交流电动机的应用范文
前言：我们精心挑选了数篇优质交流电动机的应用文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。
第1篇
关键词：交流电动机；动作时间；释放时间；元器件节能
1问题的提出
2013年，江西某水泥公司二号窑200kW鼓风机，2年内已烧毁3次，造成直接经济损失200多万元。同时，由于停产检修，造成的间接损失难以估算。针对上述问题，该公司邀请了一个专业团队到公司协助解决该问题。
2原因分析
2.1生产现状
2013年3月，专业团队来到该公司，与该公司的工程技术人员一起进行了现场考察和技术资料研究。其中，该电动机的主电路图和控制电路如图1—2所示。
2.2原因分析
针对上述情况和相关参考文献[1—5]，笔者认为造成该事故的原因如下。（1）主要原因是前面设计者没有考虑交流接触器线包动作时间和其释放时间；（2）在启动电动机运行前几十ms内，由于KM2未动作，导致KM2，KM3同时得电，则电源相序间短路，轻则烧断熔断丝和KM3主触头被烧坏可能，从而导致电动机缺相运行，电动机转速减慢，电流急增，随后，电动机可能被烧毁。由于以上第（2）点，造成KM3触头接触不良，造成电源三相不平衡，电动机转速减慢，温度升高，不及时关机，则有可能烧坏电动机；由于KM2释放时间问题，造成电动机瞬间失电，从而电动机又重新启动，电流加大，温度急剧上升，绕组磁路饱和，绕组发热，最后，电动机可能被烧坏。
3电路设计
针对以上原因，文章总结了以下几点设计改进：（1）充分考虑KM2的动作时间，利用KM2-4和KM1-4动作时间才能使KM3得电，避免了KM2和KM3在电动机启动前几十毫秒内同时得电；（2）在KM2线包控制电路中又串联KM3触点进行互锁，又避免了KM2释放时间问题即电动机重新启动；（3）同时使KT并联在KM3线包中，使KM3动作时KT不得电，从而更加节能，延长电路元器件的寿命。改进设计后的电路控制如图3所示。
4实施效果
改造后，该电动机在3年内未出现电动机烧毁现象，由此，可确定本次分析和解决措施是完全正确的。同时，直接为公司节约成本200多万元。
5结语
综上所述，不难得出如下结论：在交流电动机的控制电路设计过程中，必须要对继电器的动作时间和释放时间有充分的考虑；本次排障的过程中，文章提出了一套既满足控制要求，又能实现元器件节能的新型电路。
[参考文献]
[1]齐亚琳，柳新军，刘艳丽，等.提高继电器触点抗浪涌能力的一种新颖旁路保护电路[J].电子元器件应用，2012（5）：5-7.
[2]李述香，邱召运.继电器触点的保护技术[J].电工技术，2004（8）：60-61.
[3]鹿泽伦，李岩.中间继电器构成的断相保护电路[J].自动化技术与应用，2008（12）：110-111.
[4]黄三伟，高峰，周熠.三相异步电动机的断相保护[J].广西物理，2006（2）：43-45.
[5]周云旭，钟水蓉.继电器触点保护电路设计[J].电子技术与软件工程，2013（16）：118.
第2篇
本文主要针对我矿副井绞车原交流电动机和现改造后的高速直流电动机的性能特点进行分析比较并简单介绍我矿副井绞车现采用的1250KW的直流提升机电控系统。以及高速直流电动机的常见故障及现场日常维护的方法，从而实现我矿副井绞车的安全和高性能运行。
关键词：交流电机 直流电机 电控系统 故障与维护
一、概述
随着中国经济的快速发展，各种能源的需求量不断加大，为了适应发展的需要，煤炭作为目前中国的重要能源，必须加大自身的产量，这样就造成了原有副井绞车交流电动机的各种弊端暴露出来，为了满足我矿产煤量的不断加大对副井绞车运输能力的需求，现用高速直流电机代替原有的交流电机。直流高速电机具有优良的转矩速率特性并能在大范围内平滑的调速，很好的适应了运输能力增加的需求。
二、交流电动机和直流电动机的简介
1.原副井绞车交流电动机简介
我矿副井绞车原交流电动机型号JRZ1000-12，功率1000KW，总重10700Kg，1987年投入使用。随着我矿的生产能力不断的提高，该电动机在运行过程中出现故障种类很多而且出现故障频率也较高，
电气故障主要有定子绕组单向运行、定子绕组首尾反接、三相电流不平衡、绕组过热等。
2.原副井绞车交流电动机的具体缺点
2.1能耗大、控制方式落后
原副井绞车系统采用高压交流电机切电阻控制方式，提升过程中多余电能通过电阻箱转换为热能。电力资源极大浪费。
原副井绞车控制系统由于控制方式所限速度阶越式变化。提升速度不能由绞车司机控制随意调整，速度不稳定，受负载影响比较大。随着生产任务的不断加大，副井绞车系统工作任务也不断增大，从而使受负载影响大的缺点不断发生。
2.2抱闸系统不完善、维护工作量大
原副井绞车系统的抱闸系统频繁参与绞车减速控制，使闸盘的磨损异常大，不利于闸盘保养和维护。原副井绞车电控系统柜体较多，自动化程度不高、故障率高、噪音大，从而增大了维护的工作量而且不满足生产的增大的要求，影响生产任务的顺利完成，增大了完成单位生产任务所需要的时间。
三、高速直流电动机在副井绞车中的应用效果
经过我矿及运转队专业技术人员的不断研究并且经过我矿领导的审核最终决定用控制更加方便、性能更加优良的高速直流电动机代替原有的交流电动机，并更换了原有的控制系统采用了更先进的自动控制系统，使我矿副井绞车的控制更加的精密、更加的趋于完善。高速直流电动机具有优良的转矩速率特性并能在大范围内平滑的调速，很好的适应了我矿运输能力增加的需求。我矿现副井绞车高速直流电动机为上海电气集团电机厂有限公司生产。
主电动机数据：
主电动机型号：Z710-400型直流电动机
主电动机功率：1250kW，750V；580rpm。
电枢电压：750V，电枢电流： 1773A。
励磁电压：220V。
过载能力：2倍额定电流60秒，切断电流2.25倍额定电流，总重10000Kg。
高速直流电动机具有优良的转矩速率特性并能在大范围内平滑地调速。能够满足我矿生产任务不断加大的需求。电控系统应用方案
1.高压供电系统
提升机房两回～6kV ，50HZ电源分别引自矿井工业场地变电所6kV不同母线段，由两路高压电缆分别引向提升设备的高压进线柜，一路工作，一路备用，故障后手动切换。两路进线互为闭锁。选用GG—1ZF型封闭式高压开关柜，高压开关柜按4台配置：高压进线柜2台：提供双进线电源，电缆下进线；主整流变供电2台。
2.电控系统主回路传动系统
提升机的驱动装置应能够适应提升机的各种工作情况，按照预定的速度和提升要求实现平稳地启动、运行、减速、制动、停车。在整个循环中，应使钢丝绳的振动最小，井口停车必须准确无误误差不超过±20mm。驱动电动机及其供电装置应有足够的过载能力，以适应副井提升负载变化大的特点。最大过载能力不低于额定值的2倍。
调节系统采用SIEMENS 6RA70装置实现数字式速度、电流、位置闭环控制，全数字调节的动、静态技术性能满足提升机四象限运行要求，并满足提升工艺要求的过载能力和安全系数，具有优良的动、静态品质指标。
3.上位监控系统
工控机和彩色终端组成上位机监控系统，监控系统通过与PLC通讯采集数据实现多画面实时监控，多参量数码及曲线显示和记录，各种故障的报警及记录。
监控画面主要有；电控系统构成，系统状态图，速度曲线，电流曲线，图形化安全回路图，当前故障报警，历史故障记忆，故障判断及诊断，生产报表的完整资料。
四、采用高速直流电动机所带来的好处
1.降低了能量损耗
原副井绞车系统采用高压交流电动机切电阻控制方式，提升过程中多余电能通过电阻箱转换为热能。电力资源极大浪费。
副井绞车更换为高速直流电动机电控系统后克服了能耗问题。
2.控制方式得到了提高
原副井绞车控制系统由于控制方式所限速度阶跃式变化。提升速度不能由绞车司机控制随意调整，速度不稳定，受负载影响比较大。随着生产任务的不断加大，副井绞车系统工作任务也不断增大，从而使受负载影响大的缺点不断发生。
副井绞车更换为高速直流电动机电控系统后。高速直流电控系统采用无极调速控制方式，绞车提升过程中，提升速度由绞车司机控制随意调整。加/减速时速度平稳变化。速度不受负载所影响。
3.抱闸系统得到了优化
原副井绞车系统的抱闸系统频繁参与绞车减速控制，使闸盘的磨损异常大，不利于闸盘保养和维护。
高速直流电控系统报闸系统只起到定位作用。不参与速度控制。减小了闸盘的磨损，提高了闸盘的使用率，节约了大量的资金。
4.减小了维护工作量
原副井绞车电控系统柜体较多，自动化程度不高、故障率高、噪音大，从而增大了维护的工作量而且不满足生产的增大的要求，影响生产任务的顺利完成，增大了完成单位生产任务所需要的时间。
高速直流电控系统柜体少，自动化程度高，故障率低，噪声小。提高了系统长时间稳定运行的能力，保证了我矿副井绞车的运输能力。
第3篇
【关键词】交流变频电动机 控制系统 研究
1 交流变频电动钻机的介绍
1.1 转盘独立电驱动钻机
转盘独立电驱动钻机就是转盘采用交流变频电动机单独驱动，绞车和钻井泵采用机械统一驱动的钻机。该型钻机采用多台柴油机通过液力变矩器或液力耦合器输出动力，然后经过链条并车，分别驱动绞车和钻井泵；转盘由1台交流变频电机通过齿轮或链条减速传动；绞车配辅助驱动装置，可实现自动送钻功能。其特点是转盘转速能够根据钻井工艺的需要来调节，不受钻井泵冲次的制约，同时，具备数控恒钻压自动送钻功能，实现以接近机械钻机的价格，获得交流变频电动钻机的优越性能。
1.2 机电复合驱动钻机
机电复合驱动钻机是转盘在采用电机独立驱动的基础上，绞车采用交流变频电机驱动，而钻井泵仍然采用机械驱动。该方案主要应用在钻深5000m以下的钻机上。2～3台柴油机通过皮带并车驱动钻井泵，同时，还可驱动1台节能发电机。该型钻机能够实现交流变频电动机的主要功能，而价格只有全交流变频电动钻机的60%～70%，同时，具有良好的运行经济性。
1.3 全交流变频电动钻机
全交流变频电动钻机的绞车、转盘、钻井泵均采用交流变频电机驱动。其转盘传动主要有电机直接驱动和电机加减速箱驱动2种方式。绞车通常采用2台电机通过二级齿轮减速箱驱动，并配辅助驱动装置，也有采用一级齿轮减速箱方案的。除转盘独立电驱动钻机采用机械的多轴绞车外，交流变频电动钻机通常都采用单轴绞车结构，其传动形式是交流变频电机通过齿轮减速箱直接驱动滚筒轴，主刹车采用盘式刹车，取消了电磁涡流刹车，而采用能耗制动实现辅助刹车功能。
交流变频电动钻机常用的调速技术有矢量控制和直接转矩控制2种。矢量控制主要采用Siemens公司的变频器，直接转矩控制主要采用ABB公司的变频器。在控制方式上有一对一控制和一对二控制。采用一对一控制需要每台电机对应一个变频柜，而一对二控制可以根据需要切换绞车或钻井泵的变频柜来控制转盘，也可设置主从两个变频柜。
2 交流变频电机的控制系统
变频电动钻机控制系统由发电系统（发电机、控制柜）、交流传动系统（变频柜、制动柜）、控制网络（PLC柜、司钻操作台、工控机、远程计算机、AS-i总线系统或Profibus总线系统）、交流电机控制中心组成。
2.1 动力发电系统
目前广泛应用的是ROSS HILL电气控制系统，SIEMENS电气控制系统，其主要功能是基本相同的：控制柴油机的转速与发电机的励磁电流，得到600V、50HZ稳频、稳压电流，作为全井场的动力电源；发电机控制柜内还设有并网控制电路，控制多台发电机的并网以达到同期合闸操作。发电机可按工况需要，全部或任意两台以上在线运行时，负荷都能均衡分配，负荷转移平稳，能承受钻机的负荷特性和电动机起动时的冲击。发电机控制装置还具有功率限制、自起动电源电路、接地检测相序保护、过流保护、过压保护、欠压保护、过频保护、逆功保护、短路保护、柜内故障自检等功能。
2.2 交流传动系统
2.2.1变频驱动控制系统
变频主驱动系统由若干变频柜组成，分别将600V、50HZ恒压、恒频的交流电压变成0～750V连续可调的交流电压，以一拖一或者一拖二的驱动方式分别驱动钻井泵、绞车、转盘。绞车和转盘电动机具有反转功能，扭矩限制0%～100%范围内任意调节。在石油钻机中应用较多的是Siemens变频器。SIMOVERT master DRIVE 矢量控制变频器是采用IGBT元件、全数字技术的电压源型变频器。
2.2.2制动控制单元
制动柜内的制动单元和变频房外的制动电阻的主要功能是：在绞车需要制动时，控制电动机进入发电运行状态，使电动机产生于旋转方向相反的制动力矩，负载侧的机械能转化为电能通过逆变器传到变频柜直流母线上。当直流母线电压高于最高阀值时，制动控制单元自动将制动电阻接通，使中间直流母线之间电容器储存的多余电能以热能形式由制动电阻消耗，以维持直流母线上的电压保持恒定。这种制动方式称为能耗制动。自动送钻系统的制动单元也采用能耗制动。
2.2.3自动送钻
送钻变频柜将400V、50HZ恒压、恒频的交流电压变流成0～400V变压、变频连续可调的交流电压，以一拖一的驱动方式驱动送钻电动机。恒压方式可以实现恒压自动送钻。送钻电动机在恒速方式时具有正反转的功能，可以起到应急起放井架和钻具的功能，也可以恒速送钻。
2.3 控制网络
2.3.1司钻控制室
司钻控制室已成为交流变频电动钻机的标准配置，目前的司钻控制系统主要有模拟控制和数字控制2种。从控制功能来看，可以实现绞车无级调速，游动系统的位置、速度、加速度闭环控制，悬重限制保护，数控恒钻压自动送钻，转盘无级调速、转矩限制保护，钻井泵无级调速、泵压限制保护等功能。可以通过触摸屏和显示屏对控制系统的主要设备运行状态进行监控。
2.3.2PLC控制系统
通过数据采集单元（现场传感器、编码器、变送器等），可编程控制器经过计算处理，在触摸屏、显示屏等HMI人机界面显示以下钻机参数：悬重、钻压、井深、机械钻速、转盘转速、转盘扭矩、泵冲泵压、泥浆池液位、出口返回量、游车位置等参数。
2.4 MCC配电控制系统
交流电动机控制中心的主要功能是对井场的钻台、钻井液循环罐区、油罐区、压气机房和水罐区的交流电动机进行控制，并给井场提供照明电源。交流电动机控制中心系统对30KW以上的电机采用软起方式。MCC柜采用分装式结构，以便于维修更换。
3 变频钻机及其控制系统的发展趋势和前景
第4篇
一、国内外对交流电动机控制技术的相关研究现状
1.1 交流电动机速度控制主电路与控制电路
事实上,交流电动机的速度控制主要以大功率电力电子器件为主,随着电力电子技术的发展,交流电动机控制理论被广泛使用,这也给交流电机拖动的开发提供了良好的环境和基础。目前,控制电路主要还是以DSP和单片机为主,电子控制器的数字化控制发展使得设备的性能大大提升,控制算法也得到了进一步的优化,模糊控制、神经网络控制等复杂控制也逐渐被应用起来。作为电机调速的重要组成部分,智能功率模板成为了新一代的主控电路,通过将功率开关期间和驱动电路进行集成,内设过电压、过电流等故障检测电路,将检测信号传输到CPU中。它由高速低功耗的管芯与优化门极驱动电路、快速保护电路等部件构成,能够在发生负载事故或者使用不恰当时,也能保证智能功率模块安全稳定运行。
1.2 交流电动机的控制策略
早前的交流传动属于不可调传动,而随着电子控制技术的飞速发展,交流可调传动也逐渐开始广泛起来。常用的稳态模型控制方案主要由开环恒V/F比控制、闭环转差频率控制等。且前者是一种开环的控制方式,与变压变频控制不同,其不对速度进行反馈控制,而闭环转差属于直接转矩控制,因其实现了对电动机转矩的控制,从而拥有较强的动态性能,系统稳态误差也较小。基于交流电动机动态模型的控制方法分为矢量控制和直接转矩控制两种,矢量控制实现了磁链与转矩的解耦,可以进行独立控制,而直接转矩控制的计算量小、静态和动态性能优良。
1.3 交流电动机非线性控制方法
前面说到,交流电动机是一种非线性的对象,而无论是矢量控制还是直接转矩控制,都不能很好的对其动态过程进行描述。所以自适应控制、反馈线性化控制以及滑膜变结构控制等都为电动机的非线性控制提供了方式。自适应控制研究对象具有一定的不确定性,包括描述被控对象、环境数学模型的不确定性,以及一些未知因素和随机因素。这些不确定性有时是在系统内部,而有时却在系统外部发生。从内部来讲,描述被控对象的数学模型起结构与参数就具有很大的不确定性,而这种基于数学模型的控制方法在电动机自适应控制中得到了很好的发挥。反馈线性化控制的整体较为精确,适合系统的整个分析域。滑膜变结构控制能偶使系统结构随时变化的开关特征,但当系统再不同滑膜轨迹中时,频率切换可能伴随着高频的抖动。
二、交流电动机的无源性控制原理分析
2.1 系统无源性
无论是哪种机械系统,如果没有外界能量加以支持,其动能与势能之和总是趋近于零的,且其系统速度、位移也是趋向于零的。简单了说,系统稳定时,如果缺少外界能量注入,系统指挥消耗能量,而这种能量不可能放大,而只要停止向外界或者内容注入能量,系统的能量之和必将趋近于零,以此来达到稳定的状态。对于非线性系统来说,公式中,u、y分别表示尾数相同的系统输入与输出,其中f(0)=0,h(0)=0.
另外,系统的无源性还是反应电机在运行过程中所消耗的能量特征。对于一般的能量供给量来说,考虑s(u,y)为单位时间内以外不注入能量为输出输入信号函数,那么耗散的计算方法则为:
v(x(T))-v(x(0))≤
2.2 能量成形与无源性
因考虑到电机系统的能量成形与无源性,通过成对的变量uRm、yRm与外界相连,其结果满足能量平衡方程。
H[x(t)] H[x(0)] =
该方程表示系统存储的能量与外界供给能量和系统耗散的能量差相等。而公式中的H(x)表示讷讷过量存储函数,xRn表示状态向量,d(x(t),t)表示具有耗散效应的非负函数。满足能量平衡方程式的系统属于无源性控制系统,且H(x)≥c,此时的c就表示能量函数的下界,y则表示无源输出。具体如图1所示。
2.3 感应电动机的无源性控制原理
感应电动机是交流电动机非线性、多变量以及强耦合特点表现明显的一个典型,近年来,随着非线性控制理论深入广泛的研究,使得感应电机控制成为主导潮流。为了克服反馈线性化、无源性控制等需要考虑奇异点的问题,无源性控制利用输出反馈使得电机闭环系统表现为无源映射,从上面所提到的电机能量方程入手,采用不影响其稳定性的无功力简化控制器设计。此时,坐标的变化并不影响系统的无源性,所以,选择不同的输出函数与能量函数,设计出多种无源性控制,来实现对系统的全局稳定性控制。
第5篇
【关键词】矿山；生产；电动机；保养；维护
引 言
电动机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置；电动机技术是通过线圈转动产生电磁感应效力使得机器产生转动的动力，形成机械能，这一过程是电能转化为机械能的过程，是将电功率转化为机械能功率的过程。电动机将转化的机械能为人类的生产和生活提供源源不断的动力。随着电动机技术的不断发展，电动机的种类越来越多，这些不同种类的电动机具有不同的性能、特点和作用。根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。本文就以交流电动机为例，详细的分析电动机故障原因以及维护保养方面的知识。
1.交流电动机的技术原理
交流电动机可分为单相电动机和三相电动机。
1.1单相交流电动机技术工作原理
单相交流电动机是人们生活中十分常见的电动机，在家用电器中得到了广泛的应用，它一般是由一个绕组组成，是通过单相的正弦电流与绕组产生的电磁感应效力，形成电磁场，根据正弦电磁强弱的规则发生变化，形成交变磁场，我们在单相交流电动机的定子部分加入启动的绕组，它和电动机本身的绕组形成九十度的夹角，使得在运动时间和空间中差距两个九十度的电流运转形成两相旋转的磁场，这个磁场为单相电动机提供了旋转的动力。单相交流电动机本身的主体绕组被我们习惯性的称作电动机的工作绕组，而定子中的绕组，被我们称作是启动绕组，主要起到启动单向交流电动机的作用。在某些小型的单向交流电动机中，工作绕组和启动绕组可以互相兑换，但是在大中型单相发电机中，由于所带的负载较大，需要有强大的启动动力，所以启动绕组的线圈的匝数较多，电阻值较大，一旦将工作绕组与启动绕组交换，比较出现反转交换电源这种情况下难以真正启动电动机。
2.电动机的常见故障分析
电动机在现代人们生产生活中使用相当普及，不管是工业生产，还是生活家居就会涉及到它，已经成为生产生活的必需品。电动机在矿山生产使用过程中，由于矿山生产的工作环境和超强的工作时间、也由于年久失修或者用户未按照电动机相关说明书的要求进行合理的操作，难免会对电动机造成损坏，出现故障，下面就电动机在使用过程中经常发生的常见故障进行分析：
2.1电动机过热
（1）电源电压过高、电源电压过低、电源电压不对称、三相电源不平衡导致电动机过热。
（2）负载使电动机过热的原因：
a、电动机过载运行；b、拖动的机械负载工作不正常；c、拖动的机械有故障
（3）电动机本身造成过热的原因：
a、电动机绕组断路；b、电动机绕组短路；c、电动机接法错误；d、电动机接法错误；e、电动机的机械故障
（4）通风散热不良使电动机过热的原因：
a、环境温度过高，使进风温度高。b、进风口有杂物挡住，使进风不畅，造成进风量小。c、电动机内部灰尘过多，影响散热。d、风扇损坏或装反，造成无风或风量小。e、未装风罩或电动机端盖内未装挡风板，造成电动机无一定的风路。
2.2交流电动机不能起动的原因
（1）电源未接通；（2）熔丝熔断；（3）定子或转子绕组断路；（4）定子绕
组接地；（5）定子绕组相间短路；（6）定子绕组接线错误；（7）过载或负载太大；（8）转子铜条松动；（9）轴承中无油，转轴因发热膨胀，妨碍在轴承中回转；（10）轴承损坏。（11）启动电容损坏。（12）离心开关触点接触不良。
交流电动机不能起动因素很多，应根据实际情况及症状作详细分析、仔细检查，不能搞强行多次起动，尤其在起动时电动机发出异常声响或过热时，应立即切断电源，在查清原因且排除后再行起动，以防故障扩大。
2.3电动机带负载运行时转速缓慢的原因
（1）电源电压过低；（2）线圈或线圈组有短路点；（3）相绕组反接；（4）过载；（5）离心开关分断转速高。
2.4动机运转时声音不正常的原因
（1）定子与转子相擦；（2）转子风叶碰壳；（3）转子擦绝缘纸；（4）轴承缺油或损坏；（5）波形垫圈破损；（6）电动机内有杂物。
2.5电动机外壳带电原因
（1）电源线与接地线搞错；（2）电动机绕组受潮，绝缘老化使绝缘性能降低；（3）引出线与接线盒碰壳；（4）局部绕组绝缘损坏使导线碰壳；（5）接地线失灵。
2.6 电动机振动的原因
（1）转子不平衡；（2）轴头弯曲；（3）固定电动机的地脚螺丝松动。
2.7电动机轴承过热的原因[4]
（1）轴承损坏；（2）油过多、过少或油质不良；（3）轴承与轴配合过松走内圆或过紧；（4）轴承与端盖配合过松走或过紧；（5）电动机两侧端盖或轴承盖未装平。
3.电动机的定期检查和保养
为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下：
（1）及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥。
（2）经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。
（3）定期用煤油清洗轴承并更换新油，如有磨损则应更换新的轴承。
（4）定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。
（5）绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。
第6篇
关键词：直流电动机；交流电动机；调压调速；变频调速
1 直流电动机的工作原理
1.1直流电动机由转子和定子两大部分组成。定子是用励磁绕组绕在定子磁极上而成的（这里不讨论“永磁式直流电机”）；转子是用电枢绕组嵌入转子铁芯（用来构成磁路）而成的。定子绕组和转子绕组都通入直流电流。两个电流产生的磁场相互作用，使转子旋转。
N和S是定子励磁绕组产生的磁极。电刷A接直流电源的正极，电刷B接直流电源的负极。因此电流总是从电刷A流入，经转子（也称电枢）绕组有效边ab后再由有效边cd最后经电刷B流出电枢绕组有效边ab与cd处于定子励磁绕组产生的磁场中，根据左手定则，且在电磁力所产生的转矩推动下，电枢将沿顺时针方向旋转。电枢转过180°时，电枢绕组ab边和cd边互换了位置，因与之相连的换向片也随着转动，所以各边的电流方向也改变，这就是换向片的换向原理。利用这种换向原理，使电枢绕组各边到达同一磁极下时具有相同的电流方向，从而使电动机产生固定方向的电磁转矩，驱动电枢沿顺时针方向继续旋转，如此循环往复。这就是直流电动机的工作原理。实际的电动机有许多组电枢绕组，每组电枢绕组都有一对换向片，这些换向片就组成了一个换向器。
综上所述，直流电动机的结构有以下两个特点：
（1）定子励磁电路和电枢供电电路基本上是相互独立的，可以分别进行调节。
（2）两个磁场（由定子励磁电路产生的主磁场和电枢供电电路产生的电枢磁场）互相垂直。
这是直流电动机具有优良的调速性能的原因。
1.2直流电动机的调速
调压调速
在负载转矩T和磁通Φ不变时，降低电枢电压Ua可以降低转速n，从而得到一系列平行的机械特性。但只能在额定电压以下进行调速。其优点是：可平滑调速，控制方便；机械特性硬，稳定性好；调速范围大，可达6~10倍。
在额定转速以上弱磁升速
在负载转矩T和电枢电压Ua不变时，减弱磁通Φ（通过在励磁绕组上串联一个可变电阻Rf进行调节，若电阻Rf增大，励磁电流If减少，磁通Φ也随之减弱）可以在额定转速以上升高转速n，得到一系列变陡了的不平行的机械特性，但仍属硬特性，其优点是：可平滑调速，控制方便；机械特性虽然没有调压调速的机械特性硬，但也是斜率不大的直线，仍属较硬特性，稳定性也较好；有一定的调速范围，专门生产的弱磁升速的电动机，其调速范围可达3～4倍。
2 交流电动机的变频调速技术
用半导体电力电子器件构成的变频器，把50（或60）Hz的交流电变成频率可调的交流电，供给交流电动机，用以改变交流电动机的运转速度的技术，称为交流电动机的变频调速技术。变频调速技术的道理简单，实现却很难，人们经过100年的苦苦探索，直到20世纪80年代以后，随着大功率电力电子器件的发展，变频调速技术才得以快速发展，日益成熟；当今以其高效的拖动性能和良好的控制特性，在各种工业领域，都获得了广泛应用。在交流电动机的变频调速技术的发展过程中，可以看到理论和实践相互促进，共同发展的美好展现。
2.1交流电动机的变频器种类转贴于
按变换环节分为两大类：交—直—交变频器，交—交变频器。变频器根据其变频的原理分为直接变频和间接变频；直接变频为交—交变频。交—交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率连续可调的交流电。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下，故它主要用于低速大容量的拖动系统中。
间接变频为交—直—交变频。间接变频是指将交流经整流器后变为直流，然后再经逆变器调制为频率可调的交流电。交—直—交变频器由整流器、中间滤波器和逆变器三部分组成。整流器是三相桥式整流电路，其作用为将定压、定频的交流电变换为可调直流电，然后作为逆变器的直流供电电源；中间滤波器由电抗器或电容组成，其作用是对整流后的电压或电流进行滤波；逆变器也是三相桥式整流电路，但它的作用与整流器相反，是将直流电变换（调制）为可调频率的交流电，它是变频器的主要部分。
交—直—交变频器又分为两种，其区别在整流器上，即可控整流器和不可控整流。
（1）用可控整流器调压，用逆变器调频的交—直—交变频器，调压和调频分别在两个环节上进行。这里，若输入环节采用晶闸管相控整流器，功率因数较低；若输出环节采用三相六拍逆变器，输出的电流有较大的谐波。
（2）用不可控整流调压，用脉宽调制逆变器的交一直一交变频器。该交一直一交变频器的脉宽调制逆变器采用全控式电力电子器件，使输出谐波减少。该谐波减少的程度取决于脉宽调制的开关频率，而开关频率受器件开关时间的限制。采用P-MOSFET或IGBT时，开关频率可达20KHz以上，输出波形已非常接近正弦波，因而又称为正弦脉冲调制逆变器（SPWM），为目前通用变频器常采用。
2.2按滤波方式分类
滤波方式一般分电压型和电流型两种。
（1）电压型变频器
在交—直—交变压变频装置中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下可以等效成一个内阻抗为零的恒压源，输出的交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电压型变频器。一般的交—交变压变频装置虽然没有滤波电容，但供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质，也属于电压型变频器。
（2）电流型变频器
在交—直—交变压变频装置中，当中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大；对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电流型变频器。有的交—交变压变频装置用电抗器将输出电流强制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它也是电流型变频器。
变频调速技术的应用可分为两大类：一类是用于电机传动调速；另一类是用于各种静止电源。变频调速器最为典型的应用时电机传动调速，电机交流变频调速技术以其优异的调速和启动、制动性能，高效率、高功率因数，显著的节电效果，进而可以改善工艺流程，提高产量质量，改善工作环境，推动技术进步，以及广泛的适用范围等许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速技术。
参考文献
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第7篇
关键词：电动机 启动 调速 变频器
一、引言
电动机是一种根据电磁感应原理，把电能转换为机械能的旋转电气设备。由电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。生产机械用电动机来驱动的优点：第一，可以简化生产机械的结构；第二，可以提高劳动生产率和产品质量；第三，能够实现自动控制和远距离操纵；第四，可以减轻繁重的体力劳动。
二、三相异步电动机
一个三相异步电动机主要由两部分组成，固定不动的部分称为电动机定子，旋转并拖动机械负载的部分称为电动机转子。转子和定子之间有一个非常小的空气气隙将转子和定子隔离开来，根据电动机的容量的大小不同，气隙一般在0.4mm～4mm的范围内。电动机转子和定子之间没有任何电气上的联系，能量的传递全靠电磁感应作用，所以这样的电动机也称感应式电动机。转子，气隙和定子铁心构成了一个电动机的完整磁路。相异步电动机的定子是由机座（铸铁或铸钢制成）、装在机座内的圆筒形铁心（由互相绝缘的硅钢片叠成）、铁心内圆周表面槽中放置的对称三相定子绕组（接成星形或三角形）组成的。
三相异步电动机转子是铁心和绕组组成的。转子铁心是圆柱状，也用硅钢片叠成，表面冲有槽。铁心装在转轴上，轴上加机械负载。根据构造上的不同分为两种形式：笼型和绕线型。鼠笼型：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线型：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。鼠笼式异步电动机由于转子结构简单，价格低廉，工作可靠，如果对电机的启动和调速没有特殊的要求，一般在实际应用中，鼠笼式异步电动机应用得最为广泛。
三、交流电动机启动
电动机从接通电源到开始转动，转速逐渐增高，一直到达稳定转速为止，这一过程称为起动过程。起动过程的时间虽然只有几秒至几十秒但对电网电压及电动机的转矩影响很大。异步电动机的起动性能包括：起动电流、起动转矩、起动时间、起动的可靠性。其中最重要的是起动电流和起动转矩。
1.直接起动
四、交流电动机调速
1.变频调速 （无级调速）
此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。频率调节范围：0.5-几百赫兹，变频调速方法可实现无级平滑调速，调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。
2.变极调速
一般用在鼠笼式异步电动机中。如前所述，当异步电动机的外加电压频率恒定，改变极对数p时可改变定子旋转磁场的同步转速而达到调节转子转速n的目的。改变定子极对数p的基本方法为：1、在定子槽内安装两套或多套绕组，各套绕组设计成不同的极对数，它们彼此独立，没有电的联系。2、定子槽内只有一套绕组，用改变绕组的连接法的到不同的极对数。具有这种绕组的异步电动机称为单绕组多速异步电动机。
3.变转差率调速 （无级调速）
适用于绕线式电动机，调速方法：在绕线式电动机的转子电路中接入调速电阻，改变电阻的大小，就可得到平滑调速。变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。
五、交流电机的超低速运行
目前对它的调速方法主要有变频调速、串级调速、变极调速等几种，其中以变频调速的效果最好。因此，用于交流电动机变频调速的变频器使用越来越广泛。本文选用新型的变频器来进行研究，新型变频器可以提供一种输出电压比所驱动的电动机的额定电压低、体积小、造价低，电磁干扰小的交流电动机超低速运行变频器。
六、结语
综上所述，由于交流电动机在生产和生活中得到了广泛的应用，因此对其进行相关研究就显得十分必要。本文以三相异步电动机为研究对象，对三相异步电动机的启动、调速，特别是选用变频器来控制三相交流电动机的超低速运行进行了相应的介绍，通过对电动机的超低速运行进行相关研究，对以后的研究奠定了坚实的理论基础。
参考文献
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第8篇
摘要：三相交流电路广泛的应用于我们的日常生活和生产领域，所以针对三相交流电路的工作情况进行实验很有必要，然而在实验室进行
>> 基于行动导向理念的三相交流电路实验法教学设计 三相交流电路的创新学习方法与实践 智能仪表在三相交流电机智能报警系统中的应用 在三相交流电频率测量电路中一种单片机的模拟应用 演示交流电路特性的实验改进 浅谈三相交流电负载平衡的效益 三相交流电源的产生及特点研究 正弦交流电路分析中相量模型的运用 正弦交流电路中的相位实验研究初探 正弦稳态交流电路相量实验问题研究 三相交流电动机常见故障及处理 刍议三相交流电机故障原因分析与处理方法 三相交流电动机直接启动问题探讨 三相交流电机故障诊断及维修 PLC在三相交流异步电动机变频调速中的应用 “电阻、电容、电感对直流和交流电路的影响”实验的改进 正弦交流电路三要素的教学思考 论三相交流电动机常见故障及处理 五相交流电机与传统交流电机的比较研究 分布式光伏发电并网交流电路仿真设计 常见问题解答 当前所在位置：中国 > 科技 > Multisim仿真软件在三相交流电路实验中的应用 Multisim仿真软件在三相交流电路实验中的应用 杂志之家、写作服务和杂志订阅支持对公帐户付款！安全又可靠！ document.write("作者：未知 如您是作者，请告知我们")
申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 摘要：三相交流电路广泛的应用于我们的日常生活和生产领域，所以针对三相交流电路的工作情况进行实验很有必要，然而在实验室进行三相交流电路实验时有较大的危险性，一些短路断路的实验也较难进行。电路仿真软件Multisim提供了适用于三相交流电路仿真的各种元件模块及测试工具，利用该软件对三相交流电路进行仿真，与理论分析的结果一致。实验表明利用MuIdsim对三相电路进行各种实验分析很方便准确，可以在今后的电工实验中得以推广。
第9篇
【关键词】变频调速 交流电动机
一、绪论
（一）变频调速技术简介。
变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。电机有直流电机和交流电机。直流机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电机由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来太大的麻烦。因此人们希望让简单可靠廉的交流电机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。
（二）国内研究现状。
我国是一个能源生产大国，但我国同时也是一个能源匮乏国，随着能源危机的加重，各行各业都应该实现节能减排。工矿企业作为能耗企业，如果实现节能减排则显得尤为重要。异步电动机作为这些企业的主要动力设备，所以实现异步电动机的节能就是实现企业的节能。变频器作为一种新型节能减排技术则得到了广泛的应用。
二、交流电动机调速
（一）交流变频调速技术的发展。
交流电动机的调速系统是一项以大功率电力电子器件为基础的新型技术学科在过去的十几年间由于大功率电力电子器件的不断出现，使交流电动机的调速技术取得了很大的发展。
1.交流电机
交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器，因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。
2.直流电机
直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
（二）交流调速的方式。
异步电机得调速方法可以有改变转差率，改变磁极对数及变频三种。其中改变转差率的方法又可以通过调定子电压，转子电阻转差电压以及定、转子供电频率等方法来实现。
1.串极调速
它是将绕线式异步电动机的转差功率回馈到电网的一种比较经济的调速方法，可以又低同步及高同步两种串调方式。
2.矢量变换控制调速
它是模拟直流电及得控制特点来进行交流机的控制。
3.变频调速
它是一种最有发展前途得一种调速方式，其调速花样繁多。
三、变频调速原理
（一）异步电机变频调速原理。
交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速，用n0表示：
式中：f为三相交流电源频率，一般是50Hz；
为磁极对数。当p=1时，n0=3000r/min；p=2时，n0=1500r/min。
由上式可知磁极对数p越多，转速n0就越慢，转子的实际转速n比磁场的同步转速n0要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率表示：
在加上电源转子尚未转动瞬间，n=0，这时s=1；启动后的极端情况n=n0，则s=0，即在0～1之间变化，一般异步电动机在额定负载下的 s=1%～6%。综合（3-1）和（3-2）式可以得出：
由式（3-3）可以看出，对于成品电机，其极对数已经确定，转差率的变化不大，则电机的转速与电源频率成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。
（二）电动机变频调速方案的。
从经济角度来讲，煤矿的大容量风机、泵类负载采用高压变频调速合理性很强，可以在节能过程中逐渐收回成本。大功率的异步电动机，现有的变频器系统有两种调速方式：“高――高”，“高――低――高”。
1.高――低――高变频调速系统
采用两级变压的方式。先降压，经过降压变频器，再升压，该模式对电力电子器件的要求降低。
2.高――高变频调速系统
采用多个功率单元模块串联，直接高压变频转换。这种方式节省了升压、降压变的投资及带来的损耗，提高了效率。采用高压变频器的大容量电动机系统一般都采用高――高模式。该调速系统由于采用了桥式整流电路，在整个调速系统中功率因数较高，不需要装设功率因数补偿装置，又因为高――高变频调速系统采用多重化脉冲控制，通过模块输出串联叠加消除高次谐波的影响。
第10篇
关键词：直流调速器；变频器；PWM技术；矩阵式交-交变频
旋转电机是一种实现电能转换的机电装置，其在工作状态下可以实现机械能与电能或电能与机械能的相互转换。电流可以分为交流电或者直流电，电机一样分为交流电机和直流电机两个大类。首先来谈谈交、直流电动机的性能及优缺点。
直流电动机的调速性能要好于交流电动机，其启动转矩较大，机械特性曲线要较交流电动机特性硬。因此在对电动机调速要求较高的生产机械上，大部分使用直流电动机进行拖动。但是直流电动机的制造工艺较为复杂，生产成本较高，维护较困难，实际使用中可靠性较差。
交流电机又分为交流异步电机和交流同步电机。本次论述我只谈谈常用的交流异步电机及直流电动机的应用，特别是三相交流异步电动机。异步电动机具有结构简单、制造方便、运行可靠、价格低廉等一系列优点，特别是和同容量的直流电动机相比，异步电动机的重量约为直流电动机的一半，而其价格仅为直流电动机的1/3。对于调速要求不高的生产机械，如传送带、水泵等还是大规模的使用交流异步电动机进行驱动。在国民生产中三相异步电动机的使用十分广泛。
下面来分别论述直流电动机和交流异步电动机的调速方式。
一、直流电动机的调速
直流电动机转速计算公式如下：
上式中 与 为常数，因此对直流电动机的调速主要通过改变电动机的输入电压、绕组电阻和磁场强度来实现，而转子串电阻以及弱磁将使直流电动机的机械特性变软，一般情况下在使用直流电动机作为驱动电机时很少使用弱磁调速和转子串联电阻的调速方式，而更多的使用降压调速。直流电动机的降压调速方式可以使直流电动机在额定电压和额定转速以下进行平滑的调速。
当对直流电动机进行降压调速时，其对控制系统的电压调节能力要求较高，需要一个较为稳定可调的直流电压对电动机进行供电。而实际使用中工频交流电是我们最容易获得也是最广泛使用的电力来源，因此需要将交流电转换为直流电来驱动直流电动机工作。
直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，直流调速器的工作原理是通过改变输出方波的占空比使负载上的平均电流功率从0-100%变化、从而改变电机速度。利用脉宽调制（脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator、简称PWM。）方式进行调速，它的优点是电源的能量能得到充分利用，电路的效率高。例如：当输出为50%的方波时，脉宽调制（PWM）电路输出能量功率也为50%，即几乎所有的能量都转换给负载。另外采用脉宽调制（PWM）方式、可以使负载在工作时得到几乎满电源电压、这样有利于克服电机内在的线圈电阻而使电机产生更大的力矩。
二、交流电动机的调速
交流电动机转速计算公式如下：
（一） 变极调速
在电源频率恒定条件下，改变磁场磁极对数将使异步电动机的转速在额定转速以下发生改变，但是我们根据公式很容易发现：假设异步电动机在理想状态下运行且电源为工频时（既转差率s=0，频率 =50Hz），如果磁极对数P=1时，其计算结果为n=3000r/min；当P=2时，计算结果为n=1500r/min……因此变极调速为有极调速方式。
（二）改变转差率调速
改变转差率调速方法有：改变电源电压，改变转子回路电阻，电磁转差离合器等。
改变电压调速：通过查询异步电动机的机械特性曲线可以发现，当电压在额定电压以下调节时，电压越低其对应的转矩越小，调速范围越窄。这种调速方法，当转子电阻较小时，能调节速度的范围不大；当转子电阻大时，可以有较大的调节范围，但又增大了损耗。
改变转子电阻调速：改变绕线转子异步电动机转子电路（在转子电路中接入一变阻器），电阻越大，曲线越偏向下方。在一定的负载转矩下，电阻越大，转速越低。这种调速方法损耗较大，调整范围有限，主要应用于小型电动机调速中（例如起重机的提升设备）。
电磁转差离合器调节：电磁离合器是由电枢和感应子（励磁线圈与磁场）两基本部分所组成，这两部分没有机械的连接，都能自由地围绕同一轴心转动，彼此间的圆周气隙为0.5mm。电磁调速异步电动机具有结构简单，可靠性好，维护方面等优点，而且通过控制励磁电流的大小可实现无级平滑调速，所以广泛应用于机床、起重、冶金等生产机械上。
（三） 变频调速
变频调速就是改变驱动电源的频率以实现改变异步电动机转速的方法，根据异步电动机机械特性曲线可以看到，变频调速可以使异步电动机的转速实现无极平滑调速，且机械特性较硬，但是异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
变频调速器是把工频交流电变换成各种频率的交流电能，以实现电机的变速运行的设备，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电来驱动交流异步电动机进行旋转。
总述：通过比较交流异步电机的变频调速和直流电机的调压调速我们发现，两者在调速控制方面直流电机的调速方式更为简单，通过交-直调压的方式就可以实现对直流电动机的转速的调节。而交流异步电动机的调速方式为交-直-交变频调速，变频的同时还需要兼顾频率与电压的关系，因此，变频调速的控制系统要更加的复杂，且效率要低于直流电动机的调压控制系统。
20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM-VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。
随着科技的进步，半导体器件发展越来越集成化，小型化，基于电力电子器件的调速设备也将发展出更多的形态和调速方法，而超导材料的诞生也将使得电动机的质量变得越来越轻便化、小型化。因此笔者推想，未来直流电动机和交流异步电动机的调速方式将更加的多元化，特别是交流异步电动机的调速能力将越来越接近甚至是超越直流电动机，应用在更多的工业领域。
第11篇
【关键词】石油钻机 电气系统 自动化
1 前言
随着经济的快速发展，整个世界的石油需求量也在迅速增长，因此石油开采工艺的要求也随之提高。目前是电子信息发展迅猛的时代，各个行业都在利用高新科技来提高生产工艺水平。在石油生产中，每个国家都在想方设法提高石油开采的效率来增加石油产量，电气系统的机械化管理功能无疑是给这一关键的技术带来革命性的突破。
2 石油钻机系统构成
石油钻机是钻井工作设备中不可缺少的机械设备，钻机必须能给钻井工具提供足够转速和转矩的工作性能下，还能保持一定的钻压，为能够满足更换钻头、下套管、钻具设备的送进以及井下事故的处理需求，钻机电气系统还应具备有高举重能力和提升迅速的速度，同时还能确保泵压和排量的正常作业，维护石油开采的正常工作。在此，主要介绍石油钻机电气系统的构成。
石油钻机是套性组合的重型机组设备，由传动机组、动力机组和多工作机组等组成。而它的工作系统包括钻井悬挂、泥浆循环、动力装置传动、旋转钻井、控制、底座和其他辅助设备。由于电力驱动钻机具有良好的性能，所以是大型钻机设备发展的方向。石油井的生产场地分为动力区、泥浆泵区、钻台区、固控区等，这些区域设备的工作都要依赖电气系统带动。
电系统的动力电源在大多石油开采场地都是由柴油发电机机组进行供应。发电机组的电源要经过控制柜进行输出电压和频率的调整，按照石油开采现场的实际工作情况来确定发电机组的工作数量，进而使用专门的控制系统进行几台供电机组的发电功率分配及同步并网的连接。钻机主要的电量来源由SCR系统连续供应调控后的直流电或者经变频器整流后，逆变出的可变电压、可变频率的电源提供。而钻机辅助设备，固控系统及照明设备和生活区的用电供给需要通过开关柜进行电压切换或者单独使用柴油机组实现供电[1]。
3 电气系统的电力驱动
3.1 交流电驱动
（1）交流电驱动工作原理。在大功率的变频设备没被应用到石油开采之前，主要用交流电动机来进行钻机的驱动工作。随着技术的进步，大功率的交流电动机被充分的应用到石油的钻机作业工作中，其类型可分为异步式交流电动机和同步式交流电动机。
（2）交流电动机的调速控制。交流电动机的调速方法有三种类型：变级调速类型、有级调速类型、变频调速类型。通过更改电子绕组的连接法，更改变电机子的极数实现变级调速。在绕线转子中串接入多级电阻器，就能实现交流电动机的有级调速。变频调速的目的主要是为转速能够连续调节，通过更改交流电的频率波动就能实现。
（3）交流电动机变频调速的特质。交流电动机的变频调速可以通过可控硅变频设备内部进行两次电流性质的更改来实现。可以先把交流电经晶闸管的整流电路转换为可调控的直流电，可调控的直流电在经逆变器设备转换成可调控频率的交流电[2]。
3.2 直流电力驱动
（1）直流电驱动的工作原理。电驱动钻井机运用通电导体在磁场中受电磁力的作用实现直流供电。用于石油开采的供电磁场是供比较大型的直流电动机使用的电磁场，能够为定子绕组进行直流电供电，使导体生成较为稳定的磁场，实现通电导体在电磁场中受电磁力的作用而进行连续供电。
（2）直流电动机的调速控制。直流电动机的调速一般采用以下三种方法：
①在励磁场中的电路系统串入电阻来降低他励及并励直流电动机的主磁调速。串励直流的电动机是要在励磁线圈的旁边并入电阻器。并入可调的电阻器可以产生无极调速的性能；并入有级电阻器可以产生有调级速的性能。
②实现较小型的直流电动机调速可在电路的中枢系统中串入电阻器。
③通过可调控的直流电源来改变电路中枢系统的输入电压，可调控直流电源的获取方法有两种，一是通过触发晶闸管的导通角把交流电转换成可调控的直流电；二是用直流发电机进行发电。但前者在石油钻机的应用更广泛。
（3）直流电整流后的影响。在直流系统进行直流电的整流后，系统的功率因素会变低，开采场地有无专门的设备做功率的补偿工作，容易使规格一样的直流系统钻机发电机组设备相对变频钻机设备的电源装机容量增大。针对这样的情况国内也有相关的单位对其进行技术的补救研发，现场无功补偿装置的研制主要是加入持续调控和迅速反应的无功率补偿技能。新设置的提出不仅对供电质量进行改良，还进一步提高供电系统的功率因数。但该技术因操作人员的认识缺乏，还无法进行普及应用[3]。
3.3 常用钻机电力驱动和传动
国内最为常用的直流电驱动钻机型号是AC―SCR―DC。柴油机带动的电源经电网进行动力并车后实现集中供电。集中的电源还要经可控硅整流设备完成交流变直流的转换后，才能进入驱动直流电动机实现直流电力驱动工作。AC―SCR―DC电动机的动力传送方法有独立驱动和分组驱动两种类型。
C―SCR―DC电驱动钻机的工作特点。将传动系统简单化，总传动效率被提高；采用电子进行调速，确保柴油机能稳定运转，使用寿命延长，耗油量降低；具有较强可塑性，启动能力增强，调速程度较广，能够进行无极调速；但机械的成本较高，使用寿命短，维修不便。
4 存在的安全隐患
（1）石油开采场地大多是比较潮湿的环境，现场施工的设备移动频繁，临时的不用的设备也很多，这样就为石油的施工作业带来一定的用电安全隐患。开采现场的机械设备都是临时铺设，为方便连接和撤离时的拆装，且钻井机的台面和泵区、控制区等会有很多的泥浆沉积，从而造成施工地面极易积水，施工的设备又多是金属，因此用电安全的问题变得很严峻。所以要经常检查设备的安全性，避免出现漏电的情况发生。
（2）石油开采的地段天然气体也较为集中，在开采的过程中，由于技术缺陷，可燃易爆的气体经常会泄露，如果防爆区内没有对所有用电设备进行保护设置，极有可能会引发严重的安全危害。雨天的防雷设施也很重要，因此还要加装防雷设备，进行全面安全防范。
5 结语
面临能源危机问题，各国都在利用创新科技对石油开采工艺进行技术的改良，以便能够在有限的资源基础上获得更多的经济效益。石油钻井工艺是一个复杂的系统工程，施工过程中存在很多的可变量，繁多的计算数据导致数学建模加难，仅仅依靠经验来处理问题是不够的。为此，要充分把科技引入石油的开采作业中，进一步实现电气系统带来的自动化管理，用科学合理的运算方式带动机械进行施工作业，模拟化和智能化是石油钻机电气系统未来的发展方向。
参考文献[1] 胡涛，朱桥飞，李晓亮.全电动石油钻机作业安
全用电分析[J].石化电气，2012，31（19）：24-29[2] 崔绍鲲.石油钻机电气系统研究[J].中国石
油和化工标准与质量，2012，8（4）：74
第12篇
[关键词]变频器 控制方式 工作原理
中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章
0前言
近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。如何选择性能好的变频其应用到工业控制中，是我们专业技术人员共同追求的目标。下面结合作者的实际经验谈谈变频器的工作原理和控制方式。
1 变频器的工作原理
交流电动机的同步转速表达式：
n=60f（1-s）/p （1）
式中：n――异步电动机的转速；
f――异步电动机的频率；
s――电动机转差率；
p――电动机极对数。
由式（1）可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
2 变频器控制方式
低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交―直―交电路。其控制方式经历了以下四代。
2.1 U/f=C 的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式
这种方式的特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。
2.2 电压空间矢量（SVPWM）控制方式
这种控制方式是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。
2.3 矢量控制（VC）方式
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic ，通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia11b1再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1 ，It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
2.4 直接转矩控制（DTC）方式
1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
2.5 矩阵式交―交控制方式
VVVF 变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交―直―交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交―交变频应运而生。由于矩阵式交―交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。 它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：
（1）控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；
（2）自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型， 对电机参数自动识别；
（3）算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；
（4）实现Band ―Band 控制按磁链和转矩的Band ―Band 控制产生PWM 信号，对逆变器
开关状态进行控制。
矩阵式交―交变频具有快速的转矩响应（
第13篇
关键词：交流电机、变频调速、通用变频器
Abstract: With China has strongly advocated for power saving, energy-saving AC motor technology has become essential. AC motor energy, the key is for frequency control motor, AC Motor typical application is the general-purpose inverters. Therefore, this article inverter AC motor drive applications and general-depth study and discussion.Keywords: AC motor, frequency control, general-purpose inverters
中图分类号：TN77文献标识码：A
概论
1.交流电机调速的发展和趋势
近年来,交流电机变频调速及其相关技术的研究己成为现代电气传动领域的一个重要课题,并且随着大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、快的动态响应以及在四象限并可逆运行等良好的技术性能。交流电动机调速系统的性能越来越好，特别是鼠笼式交流异步电动机的变频调速系统，其性能己与直流电动机调速系统相媲美。由于鼠笼式交流异步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、坚固耐用、工作可靠、维护方便、适应性强等一系列优点，而且功率、转速、电压的允许值高于直流电动机，所以交流变频调速技术得到了迅速的发展，并有取代直流电动机调速的趋势。
2.交流电机变频调速的应用
在拖动系统中，交流电机变频调速的典型应用就是通用变频器，用变频器驱动电动机的目的就是实现调速，让电动机按照希望的方式运转。除变频以外的另一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，虽然仍在特定场合有一定的应用，但由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。
以下就以通用变频器为例，论述交流电机变频调速的应用
2.1变频器的发展前景
中国是能源大国，能源利用率很低，而能源储备不足。然而2011年中国发电总量约为46037亿千瓦时，电力拖动系统消耗的发电量约为23018.5亿千瓦时，风机水泵类负载消耗6113亿千瓦时。因此国家大力提倡节能，并着重推荐了变频调速技术。应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在节能的转速下运行。许多电机一般按最大需求来选择电机的容量，故设计裕量偏大，而实际运行中轻载运行所占比例较高。如果采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率，因此，电机的节能潜力巨大，变频器应用于各行业。
2.2变频器应用的行业
变频器主要用于交流电动机转速的调节，是交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度控制的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。在水利、电力、市政、化工、钢铁行业、矿井提升、水泥行业风机、恒压供水等领域中，变频器都在发挥着重要作用，产生了巨大的经济效益。
2.3变频器的选型
通用变频器的选型主要依据变频器的使用类型和容量两方面。
变频器的类型要根据负载要求来选择。一般来说，生产机械的特性分为恒转矩负载、恒功率负载和二次方律负载。
变频器容量的选择由很多因素决定，如电动机容量、电动机额定电流、电动机加减速时间等，其中最主要的是电动机额定电流，电动机的额定功率作为参考。变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。
2.4变频器的工作原理以及应用
2.4.1工作原理
交流电机变频调速系统包括主电路和控制电路两部分，主电路主要完成功率的转换，控制电路主要完成对变频主电路提供各种控制信号。
（a）在交流变频调速系统中，主回路作为直接执行机构，其可靠性和稳定性直接影响着系统的运转，因此，必须选择合适的主电路。交-直-交变频电路实现由整流器将电网中的交流电整流成直流电，经过滤波，然后由逆变器逆变成交流电供给负载。中间环节采用在理想情况下是一种阻抗为零的恒压源的大电容滤波；在主电源方面，由于电动机是不需要频繁制动和反转的，所以选择不可控二极管整流桥方式。滤波电路采用阻容方式，逆变电路为三相全桥形式。在功率器件方面，由于变频调速系统，一方面要求开关频率足够高，另一方面要求有足够的输出容量，所以采用驱动功率小而饱和压降低的IGBT。在变频调速系统中，电动机的减速和停机，是通过逐渐降低频率来实现的。这时，从电动机的角度来看，电动机处于再生制动的工作状态；从变频调速系统的角度来看，拖动系统在转速下降时减少的动能，由电动机“再生”电能后，在变频主电路的直流环节中被消耗掉了。
主电路原理图
（b）控制电路作为交流电机变频调速系统的核心部分，影响着整个系统的性能，而控制系统的性能又取决于其运算速度和控制精度，这在某种程度上依赖于实现该系统的电子芯片。
在控制逆变部分，根据PWM波形的生成原理，用IGBT控制PWM波形，从而产生完美的正弦波。根据系统的设计要求，选择了转速负反馈控制，从而提高了系统的精度和稳定度。保护电路主要包括电机过压、过流、以及调速系统的保护等。控制电路和保护电路作为交流电机变频调速系统的核心部分，在影响整个系统的性能方面占有极其重要的地位，它主要是向变频主电路提供各种控制信号，使主电路安全、可靠的工作。
2.4.2变频调速的控制策略
变频调速经过了两代控制方式的转变，实现了由恒压频比控制到矢量控制的转变。
第1代变频器采用的是恒压频比控制方式，它根据异步电动机等效电路确定的线性进行变频调速。电压是指基波的有效值，改变U/f只能调节电动机的稳态磁通和转矩，谈不上动态控制。
第2代变频器的主要特征是采用矢量控制方式，它参照直流电动机的控制方式，将异步电动机的定子电流空间矢量分解为转子励磁分量和转矩分量。首先是要控制励磁，所以又把矢量控制称为磁场定向控制。矢量控制的主要缺点是需要复杂的坐标变换运算，以及需检测转速信号。因此，进一步提出无速度传感器矢量控制的方法，它根据异步电动机实际运行的相电压和相电流，以及定转子绕组参数推算出转速观测值，以实现磁场定向的矢量控制。
2.4.3交流变频调速的优越性：
(1) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
(2) 电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗。
(3) 可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击，节电效果明显。
2.4.4变频器与负载电机的通讯协议
变频器的节能效果与普通调速的对比优势在于所用的通讯协议。通用变频器一般都带有RS232/422/485通讯接口，可以实现上位工控机对变频器的1对1或1对多的通讯功能，可将上位机的运行指令下达，或将变频器的运行状态上传。在需要高精度控制时，可选用编码器，将转速反馈信号反馈到变频器，构成闭环系统。完善的软件功能和规范的通讯协议，使它可实现灵活的系统组态，组成现场总线系统，变频器在其中作为通讯的从站和传动执行装置。
2.5变频器调速与传统调速方法的比较
上世纪八十年代到九十年代初，高压电机要实现调速，主要采用三种方式：（1）液力耦合器方式。（2）串级调速。（3）高低方式。
上述三种方式，发展到目前都是比较成熟的技术。液力耦合器和串级调速的调速精度都比较差，调速范围较小，维护工作量大，液力耦合器的效率相比变频调速还有一定的差距，所以这两项技术竞争力已经不强了。至于高低方式，能够达到比较好的调速效果，但是相比真正的高压变频器，还有如下缺点：效率低，谐波大，对电机的要求比较严格，功率较大时（500KW以上），可靠性较低。
与传统的调速方法相比变频器可以实现软启动和软关闭，任意调整发动机的加/减速时间，平稳的启动电机。
3.结束语
在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，成为现代调速传动的主流。
变频器不仅具有卓越的节能作用、显著的调速性能和保护功能，还具有优越的控制方式。应用变频调速，不仅可以使电动机在节能的转速下运行，而且还可以大大提高电动机转速的控制精度，提升工艺质量和生产效率，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。
参考文献
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(2)倚鹏 高压变频器的产品和市场状况--《电器工业》2006年06期
第14篇
关键词 变频调速；交流电动机；节能
中图分类号 TM356 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0117-01
从20世纪70年代开始，计算机技术的飞跃发展使得现代控制理论得以被广泛应用到实际工业生产中。交流电力拖动系统逐步具备了调速范围宽、稳速范围大、稳速精度高、动态响应快以及在四象限中实现可逆运行等优良性能。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性持续得到提升，而价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，因此深受工业行业的青睐。
1 变频调速技术的原理
变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。
交流异步电动机的输出转速由下式确定：
n=60f（1—S）/p （1）
式中：n—电动机的输出转速；
f—输入的电源频率；
S—电动机的转差率；
p—电机的极对数。
由公式（1）可知电动机输出转速与输入的电源频率、转差率、电机极对数之间的关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速（调整p）、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整S）和变频调速（调整f）等。
变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。
2 变频调速方式
将交流电由固定的50Hz工频变换为可变频率主要有两种方式：
1）直接变换方式。它是通过可控整流和可控逆变相结合，将输入的工频电流直接强制转化为所需频率的交流输出，因而又称为“交-交变频”方式。
2）另一种称为间接变换方式，又称为“交-直-交变频”方式。它是先将工频交流电输入通过全控（或半控/不控）整流变换为直流电，再将直流电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。
3 变频调速的节能分析
由于风机（或水泵）等电机拖动设备的负载是平方转矩型，转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系：
Q1/Q2＝n1/n2 （2）
H1/H2＝2（n1/n2） （3）
P1/P2＝3（n1/n2） （4）
假设工况不变或类似：
Q1、H1、P1——风机（或水泵）在 n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率；
Q2、H2、P2——风机（或水泵）在n2转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率。
由公式（2）、（3）、（4）可知，风机（或水泵）的流量与转速成正比，压力（或扬程）与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
由公式（4）可知，在其它运行条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，节电效果非常明显。例如工况只需要50％的风量或水量，则可以将电机的转速调节为额定的一半，此时电机消耗的功率仅为额定的12.5％，即理论上节能可达87.5％。
4 变频调速的性能特点
同传统液力偶合器等调速方式相比，变频调速的性能优势非常明显：
1）消除了对电网的谐波污染。具有拓扑结构与输入变压器副边多级绕组移相整流技术，降低了输出侧的电流谐波，提高了功率因数，无需任何滤波或功率因数补偿。
2）保护功能完善。同原来的继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，瞬间过流保护（超过200%额定电流峰值）10 μs，动作有效过流保护（150%额定电流）3 s动作，过载保护（120%额定电流）1 min动作，大大加强了对电动机的保护。
3）电动机可实现软启动、软停运。变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。
4）调节灵敏，精度高，范围广。调节调速工段内的设备调节和优化控制由机组DCS完成。DCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。
5）节电效果显著。实现了挡板、阀门全开，从而减少挡板、阀门节流损失，且能均匀调速，满足调峰需要，节约了大量的
电能。
6）运行噪音低。运行频率下降至40 Hz左右时，电机的运行噪音明显下降，低于80 dB，而低速运行时基本上听不到噪音，达到65 dB以下，大大降低了现场的噪音污染。
7）转动部件发热小。由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，电机的温升和轴承温升下降明显。电机的前后轴承的温度都有相应的下降，延长了风机系统的使用寿命。
8）机械损耗小。由于低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动。风机大修周期延长，可大大节约检修费用。采用液力偶合器每年的维护费用约在5万元左右，而采用变频器后，这项费用可下降为数千元左右。
5 变频调速技术在发电站中的经济优势
变频调速技术在发电站中主要用于各种风机和水泵，下面以水泵为例，对变频调速技术在发电站应用的经济性作简要分析。
交流水泵传统上是由恒速电机驱动出口阀及调节阀控制水的流量和压力，通过人为增加阻力和回流的办法调节流量，大量能量损失在调节过程中损失了。
水泵的转速在某一范围内变化时，流量、总扬程、轴功率依次有线性、平方、立方关系。但对于实际的水泵负载，通常存在一个与高低差有关的实际扬程，扬程越小，轴功率越接近于同转速成立方的定常特性，而且转速控制产生的节电效果也越大。
第15篇
关键词电机 矢量控制 仿真
中图分类号:TM3文献标识码:A
1 电机测试台的用途
电机测试台广泛用于电动机生产厂家对电动机进行产品性能测试和质量测试,而高性能的测试台需要对电机的驱动进行准确的控制,利用高性能的控制方法控制交流电动机,能够满足系统的要求。电机测试台最重要的部分是交流部分,交流部分的好坏直接关系到电机测试台的性能。目前、交流电动机的控制方法已有很多方法,例如,直接转矩控制、神经网络控制以及模糊矩阵控制等等。本文主要是从矢量控制的角度出发,对交流电机的控制控制进行了讨论。
2 交流电机控制的发展现状及展望
异步电动机矢量变换控制方法在七十年代提出之后,即得到了迅猛的发展。直流电机相对于交流电机而言,具有更优良的动态调速特性。矢量变换控制就是是利用坐标变换的方法将交流电机模拟成为直流电机,分别控制励磁电流分量与转矩电流分量,从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。由于此方法采用了坐标变换,所以对硬件设施的性能要求较高。
良好的硬件设备是保障矢量控制法可以得到应用的关键,尤其是要不断提高控制系统的可靠性和实时性好。这是是对控制系统的基本要求也是其关键要素。电机控制系统的发展经历了分立元件的模拟电路阶段、集成电路阶段、大规模集成电路解读以及专用集成电路阶段。到目前为止,电机控制电路大多为模拟数字混合电路。因其不但可以提高系统的可靠性和实时性,同时体积更小,研发成本更少,得到了迅速的发展。作为专用集成电路(ASIC)电机控制专用集成电路品种、规格繁多,产品资料和应用资料十分丰富。但同时由于各厂商之间无统一标准,有一定的技术壁垒。由于当前电机控制的总是朝向多样化发展、并且愈来愈复杂化,直接利用厂家的产品有时候并不能够满足要求。因此许多时候需要工程师自行开发产品。DSP就是一种非常好的开发工具。DSP(digital signal processor)是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号,转换为0或1的数字信号,再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。
硬件的发展对电机控制系统发展的影响是深远的。不过目前国内与发达国家在点击控制系统的差距仍然很大。目前在DSP技术方面,德州仪器公司处在领先地位,国内的企业想要赶超,还需要很长的路要走。不过,由于电机控制系统技术的不断提高,电机控制系统的市场还有更大的发展,国内企业定将获得更多的市场份额。
3 矢量控制的基本思路
对电机进行控制,最重要的是要对转速进行控制,而转速的控制是通过对转矩的控制实现的。通过控制定子磁势Fs模值大小或控制转子磁势Fr模值及他们在控制在空间的位置,就能达到控制电机转矩的目的。控制Fs的模值大小,或控制Fr的模值大小,可以通过控制各相电流的幅值大小来实现,而在空间上的位置角s、r,可以通过控制各相电流的瞬时相位来实现。因此,只要能够实现对异步电动机定子各相电流(iA,iB,iC)的瞬时控制,就能实现对异步电动机的有效控制。
采用矢量变换控制方式是如何实现对异步电机定子电流的瞬时控制呢?异步电动机三相对称定子绕组中,通入对称三相正弦交流电流iA,iB,iC时,则形成基波合成旋转磁势,并由他建立相应的旋转磁场ABC,其旋转的角速度等于定子电流的角频率s。然而,产生旋转磁场不一定非要三相绕组不可,除单相外任意多相对称绕组,通入多相对称正弦电流,均能够产生旋转磁场。一个具有位置互差90o两相定子绕组、,当通入两相对称正弦电流i、i时,则产生旋转磁场。如果这个旋转磁场的大小,转速及转向与上述三相交流绕组所产生的旋转磁场完全相同,则可以认为上述两套交流绕组等效。由此可知,处于三相静止坐标系上的三相固定对称交流绕组,以产生同样的旋转磁场为准则,可以等效为两相对称固定交流绕组,并且可知三相交流绕组中的三相对称正弦交流iA,iB,iC与二相对称正弦交流电流i、i之间存在确定的变换关系
4 交流矢量控制仿真
根据矢量控制基本思路可以利用Matlab/SIMULINK软件,对电机交流控制系统进行仿真。建立出来的系统模型如图所示。
在此系统模型中,最重要的是电流调整器。电流调整器的作用是为了为其后所接的IGBT三相桥提供驱动信号。它将反馈得到的电流信号与电流给定值向比较,得到电流信号的差值。此差值通过一个继电器,输出高低电平信号。这每一路信号都分别直接或是通过一个反门接到同一个桥的上下桥臂上。这样就保证了同一桥的上下桥臂上加的是一个互补的驱动信号。这就避免了同一桥的上的两个IGBT同时导通,防止了直通现象的产生,避免三相桥过热烧毁,同时也使得各个器件能够有效导通。由此可以得到电磁转矩的波形,如下图所示:
通过仿真实验获得的上述仿真曲线可以看到仿真模型的与实际调速系统运动过程基本吻合。充分验证了在异步电机矢量变换数学模型的基础上结合MATLAB/SIMULINK建立的仿真模型的正确性。我们由此可以得到以下结论:
(1)交流电机和直流电机共同的运动机械特性,是交流电机矢量控制的实质和关键。
(2)坐标变换从物理上必须遵守旋转磁场等效原则和功率不变原则,从数学上看就是通过系统状态的相似变换,达到状态重构和参数重构的目的,使数学模型变得简洁易解。
(3)磁链的观测认识矢量控制中的难点。由于直接测量存在着脉动分量等问题,现在大都采用的是间接测量,但仍然存在着其准确性易受参数变化的影响等问题。
(4)利用MATLAB/SIMULINK仿真,可以看出矢量控制交流电机可以得到非常良好的动态性能。
参考文献
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