電機(jī)拖動(dòng)中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用研究

梅正茂

【摘 要】隨著國家的快速發(fā)展，電力資源在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用，電氣化程度也是衡量國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的一個(gè)重要指標(biāo)。電機(jī)拖動(dòng)中的變頻調(diào)速技術(shù)促進(jìn)了電氣化水平的提升，變頻調(diào)速技術(shù)是依據(jù)工業(yè)用電需求對(duì)電機(jī)拖動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，讓電機(jī)拖動(dòng)效率提升，本文分析了電機(jī)拖動(dòng)中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電機(jī)拖動(dòng)；變頻調(diào)速技術(shù)；應(yīng)用

引言

現(xiàn)實(shí)中，從節(jié)能降耗和智能控制的角度出發(fā)，變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用。所謂變頻調(diào)速技術(shù)就是對(duì)電機(jī)的電源頻率進(jìn)行調(diào)整，從而使其工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變。與傳統(tǒng)電機(jī)只能定速運(yùn)行的模式不同，變頻調(diào)速技術(shù)徹底了改變了電機(jī)的運(yùn)行模式，使電機(jī)可以在拖動(dòng)負(fù)載沒有任何改變的情況下，就能針對(duì)工藝的優(yōu)化調(diào)整需求對(duì)轉(zhuǎn)速輸出進(jìn)行改變，進(jìn)而達(dá)到提升運(yùn)行質(zhì)效的目的。經(jīng)過多年的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)衍生出了多種控制形式，比如矢量控制、模糊控制等等，而且表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用優(yōu)勢。鑒于變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯，可以預(yù)見到，其未來必將在電機(jī)拖動(dòng)中得到更加廣泛的應(yīng)用。

1變頻調(diào)速技術(shù)的概述

1.1變頻調(diào)速技術(shù)的理論基礎(chǔ)

現(xiàn)代化的變頻調(diào)速技術(shù)中雖采用了多種技術(shù)成果，但最根本的還是電機(jī)學(xué)原理。通過采用電機(jī)學(xué)的相關(guān)理論進(jìn)行分析可知，如果一臺(tái)電機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)已經(jīng)給定，那么對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變，就只能依靠改變電源頻率的方式來實(shí)現(xiàn)。這也就意味著電機(jī)電源的頻率和轉(zhuǎn)速之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般而言，隨著電源頻率的增高，轉(zhuǎn)速也會(huì)增大，即電源頻率和轉(zhuǎn)速之間呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系；反之，如果要降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，那么也可以通過降低電源頻率的方式來實(shí)現(xiàn)。由此可見，我們只需要對(duì)電源的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，就能實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

1.2變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢分析

在過去相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，電機(jī)主要采用的是自流驅(qū)動(dòng)，比如廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)等領(lǐng)域的電機(jī)。在自流驅(qū)動(dòng)下，自流串激電機(jī)雖然表現(xiàn)出了良好的牽引性，但也存在一定的缺陷，比如隨著電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的增加，轉(zhuǎn)速不得不降低。在變頻調(diào)速技術(shù)還未出現(xiàn)應(yīng)用前，這種情況只能依靠以下兩種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)：一是在主回路上串電阻；二是使用自流斬波器。這兩種調(diào)節(jié)方法在實(shí)踐應(yīng)用中都表現(xiàn)出了一定的缺陷。比如主回路串聯(lián)電阻雖然實(shí)現(xiàn)方式簡單，但會(huì)產(chǎn)生較大的能耗，而自流斬波器雖然在一定程度上改善了能耗較大的問題，但自流電機(jī)的固有缺陷始終沒有得到真正意義上的改善。變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使得以上問題得到了較好的解決，并且具有以下優(yōu)勢：第一，維護(hù)工作較簡單，不需要占用較長時(shí)間，而且維修的間隔頻率可適當(dāng)延長；第二，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，并且擁有極佳的調(diào)速性能；第三，具備較強(qiáng)的節(jié)能降耗特性，可以大大降低運(yùn)行成本；最后，采用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)，其速度改變的過程非常平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊影響幾乎可忽略不計(jì)。綜上可知，變頻調(diào)速技術(shù)具備極大的應(yīng)用優(yōu)勢，其未來必將在電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和控制領(lǐng)域得到更為廣泛的運(yùn)用。

2變頻調(diào)速技術(shù)在電機(jī)拖動(dòng)中的應(yīng)用

該技術(shù)在電機(jī)拖動(dòng)（如圖1所示）中應(yīng)用較多。電機(jī)拖動(dòng)可以通過自身的電壓對(duì)電流的電壓數(shù)值進(jìn)行控制輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的調(diào)控。在電機(jī)拖動(dòng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以對(duì)運(yùn)行方式的改變進(jìn)行優(yōu)化，并且提供更優(yōu)的電磁兼容條件。同時(shí)，在采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)給定速度進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可以通過讀取到的拖動(dòng)電壓來對(duì)速度的改變進(jìn)行控制。變頻調(diào)速技術(shù)在電機(jī)拖動(dòng)中的應(yīng)用具有很多優(yōu)勢，比如較好的平滑性、控制范圍比較大、能夠?qū)﹄姍C(jī)拖動(dòng)性進(jìn)行完善和優(yōu)化等。現(xiàn)實(shí)中，該技術(shù)在電機(jī)拖動(dòng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是無功補(bǔ)償，一個(gè)是負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)，下面將對(duì)這兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)討論。

2.1無功補(bǔ)償

實(shí)際中，當(dāng)我們?cè)陔姍C(jī)拖動(dòng)中采用了變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)，一般都會(huì)附帶設(shè)計(jì)有無功補(bǔ)償，這有利于提升供電效率。通過對(duì)負(fù)荷變化進(jìn)行合理運(yùn)用，可以在電機(jī)拖動(dòng)中對(duì)變壓器和運(yùn)行線路進(jìn)行損耗補(bǔ)償。在電機(jī)拖動(dòng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)具有很多積極作用，能夠根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇采用合適的無功補(bǔ)償裝置，從而使電機(jī)拖動(dòng)的功率因數(shù)獲得有效提升，這樣就能在很大程度上消除因電機(jī)拖動(dòng)而產(chǎn)生的電能損耗。當(dāng)然，對(duì)無功補(bǔ)償裝置的選擇使用也必須做到充分重視，一方面要滿足實(shí)際需要，另一方面還要在拖動(dòng)中對(duì)投切的電抗器和電容進(jìn)行分析，使無功補(bǔ)償裝置與拖動(dòng)條件相符。因?yàn)闊o功補(bǔ)償需要滿足就地平衡的原則，所以在應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)，就應(yīng)該采取分層分區(qū)的應(yīng)用策略，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)拖動(dòng)速度的正確、有效調(diào)節(jié)。

2.2負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)

電力系統(tǒng)的電機(jī)設(shè)備中安裝了大量的半導(dǎo)體器件，此類器件很容易出現(xiàn)發(fā)熱問題，而且發(fā)熱的時(shí)間非常短，短期就會(huì)引起熱負(fù)荷超載的情況，不利于電機(jī)拖動(dòng)的安全性。半導(dǎo)體器件在電機(jī)中的發(fā)熱問題，與電機(jī)拖動(dòng)的速度存在直接的關(guān)系，使用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)，應(yīng)該注意變頻調(diào)速的負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)，以此來預(yù)防熱負(fù)荷超載的問題，完善變頻調(diào)速技術(shù)在電機(jī)拖動(dòng)中的應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)電機(jī)拖動(dòng)的實(shí)際情況規(guī)劃出負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)的類型，如：①變頻調(diào)速控制下的電機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行，額定輸出等于完全的電流輸出值，此類狀態(tài)下不會(huì)有負(fù)荷過載的問題；②電機(jī)拖動(dòng)應(yīng)該在連續(xù)的狀態(tài)下輸出基本負(fù)載電流，負(fù)荷過載的比例是50%；③其他狀態(tài)下的電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載時(shí)間較長。分析負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要以前兩種情況為主安排變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，嚴(yán)格按照電機(jī)拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載性能明確變頻調(diào)速的范圍，準(zhǔn)確選擇變頻器。

3提高電機(jī)拖動(dòng)變頻技術(shù)可靠性的方法

將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到電機(jī)拖動(dòng)中，要經(jīng)過變頻器為載體的，要想讓電機(jī)拖動(dòng)保持穩(wěn)定，需要促進(jìn)變頻器可靠性的提升。溫度會(huì)直接影響到變頻器的可靠性和運(yùn)行性能，如果變頻器的溫度太高就會(huì)限制變頻調(diào)速的作用，不能保證電機(jī)拖動(dòng)高效的運(yùn)行。提高電機(jī)拖動(dòng)變頻技術(shù)可靠性的方法有：（1）在電機(jī)拖動(dòng)中應(yīng)用變頻器要選擇大功率的，依據(jù)空氣冷卻原理進(jìn)行，在變頻器上部安裝換氣扇，具備換氣的作用，可以讓周圍的熱空氣對(duì)流，排到室外，以此達(dá)到對(duì)電機(jī)拖動(dòng)變頻調(diào)速溫度和環(huán)境的優(yōu)化。（2）電機(jī)以及變頻器所在的環(huán)境是封閉的，要散熱就需要通過室內(nèi)空調(diào)來進(jìn)行，在封閉的環(huán)境下，變頻器的電機(jī)拖動(dòng)中的運(yùn)行溫度需要控制好，需要控制在50攝氏度以內(nèi)，在柜內(nèi)安裝好空調(diào)設(shè)備，通過機(jī)械讓溫度降低，對(duì)柜內(nèi)溫度進(jìn)行控制，在安裝空調(diào)時(shí)還要選擇好位置，減少空調(diào)在運(yùn)行中發(fā)出的噪音，避免限制電機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行的情況出現(xiàn)。（3）在對(duì)變頻器進(jìn)行降溫時(shí)，需要規(guī)范的對(duì)通風(fēng)管道的設(shè)計(jì)，促進(jìn)降溫速率的提升，在選擇變頻器時(shí)需要科學(xué)的進(jìn)行選擇，各方面要和電機(jī)拖動(dòng)的要求相適應(yīng)。

結(jié)語

電機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行中應(yīng)該選擇合適的變頻調(diào)速裝置，以便發(fā)揮變頻調(diào)速技術(shù)的作用。變頻調(diào)速技術(shù)改善了電機(jī)拖動(dòng)的運(yùn)行方式，調(diào)整電機(jī)拖動(dòng)速度的同時(shí)也能降低運(yùn)行能耗，合理規(guī)劃好變頻調(diào)速技術(shù)，為電機(jī)拖動(dòng)運(yùn)行提供規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

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（作者單位：格力電器股份有限公司）