大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究

王浩

摘 要：由于我國(guó)面臨的能源需求供給嚴(yán)重不足，促生了節(jié)能環(huán)保概念的誕生。而在大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中，運(yùn)用大功率的交流電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)控，來(lái)達(dá)到節(jié)能減排被證明是一種有效的途徑。同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)涉及到了科技發(fā)展水平和國(guó)防建設(shè)等諸多方面，因此對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)的研究和運(yùn)用具有十分重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：大功率 交流電機(jī) 變頻調(diào)速技術(shù) 應(yīng)用 節(jié)能減排

中圖分類(lèi)號(hào)：TM32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（a）-0034-02

大功率交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，同時(shí)其所需要的核心技術(shù)具有很高的前瞻性和專(zhuān)業(yè)性。這項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期被外國(guó)所掌握并壟斷。為了打破這種壟斷，發(fā)展我國(guó)自主的交流電機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)，研發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，并在實(shí)際中推廣開(kāi)來(lái)，推進(jìn)我國(guó)整體科技化水平向前發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。該文將就此項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際中幾個(gè)方面的應(yīng)用為例，來(lái)闡述此項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用對(duì)于我國(guó)的各方面所具有的重要意義。

1 大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組成部分

1.1 交流變頻電機(jī)

由于目前國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于大功率的交流電機(jī)的研究還處于初始階段，因此，大功率交流電機(jī)在變頻調(diào)控過(guò)程中使用的主要是同步電機(jī)[1]。其本身具有動(dòng)態(tài)性能優(yōu)異、變頻時(shí)所具有的容量小、功率因數(shù)較高等特點(diǎn)。因?yàn)槠涑休d能力較高，在運(yùn)用的時(shí)候?qū)τ陬A(yù)設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，還是能夠及時(shí)有效的完成。

1.2 大功率的電力電子變頻器

隨著科技的不斷向前發(fā)展，電力電子變頻器的功率隨著器件材料的改進(jìn)也是越來(lái)越大，這樣在需要進(jìn)行的交流電機(jī)變頻調(diào)速的操作過(guò)程中，所能輸出的功率才能達(dá)到系統(tǒng)的要求，以滿(mǎn)足其應(yīng)用過(guò)程中動(dòng)能的負(fù)荷。可以說(shuō)，在這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，這個(gè)硬件設(shè)備的品質(zhì)決定了其最終技術(shù)所能達(dá)到的高度和效果[2]。因此，對(duì)于相關(guān)材料的開(kāi)發(fā)和整合利用，是滿(mǎn)足日益變化的電器元件的需求的先決條件。

1.3 進(jìn)行調(diào)速所需要運(yùn)行的控制系統(tǒng)

由于交流電機(jī)的磁場(chǎng)定向控制理論的提出和完善，對(duì)于交流電機(jī)調(diào)控系統(tǒng)的效能大大提高，最終超過(guò)了直流調(diào)速所達(dá)到的效果，為其最終成為變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵部分提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。這方面技術(shù)由于被掌握在少數(shù)的國(guó)家和企業(yè)手中，因此，我國(guó)在進(jìn)行自主化研究和開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，能夠借鑒的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)比較少，就需要我國(guó)在這方面的研究所投入的人力物力資源較大，關(guān)注和重視程度也較高，來(lái)盡早攻破這個(gè)難題，早日開(kāi)發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的操作運(yùn)行系統(tǒng)。

2 大功率變頻調(diào)控技術(shù)在世界范圍內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 軋鋼設(shè)備中，大功率變頻調(diào)控技術(shù)的使用

大型軋鋼設(shè)備由于在生產(chǎn)過(guò)程中所具有的精度和通用性都比較高，對(duì)于各方面的生產(chǎn)要求，都能得到滿(mǎn)足。因此，對(duì)于一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化水平的發(fā)展和進(jìn)程占有者舉足輕重的作用[4]。由于軋鋼設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)所需求的功率很高，對(duì)于傳動(dòng)過(guò)程中的過(guò)載能力要求很苛刻，這一領(lǐng)域長(zhǎng)期被直流電機(jī)所占據(jù)，但是直流電機(jī)具有的先天缺陷，就導(dǎo)致了無(wú)法為其提供穩(wěn)定的功率輸出，造成了資源的浪費(fèi)和動(dòng)能的流失，矛盾比較突出。交流電機(jī)的出現(xiàn)并得到不斷的完善，最終取代了直流電機(jī)的位置，同時(shí)以交流電機(jī)為主體的大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)完美的解決了軋鋼設(shè)備所需要的大功率穩(wěn)定輸出的問(wèn)題，使得軋鋼設(shè)備的發(fā)展和進(jìn)步明顯，為一個(gè)國(guó)家工業(yè)化建設(shè)起到了促進(jìn)的作用[5]。

2.2 加熱爐傳動(dòng)系統(tǒng)中的廣泛運(yùn)用

冶金領(lǐng)域中，加熱爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)能夠?yàn)樯鐣?huì)提供源源不斷的成品，同時(shí)對(duì)于原料的深加工，也可以帶動(dòng)相關(guān)附屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)額外的經(jīng)濟(jì)效益。是冶金行業(yè)中不可或缺的設(shè)備。但是，由于加熱爐在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，對(duì)功率的要求比較嚴(yán)格，這樣在生產(chǎn)中才能夠保持連貫性。加熱爐在運(yùn)行的時(shí)候是用熱力來(lái)融化鋼坯，進(jìn)行煉化和雜質(zhì)的剝離，產(chǎn)生的熱能較高，在液態(tài)雜質(zhì)的蒸發(fā)過(guò)程中，帶走了大量的熱量動(dòng)能，造成了資源的浪費(fèi)。生產(chǎn)過(guò)程中，由于功率因素的制約，首先要滿(mǎn)足日常的生產(chǎn)，因此，相關(guān)的雜質(zhì)剝離設(shè)備就無(wú)法安裝和運(yùn)行。大功率的交流變頻技術(shù)在其中除了能夠提供功率的穩(wěn)定輸出外，還可以滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)備在雜質(zhì)的吸出和剝離過(guò)程中對(duì)于功率的需求。節(jié)約了能源在使用過(guò)程中不必要的消耗，和尾氣、廢棄物對(duì)于環(huán)境的污染和破壞，對(duì)于日常生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)起到了促進(jìn)的作用。

2.3 交通運(yùn)輸業(yè)中，主要是船舶的廣泛應(yīng)用

由于船舶，尤其是大型的遠(yuǎn)洋貨輪在國(guó)際貨物運(yùn)輸中成為了主要載體，因此提高遠(yuǎn)洋船舶在實(shí)際中的運(yùn)輸效率就成為了主要的難題[6]。船舶本身對(duì)于功率要求比較大，因?yàn)榻?jīng)常需要做變向機(jī)動(dòng)，瞬間的功率輸出較高。在機(jī)組的運(yùn)行中，保證功率的變頻輸出就是重中之重。由于船舶長(zhǎng)期漂泊于海上，海況較差、環(huán)境濕度等變化明顯、氣候跨度比較大等特點(diǎn)，這就要求其為機(jī)組配備的交流電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，要具有這較好的適應(yīng)性和可靠性，畢竟，在茫茫大海上，動(dòng)力是生存的至關(guān)重要的因素。交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)使得船舶在動(dòng)力方面沒(méi)有了后顧之憂(yōu)，只要進(jìn)行簡(jiǎn)單的維護(hù)，就可以保證長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)在機(jī)動(dòng)時(shí)又能滿(mǎn)足功率的需求，在船舶運(yùn)輸行業(yè)中發(fā)揮著不可估量的作用。

不難從以上幾個(gè)方面看出，交流電機(jī)變頻技術(shù)在諸多領(lǐng)域中的地位和作用。因此，掌握具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，推動(dòng)國(guó)家戰(zhàn)略安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有著不可忽視的作用。此項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期的被壟斷，就要求我們從基礎(chǔ)開(kāi)始，逐步的探索出具有我國(guó)特色，適應(yīng)我國(guó)需要的創(chuàng)新理念，來(lái)應(yīng)用到實(shí)際中，打破壟斷主義對(duì)我國(guó)發(fā)展需求的枷鎖[7]。

3 我國(guó)在交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域所取得的顯著成果

3.1 研究出獨(dú)特的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水冷式變頻器的模塊結(jié)構(gòu)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，我國(guó)對(duì)這方面的研究也在充分運(yùn)用其出色的運(yùn)算能力來(lái)建立相關(guān)模塊結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。在參考了世界上比較先進(jìn)的設(shè)備構(gòu)成后，設(shè)計(jì)出了一套獨(dú)特的具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模塊結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，采取了相當(dāng)廣泛的設(shè)計(jì)思路和理念，充分的發(fā)揮了主觀(guān)能動(dòng)性，合理的利用了現(xiàn)有資料和結(jié)構(gòu)空間，采取了多項(xiàng)措施來(lái)改進(jìn)水路結(jié)構(gòu)，解決了其水冷的過(guò)程中發(fā)生的密封性問(wèn)題。同時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)，大大簡(jiǎn)化了工藝和流程，規(guī)范了相關(guān)部件的規(guī)格，極大的壓縮了交流電機(jī)變頻器的空間，有效的對(duì)其小型化、精確化、功率密度進(jìn)行了優(yōu)化，達(dá)到和超過(guò)了世界總體水平。endprint

3.2 研發(fā)了多核心數(shù)字化控制系統(tǒng)

實(shí)際中，脈沖信號(hào)由光纖進(jìn)行傳導(dǎo)，最終到達(dá)功率模塊，在控制系統(tǒng)與高壓柜之間實(shí)現(xiàn)了安全隔離和數(shù)據(jù)信號(hào)的有效傳輸，同時(shí)多核心的運(yùn)用，使其在出現(xiàn)不同級(jí)別的問(wèn)題時(shí)能夠自主運(yùn)算，得出問(wèn)題相對(duì)應(yīng)的等級(jí)，通過(guò)顯示屏體現(xiàn)在操作者面前，使得操作者能夠?qū)ο到y(tǒng)產(chǎn)生的軟件問(wèn)題和硬件問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)和修復(fù)，各系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)通訊，極大的加強(qiáng)了相關(guān)系統(tǒng)的互聯(lián)性，極大的促進(jìn)了我國(guó)在交流電機(jī)變頻調(diào)控領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步[8]。

3.3 掌握和建立了一套具有我國(guó)特色的變頻器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

由于經(jīng)濟(jì)全球一體化進(jìn)程的加快，使得我國(guó)在這方面都能夠得到更多的相關(guān)資料方面的幫助，在充分借鑒和參考了國(guó)外大功率變頻器相關(guān)理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)化建立規(guī)則的深入研究并做總結(jié)后，得出了我國(guó)自主的變頻器實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白，為其日后發(fā)展提供了基石。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大功率的交流電機(jī)變頻調(diào)控技術(shù)的興起和應(yīng)用，在諸多領(lǐng)域內(nèi)都起到了十分重要的作用。在我國(guó)由于開(kāi)展研究和應(yīng)用的時(shí)間尚短，同時(shí)國(guó)外對(duì)相關(guān)技術(shù)的壟斷現(xiàn)象比較嚴(yán)重，就導(dǎo)致了我國(guó)只能采取摸著石頭過(guò)河，邊探索邊發(fā)展的模式。因此，在面對(duì)探索的過(guò)程中暴漏出來(lái)的問(wèn)題，新障礙的產(chǎn)生，要保持一個(gè)平和的心態(tài)去應(yīng)對(duì)，做到不氣餒、不焦躁，在科學(xué)研究的領(lǐng)域里，沒(méi)有一步登天的可能。只有自身端正態(tài)度，擺好心態(tài)，相信在變頻調(diào)控技術(shù)中，取得成就只是時(shí)間早晚的問(wèn)題。

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