程序控制器控制實驗模板,與典型工業控制模板系列( 控制對象) 、變頻器控制模板、三相交流電動機、常規電器與智能控制電器配合, 可完成可編程序控制器編程技術實驗及綜合應用技術實驗等。

圖 2 可編程序控制器部分基本組成圖示

2.4人機界面(組態軟件)技術部分

人機界面(組態軟件) 技術實驗部分見圖 3 所示，該部分配置了編程計算機、觸摸屏和人機界面(軟件 )技術，可完成可視化控制技術的基礎性實驗；配合 PLC 可構成上下位機控制。

圖 3 人機界面技術部分基本組成圖示

2.5 PC總線技術實驗部分

PC總線技術實驗部分見圖 4 所示，該部分配置了計算機、PC總線板卡以及人機界面(組態軟件)軟件，與典型工業控制模板系列( 控制對象)、變頻器控制模板、三相交流電動機、常規電器與智能控制電器配合,可完成基于 PC 控制技術實驗及部分綜合性應用技術實驗等。

圖4PC 總線技術實驗部分組成示意圖

2.6工業以太網技術部分

工業以太網部分選用先進的現場可編程 Ethernet總線適配器，其數據傳送速率為 10M bit/s ，配置現場組合式 I/O。開關量 I/O：8/8（24V）；模擬量：4 路AD、2 路DA（0-10V）。

3. 工業控制技術綜合實驗系統實驗項目

工業控制技術綜合實驗裝置功能：實驗設計面向當今的自動化應用技術，可完成各種常規工業控制器如計算機控制、可編程控制器控制技術、總線控制技術等。可完成自動化、電氣工程及其自動化、機電一體化等相關專業部分課程如“電機與拖動”、“可編程控制技術”、“電氣控制技術”、“計算機控制技術”等課程的相關教學實驗。特別是系統提供開放式實驗教學與設計型實驗支持，適合當今教育教學的知識整合與創新實驗設計。基本控制實驗項目可達 60 多個，系統設計模式是開放的，因而支持用戶進行新實驗的自主開發設計。

工業控制技術綜合實驗裝置完成的主要實驗項目分析如下。

3.1基于電器的控制實驗

典型電器與智能電器原理和應用技術實驗包括交流電動機的啟動控制實驗、交流電動機的正反轉控制實驗、具有過載保護的電動機的正反轉控制實驗、接觸器、按鈕連鎖的正反轉控制實驗、交流電動機的啟動綜合實驗、變頻器面板控制應用實驗、變頻器外部分段控制、外部模擬量控制應用、LOGO 控制器應用實驗等。

3.2基于可編程序控制器的實驗

3.2.1實驗模板系列實驗

包括電機控制實驗、天塔之光實驗、搶答器實驗、交通燈自控與手控實驗、水塔水位自動控制實驗、自動成型機實驗、自控軋鋼機實驗、多種液體自動混合實驗、自動送料裝車系統實驗、郵件分揀機實驗、多級供電線路的機電保護、供電主接線運行實驗等。

3.2.2實際接線系列實驗

包括交流電動機的啟動控制、交流電動機的正反轉控制、具有過載保護的電動機的正反轉控制、接觸器、按鈕連鎖的正反轉控制、交流電動機的啟動綜合實驗。

3.3基于計算機的可視化（組態技術）控制實驗

3.3.1實驗模板系列實驗

包括電機控制實驗、天塔之光實驗、搶答器實驗、交通燈自控與手控實驗、水塔水位自動控制實驗、自動成型機實驗、自控軋鋼機實驗、多種液體自動混合實驗、自動送料裝車系統實驗、郵件分揀機實驗、多級供電線路的機電保護、供電主接線運行實驗等。

3.3.2實際接線系列實驗

包括交流電動機的啟動控制、交流電動機的正反轉控制、具有過載保護的電動機的正反轉控制、接觸器、按鈕連鎖的正反轉控制、交流電動機的啟動綜合實驗。

3.4綜合開發與開放性實驗

PLC 與變頻器的組合控制技術實驗、PLC 與 MCGS組態軟件綜合實驗、變頻器與計算機組態軟件綜合實驗等。

3.5 工業控制網技術(含分布 I/O 配置、現場編程技術、以太網通訊技術與組態技術)。

基于工業以太網的分布 I/O 控制技術或基于現場總線技術的分布 I/O 控制技術實驗。

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電動機是進行工業、農業生產的一種重要工具,它能夠將電能轉變成為機械能從而滿足生產的需要,也因此被廣泛的運用到社會生產的各個領域。一般來講,電動機可以分為直流電機與交流電機,只是近年來隨著技術的發展以及直流電機固有的缺點,人們對交流電機的運用更為廣泛。但是交流電機相對直流電機來說在調速方面有著一些困難,所以變頻調速技術也就應用而生。隨著交流傳動電動機調速理論研究逐步突破以及調速裝置(主要為變頻器)性能的完善,交流電動機調速系統的缺點(性能較差)已經基本得到了克服。目前,交流調速系統的性能已經可以與直流系統相媲美,甚至可以超過直流系統。不僅使交流調速系統控制裝置體積小,效率高,而且還更容易實現各種功能復雜但在結構上簡單的控制方案,更加充實和推動了變頻器理論的進一步發展。

一、交流異步電動機的變頻調速技術概述

(一)交流異步電動機特點概述。交流異步電動機是在現今社會經濟條件下運用最為廣泛的一種動力機械,其承載著工業生產以及農業生產等重要的任務。但是作為一種機械設備,由于其特定的結構以及性能也有著屬于自身的使用特點,具體來講如下:

1.交流異步電動機使用優點。在電動機中主要有直流電動機與交流電動機,而交流異步電動機作為交流電動機的一種,具有自己明顯的運用優勢。首先,它具有簡單的結構,并且功能齊全,可靠性高;其次,在其內部,控制器可以自成系統,也就使得軟件功能完善靈活;再次,其控制功能全面精確,使用壽命長;最后,它在工作的過程中擁有著較高的工作效率,并且機器本身的重量也輕,通用性強,具有較低的運行成本。

2.交流異步電動機使用缺陷。雖然說,通過上面的分析我們可以看出交流異步電動機有著很多的運行優勢,但是不可避免的它還是有著自身的一些缺點。其中調速性能差是其主要的缺點。它不能夠像直流電動機一樣進行靈活簡單的調速,而是由于其工藝要求,需要一定的電動機調速上場合。所以,很多時候人們也往往因為交流異步電動機這樣的一個缺點,會選用直流電動機來進行作業,或者是運用新的技術,來讓交流異步電動機的運行能夠進行符合其工藝要求的調速。當然這時候,交流異步電動機變頻調速技術也就應用而生。

(二)交流異步電動機變頻調速技術概述。變頻調速技術是一種有效的交流異步電動機的調速技術,其是隨著變頻裝置的出現而慢慢的發展起來的。并且隨著電力電子技術以及微電子技術的不斷深入發展,其技術也得到了很大的幾進步,幾乎可以跟直流電機的調速技術相媲美。具體來講,變頻調速技術有著下面的一個特點。

1.變頻調速技術使用優點。在交流異步電動機中,使用變頻調速技術主要有下面的一些優勢:首先,變頻調速相對于普通調速具有平滑性好、效率高的優點,并且在電動機處于低速運動的時候,其穩定性也好;其次,在調速的過程中范圍比較大,并且使用時候的精確度也相對來說比較高;再次,在變頻調速中由于其在電機啟動的過程中所需要的電流比較低,所以具有比較明顯的節電效果;最后,整個變頻調速技術自動化程度高。

2.變頻調速技術使用缺陷。跟所有的調速技術一樣,雖然變頻調速技術有著很多的優點,但是不可避免的也會出現一些缺陷。首先,由于變頻調速技術的電流中含有很多的高次諧波,一方面會對電網造成污染,另一方面還能夠對電機造成損耗,使得電機發熱;其次,變頻調速技術需要專用的變頻電源,所以在造價方面就比較高,而且投資的回收期也相對來說比較長,技術復雜。

二、交流異步電動機變頻調速技術發展方向

在現今的社會中,隨著技術的不斷發展以及科技的進步,變頻調速技術也得到了長足的發展。作為變頻調速技術的承載者變頻器應該適應技術發展的趨勢,不斷的進行自身的完善,從而讓整個變頻調速技術更加現代化,更加靈活化。下面是變頻調速技術的發展方向:

(一)向網絡智能化發展。智能化是現金社會發展的一個主流方向,不管是小到手機等通訊工具還是大到電動機等機械設備,都在向網絡智能化的道路上行走。而變頻技術也應該適應這樣的一個發展,能夠免去那么多的設定,從而實現故障自我診斷以及部件的自動更換等等,并且在此基礎上不斷的延長變頻器的壽命。

(二)向專門化一體化發展。專門化的研究與制造能夠使得設備的性能更強,也能夠使得技術更加先進。所以對于交流異步電動機來說也應該走專門化的發展道路。專門就某個領域進行變頻器的研究,強化其性能,提高其技術。當然除此之外,還應該讓變頻器與電動機逐漸的一體化,讓變頻器成為電動機的一部分,從而更好的進行控制。

(三)向環保無公害的方向發展。近些年來,隨著人們對環境的越來越重視,各種機械設備也慢慢的在呼吁環保無公害。而交流異步電動機作為一種設備在其進行調速的過程中也應該考慮綠色環保,將噪聲以及電源諧波的污染將到最低。

三、交流異步電動機的變頻調速技術的應用

交流異步電動機被廣泛的應用到了電氣傳動之中,而在其的運用中對調速原理的理解就顯得十分重要,下面是交流異步電動機變頻調速的技術原理以及控制方法。

(一)交流異步電動機變頻調速原理。在了解交流異步電動機變頻調速技術原理之前,我們需要對交流異步電動機的轉速先做個大體的了解。因為交流異步電動機變頻調速技術的原理是從交流異步電動機的轉速方程中得出的。

1.交流異步電動機轉速方程。在交流異步電動機中,往往交流的調速是通過定子與轉子之間的產生的旋轉磁場而實現的,在定子與轉子進行旋轉的時候會產生感應電流,這個電流跟磁場相互發生作用,也就產生了電磁轉矩,使得電動機轉動起來,產生一定的轉速,也就是同步轉速。一般用n0來表示。其具體的轉速公式如下:

其中,f是交流電源的頻率,一般設定為50Hz,p則是磁極的對數,一般來講當p=1的時候,n0就為每分鐘3000轉;而當p=2的時候,則n0為每分鐘1500轉。通過公式我們可以看出,當磁極對數越多的時候,轉速也相應越慢,而轉子的實際轉速n一般都會比同步轉速n0慢一點,也就是所謂的異步電機,由此產生的差別會用s來表述,其公式如下:

由上面的兩個公式我們就可以得出交流異步電動機的轉速方程,也就是如下面所示:

2.交流異步電動機變頻調速技術原理。交流異步電動機變頻調速技術原理是通過交流異步電動機的轉速而實現的,也就是說在交流異步電動機中,電機的轉速n與電源的頻率f成正比,所以在進行電機異步頻率的改變中,可以通過調節輸入電源的頻率以及改變電機的同步轉速而實現,這也就是所謂的交流異步電動機變頻調速的原理。

(二)交流異步電動機變頻調速技術控制方法。在交流異步電動機變頻調速中最基本的控制方法則為 恒定控制。這種控制方法通過改變變頻器輸出電壓頻率與電壓幅值而實現調速,讓整個電機的頻率保持在穩定的狀態內,使得電機的效率以及功率保持恒定。并且在控制的方式上也會隨著運行頻率基頻的不同而控制狀況不同。具體來講,主要有下面的兩種控制調速狀況:

1.基頻以下的變頻調速。基頻以下的變頻調速又可以成為恒磁通變頻調速,這種調速是 比恒定調速在基頻以下的調速,所以當頻率較低的時候,定子的抗壓都不能夠被忽視,所以這種變頻后的機械的性能應該如下圖所示:

如圖所示,我們可以看出,當電機向低于額定轉速n0方向調速的時候,電機會保持原來的機械特征,并且轉矩也會隨著電機轉速的下降而減小,這就會讓電機的負載能力下降。這也是變頻調速的缺陷的一個反應。所以往往為了提高電機的負載能力,則使用 轉矩補償法,來增強交流電動機變頻調速的使用性能。

補償法是在電機頻率降低的時候,采用提高電壓的方法來使得磁通量保持恒定,從而讓電機的轉矩能夠得到回升,以此來提高電機的變頻調速使用性能。一般而言,進行補償后的電動機機械性能曲線圖如下所示:

2.基頻以上的變頻調速。交流異步電動機基頻以上的調速方式,屬于恒功率的調速方式,在進行變頻調速之后的機械的性能曲線圖如下所示:

我們可以看出,電動機在基頻以上進行調速的時候機械特性曲線工作段的斜率逐漸的增大,使得機械的特性變軟。使得機械在一個比較恒定的狀態下進行工作。

四、總結

通過以上對于交流異步電動機變頻調速技術的分析,我們可以看出這樣的一種變頻調速的控制方式雖然說給電動機的調速帶來了很大的方便,使得操作也變得簡單,但是在其控制的過程中還是存在著低速性能差的缺陷。所以,在進行交流異步電動機變頻調速中一定要加大對技術的研究,彌補這些缺憾,從而讓變頻調速技術變得更加完善。