淺談異步電機變頻調(diào)速

文/何治鋒 楊漢臣

?

淺談異步電機變頻調(diào)速

文/何治鋒 楊漢臣

撫順煤礦電機制造有限責(zé)任公司

文章首先對異步電機的發(fā)展歷程以及調(diào)速方法進行綜述，總結(jié)出交流電機在應(yīng)用中做出的創(chuàng)新改變，在此基礎(chǔ)上重點探討異步電機變頻調(diào)速功能實現(xiàn)的原理。分別從構(gòu)建靜態(tài)等效電路與變頻調(diào)速框架等方面進行，并整理出異步電機使用時選擇變頻調(diào)速方法的原則，可以作為提升異步電機使用效率的技術(shù)參照。

異步電機；變頻調(diào)速；等效電路

1 異步電機綜述

1.1 異步電機的發(fā)展

異步電機發(fā)展初期是實現(xiàn)機械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換，通過交流電機來完成這一功能，機械動能在運轉(zhuǎn)中。以作為發(fā)電的動力來源。異步電機采用交流電來實現(xiàn)能量之間的轉(zhuǎn)換，與普通的直流電機相比交流電能夠在短時間內(nèi)完成交換，并且結(jié)構(gòu)也更加簡單便捷，可以同時滿足高壓電流與電壓電流的交互傳輸。最初交流電采用汽輪發(fā)電機來構(gòu)建動能系統(tǒng)，功率可以達到100萬kw以上，但這一功率在使用中卻難以滿足大型發(fā)電廠的運轉(zhuǎn)需求，動能提供模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，將半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用其中，可以在高壓電流傳輸時營造更穩(wěn)定的電力基礎(chǔ)。交流電機運行時不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電流電壓的交換傳輸，同時更能通過調(diào)速技術(shù)來對電流傳輸?shù)乃俾首鞒鼍C合控制。交流電機使用時期組建需要頻繁維修檢測，主要是由于電刷運行中容易產(chǎn)生摩擦，引發(fā)電弧造成的打火危險。隨著交流電機構(gòu)建技術(shù)不斷完善這一問題也得到解決，電機的控制技術(shù)以及運轉(zhuǎn)理念均有不同程度改變，技術(shù)發(fā)展資金已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)交流變頻調(diào)速，可以根據(jù)供電使用需求來對頻率做出調(diào)控，從而提升發(fā)電效率并降低運轉(zhuǎn)過程中的電能損耗。

1.2 交流電機調(diào)速方法

異步交流電機運行中調(diào)速是通過變頻功能來實現(xiàn)的，電機的控制系統(tǒng)中應(yīng)用智能技術(shù)，從能量供應(yīng)需求角度來對頻率做出調(diào)控，并檢測電機調(diào)頻過程中溫度的升高情況控制內(nèi)部電能，來確保對外傳輸?shù)碾妷嚎梢员３衷陔娏?yīng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)上。交流電機在進行頻率調(diào)節(jié)以及轉(zhuǎn)換時可能會產(chǎn)生一部分電能的損耗，對于功率的監(jiān)測需要實時進行將損耗部分功率引入其中，并通過誤差控制補償來解決這一問題，變頻功能的實現(xiàn)還需要對所輸入的電流做出負載計算。輸入不同電壓計算最終得到的電流，判斷系統(tǒng)誤差補償中所存在的各類隱患，以及需要進一步完善的內(nèi)容。交流電機調(diào)速是通過使用中的電能損耗來進行反饋調(diào)節(jié)的，在系統(tǒng)框架構(gòu)建中也會形成完善的回路系統(tǒng)，共同控制系統(tǒng)內(nèi)部運行速度。以供電損耗為依據(jù)所構(gòu)建的反饋系統(tǒng)，在電能公映時也能自動將誤差補償反饋的其中從而最大程度降低誤差隱患。對于變頻交流電機調(diào)速方法的選擇，所構(gòu)建的控制系統(tǒng)中需要體現(xiàn)出安全控制能力，以免傳輸中產(chǎn)生參數(shù)誤差。

2 異步電機變頻調(diào)速實現(xiàn)的原理

2.1 異步電機靜態(tài)等效電路

實現(xiàn)異步電機的變頻調(diào)速，首先需要構(gòu)建出靜態(tài)等效電路，檢測處于靜態(tài)環(huán)境下異步電機的電流傳輸情況，以及其內(nèi)部功率損耗情況。等效電路構(gòu)建中還可以通過假設(shè)損耗來完成，分析運行中異步電機可能會產(chǎn)生的電能傳輸需求，不斷構(gòu)建并完善內(nèi)部電燈供應(yīng)體系。構(gòu)建靜態(tài)等效電路后，對電路的穩(wěn)定性進行檢測，分別模擬不同形態(tài)來完成。觀察在何種情況下等效電路會出現(xiàn)電磁干擾，通過這種模擬檢驗可以判斷異步電機接下來需要調(diào)整的等效電路模塊，等效電路與互感電流之間的關(guān)系需要分別建立在異步電機不同運轉(zhuǎn)情況下來驗證。等效電路構(gòu)建期間，充分了解線路系統(tǒng)中存在的問題，最終優(yōu)化得到的靜態(tài)等效電路構(gòu)建體系，才能為異步電機調(diào)變頻調(diào)速功能實現(xiàn)營造條件。其次是異步電機運行中，等效電路電能傳輸特征的判斷，了解運行特征才能確定等效電路構(gòu)建中應(yīng)該重點強化的控制模塊。

2.2 變頻調(diào)速功能構(gòu)建

構(gòu)建變頻調(diào)速功能需要對電流信息進行轉(zhuǎn)換，使之能夠轉(zhuǎn)換成為系統(tǒng)內(nèi)部可以識別的模式，這樣才能充分判斷處于高速運轉(zhuǎn)環(huán)境中變頻調(diào)速間隔的時間周期。異步電機運行中界受到控制指令會對原有運行狀態(tài)做出調(diào)整改變，進入到與控制指令相一致的模式中，這一過程便是變頻調(diào)速功能的具體體現(xiàn)。需要在控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計穩(wěn)定的信號傳輸鏈接串口，分別模擬不同狀態(tài)下信號傳輸對系統(tǒng)內(nèi)部控制的要求，并通過電流模擬信號與數(shù)據(jù)信號之間的轉(zhuǎn)變，來快速進入到控制模塊內(nèi)。總控制中心會對所接收得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進行短時間運算，快速判斷接下來異步電機運行中需要調(diào)整的參數(shù)，轉(zhuǎn)變成為電流信號進入到異步電機運行系統(tǒng)內(nèi)。信息之間的轉(zhuǎn)換以及交換傳輸在時間速度上都需要重點控制，這樣才能夠更好地實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號之間的交互，進入到變頻調(diào)速功能實現(xiàn)階段。

2.3 變頻調(diào)速控制方法

變頻調(diào)速控制方法的選擇還需要考慮異步電機使用時的整體需求，考慮異步電機運行中與外界環(huán)境之間的融合，以及環(huán)境因素對電機電能傳輸帶來的干擾影響。為確保變頻調(diào)速任務(wù)可以告訴實現(xiàn)，設(shè)計調(diào)速范圍時更應(yīng)該結(jié)合異步電機主要運行功能模塊來交互轉(zhuǎn)換，考慮變頻調(diào)速功能是否可以實現(xiàn)，以及在變頻調(diào)速過程中是否會造成電能的過大損耗。高壓環(huán)境下進行異步電機的低頻轉(zhuǎn)換，需要對電壓平穩(wěn)的降低，突然之間完成電壓由高至低的轉(zhuǎn)換，會造成系統(tǒng)傳輸中產(chǎn)生極大峰值與極小峰值之間的電感差，導(dǎo)致短時間內(nèi)異步電機運行參數(shù)傳輸控制不合理。

3 結(jié)語

除以上方法，在對異步電機進行調(diào)速時，還可以采用定子調(diào)速的方法。當(dāng)改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機難以應(yīng)用。為了擴大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場合應(yīng)采用反饋控制以達到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。以上技術(shù)方法在實踐應(yīng)用時，均會根據(jù)電機使用功能與所處運行環(huán)境來作出優(yōu)化調(diào)整，確保功能實現(xiàn)可以順利進行，調(diào)速功能實現(xiàn)也更加精準(zhǔn)，未來技術(shù)發(fā)展將會向人工智能層面進行。

[1]韓亮.PLC的通訊功能在異步電機變頻調(diào)速中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機, 2017, 30(5):145-146.

[2]劉彥華,喬建偉, 吳宣東.YVF315～630系列高壓變頻調(diào)速三相異步電動機[J].電機與控制應(yīng)用,2017,44(9):44-47.