恒轉矩工作的電力傳動中變頻器的選擇

李昊洋

摘 要

隨著我國城市化進程不斷推進，城市中也出現了大量新型建筑，電梯作為當代建筑中不可或缺的一部分，直接影響著用戶生活質量。傳動系統作為電梯升降的核心系統，帶短路轉子雙速異步電動機在當今非常普遍。本文主要以恒轉矩形工作的電力傳動變頻器作為探究基礎，對變頻器的類型進行分析，并通過分析變頻器功率損耗來驗證不同變頻器的適用性。

【關鍵詞】恒定矩形工作 電力傳動 變頻器 異步電動機

1 轉矩模式

轉矩模式主要通過以控制電機轉矩恒定為目的，例如開卷、收卷，恒速時電機轉矩理論上等于負載轉矩，但無法確定電機運轉速度。在正常運作中，如果電機轉矩一直大于負載轉矩，則速度會一直上升至設備最大承受量，很容易造成設備損壞；如果電機轉矩一直小于負載轉矩，則速度會下降至零，或最低下限速度。基于此，為了能夠保障整個電力傳動系統的安全性，必須要充分考慮限速或超速保護。變頻器主要就是針對電力傳動系統的電機轉矩，從而保障電機轉矩能夠符合負載轉矩需求，保障電梯運行的安全性能。

2 變頻器的結構

直流電氣傳動系統特點為：控制對象是直流電動機，控制原理相對簡單，是一種物理調速方式，在長期使用中性能優良，對系統硬件設備要求不高；缺點為電機有換向電刷，電機設計功率受限，在長期運行匯總電機容易損壞，不適合在環境惡劣處運行，需要定期對電機進行維護。交流電氣傳動系統特點：控制對象主要是交流電動機，電機無電刷，不存在換向火化問題，電機功率涉及不受限，電機在長期運作中不易損壞，能夠適應惡劣運行環境，基本不用定期展開維護；其缺點為：控制原理相對復雜，具有多種調速形式，對電力傳統硬件系統要求較高。

3 變頻器電梯電力傳動

選擇變頻器的過程中，必須要充分考慮其經濟效益，即電能使用效率，需要將異步電動機、電網、機械傳動的特性等內容進行綜合比較。不同的變頻器的種類都有適用于電梯驅動的標準功能。主要包括以下幾點：

（1）通過S曲線給定制動時間與加速時間；

（2）異步電動機中的直流保護；

（3）異步電動機中的溫度保護；

（4）電網電壓波動保護；

（5）四象限工作；

（6）備用電源供電能力；

（7）傳動系統的功能模擬，以及與電梯通訊聯系。

在自動工況下的工作周期主要包括：準備工作、電梯室加速、電力保持、電梯室全速運動、電梯室減速、操控延遲、電梯室制動燈。當準備工作完成之后，要傳輸工作完成的零位速度信號，并將該信號傳送至異步電動機中的定子繞組。帶到信號到達之后，電力傳動通過S曲線形式將電梯室加速到給定電位速度。當接近給定速度時，電梯室會進行減速，達到最大延遲速度，延遲速度由25～32%降到10%以下。并根據電梯室發出的指令，在行程功能中，再有延遲速度降到電梯停止運作的狀態。

由于不同類型的變頻器都存在一定優缺點，但主要差別主要是異步電動機附加成套功能、電動機在一定功率下所輸出的電流量，觀測變頻器中的電能損耗與使用效率。

4 電力傳動中變頻器的選擇分析

通常情況下，選擇變頻器主要從以下幾點因素出發：一是預算工作，即分析變頻器輸出電流；二是構建電力傳動系統的數字模型，包括綜合控制回路調節、轉矩選擇異步電動機的精準性、電流頻率器是否配套、檢測最大電流產生時間、電流保護設施等。由于變頻器的預選工作是計算總輸出電流。因此，需要考慮輸出電流在有功負荷的條件下，變頻器的參數是否達標。

在明確電壓與電流頻譜時，電流系數與電壓一次諧波系數的呈反比例形式。由此可知，在不同轉速下、不同工況下，電力轉動運行中的電流會呈現不同數值。如果將電流值按照傳動最大負荷計算，最大負荷越大，變頻頻率就越高，應用范圍也就越廣。

預選變頻器的另一重要因素是其能量消耗估算。為了能夠精準的估算出能耗，需要考慮向工況在消耗中的不同變量。包括整流器損耗、變頻器直流回路損耗、自動操作電壓逆變器損耗、換電損耗、漏電流損耗、操作控制損耗等。

從變頻器構造材料分析，變頻器中主要采用IGBT晶體管，能夠保障換向中功耗最小，與載波脈寬存在著一定比例關系，不屬于變頻器負荷損耗。以當今市場中主流變頻器來說，大多數變頻器中的損耗比都大致類似，可以通過以下幾點進行預估：整流器損耗值占總損耗的35～45%、非負荷損耗占10～20%、自控電壓逆變器損耗占40～50%。市面上絕大多數變頻器的損耗量大致都在此范圍中。在分析變頻器整體能耗中，要求整流器損耗與給變其功率損耗成正比，即給予電流越大，損耗越高；自控逆變器損耗與電動機軸端轉矩為正比，即逆變器損耗越大，電動機軸轉矩越大。

5 結束語

總而言之，恒轉矩工作電力傳功中變頻器選擇主要是考慮實用性、經濟性原則，主要表現在整流器損耗、非負荷損耗、自控電壓逆變器損耗等，通過分析三者的實際情況，將變頻器損耗將到最低，保障變頻器能夠廣泛應用在轉矩操作的電力傳動中。保障變頻器能夠滿足負載轉矩。

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