变频专用电机（精选七篇）
变频专用电机 篇1
关键词：变频器,普通电机,变频专用电机
1 概述
随着电力电子技术、微电子技术的惊人发展, 以变频器为代表的交流调速方式, 正在以其卓越的性能和经济性, 在调速领域, 引导了一场取代传统调速方式的更新换代的变革。使机械自动化程度和生产效率大为提高、节约能源、提高产品合格率及产品质量、电源系统容量相应提高、设备小型化、增加舒适性。由于变频电源的特殊性, 以及系统对高速或低速运转、转速动态响应等需求, 对作为动力主体的电动机, 提出了苛刻的要求, 给电动机带来了在电磁、结构、绝缘各方面新的课题。
2 变频专用电机的特点
2.1 电磁设计
对普通电机来说, 在设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频专用电机, 由于临界转差率反比于电源频率, 可以在临界转差率接近1时直接启动, 因此, 过载能力和启动性能不再需要过多考虑, 而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下:
2.1.1 尽可能的减小定子和转子电阻。
减小定子电阻即可降低基波铜耗, 以弥补高次谐波引起的铜耗增加。
2.1.2 为抑制电流中的高次谐波, 需适当增加电动机的电感。
但转子槽漏抗较大, 其集肤效应也大, 高次谐波铜耗也增大。因此, 电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
2.1.3 变频专用电机的主磁路一般设计成不饱和状态。
一是考虑高次谐波会加深磁路饱和;二是考虑在低频时, 为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
2.2 结构设计
在结构设计时, 主要也是考虑非正弦电源特性对变频专用电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响, 一般注意以下问题:
2.2.1绝缘等级:一般为F级或更高, 采用高分子绝缘材料及真空压力浸漆制造工艺以及采用特殊的绝缘结构, 使电气绕组采用绝缘耐压及机械强度有很大提高, 足以胜任马达之高速运转及抵抗变频器高频电流冲击以及电压对绝缘之破坏。
2.2.2对电机的振动、噪声问题, 要充分考虑电动机构件及整体的刚性, 尽力提高其固有频率, 以避开与各次力波产生共振现象。变频专用电机震动等级为R级, 机械零部件加工精度高, 经特殊的磁场设计, 进一步抑制高次谐波磁场, 以满足宽频、节能和低噪音的设计指标。并采用专用高精度进口轴承, 可以高速运转。
2.2.3冷却方式:一般采用强迫通风冷却, 即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。不管电机在何种转速下, 都能得到有效散热, 可实现高速或低速长期运行。
2.2.4防止轴电流措施, 对容量超过160kW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称, 也会产生轴电流, 当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时, 轴电流将大为增加, 从而导致轴承损坏, 所以一般要采取绝缘措施。
2.2.5对恒功率变频专用电机, 当转速超过3000/min时, 应采用耐高温的特殊润滑脂, 以补偿轴承的温度升高。
3 变频器对电机的影响
3.1 电动机的效率和温升的问题
不论那种形式的变频器, 在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流, 使电动机在非正弦电压、电流下运行。以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例, 其低次谐波基本为零, 剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为:2u+1 (u为调制比) 。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗的增加, 最为显著的是转子铜耗;因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的, 因此, 高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后, 便会产生很大的转子损耗;除此之外, 还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热, 效率降低, 输出功率减小, 如将普通电机运行于变频器输出的非正弦电源条件下, 其温升一般要增加10%-20%。
3.2 电动机绝缘强度问题
目前中小型变频器, 不少是采用PWM的控制方式。它的载波频率约为几千到十几千赫, 这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率, 相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压, 使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外, 由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上, 这些冲击电压不但峰值高而且出现的频率高, 会对电动机对地绝缘构成威胁, 对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。
3.3 谐波电磁噪声与震动
普通电机采用变频器供电时, 会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉, 形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时, 将产生共振现象, 从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽, 转速变化范围大, 各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。
3.4 轴电压的增加
轴电压是指两个轴端的电压或轴与轴之间的电压, 对于变频供电的电动机, 通常加在电动机上的各相电压是平衡的, 然而由于各相整流元件和控制元件特性的差异, 可能出现某瞬间的电压失衡现象, 在轴上产生较大的轴电压;再加上转子上的谐波电压会以轴承油膜为介质形成一个对地电容, 从而产生一容性电流;电流通过轴和轴瓦之间的油膜流动, 若达到临界润滑状态, 油膜将被破坏, 会有很大的电流流过油膜, 从而缩短轴承寿命或损坏轴承合金, 发生事故。
3.5 电动机对频繁启动、制动的适应能力
由于采用变频器供电后, 电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动, 并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动, 为实现频繁启动和制动创造了条件, 因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下, 给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。
3.6 低转速时的冷却问题
首先, 异步电动机的阻抗不尽理想, 当电源频率较低时, 电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次, 普通电机在转速降低时, 电流和磁通都基本保持不便, 但冷却风量却与转速的三次方成比例减小, 致使电动机的低速冷却状况变坏, 温升急剧增加, 难以实现恒转矩输出。
4 普通电机当变频专用电机用存在的问题
工厂有很多时候是用普通电机当做变频专用电机来使用的, 但是由于普通电机机都是按恒频恒压设计的, 不可能完全适应变频调速的要求, 性能没有变频专用电机好, 频率太高或太低都会运行不稳定, 在低频下转矩波动很大。
普通电机设计转速是很高的, 当电源频率较底时, 电源中高次谐波所引起的损耗较大, 致使电动机温升增大;另外低频时它自带的风扇不足以冷却自身, 更会加剧电动机温升的提高;电动机温升增大会影响绕组的使用寿命, 限制电动机的输出, 严重的甚至会烧毁电动机。
5 结语
变频调速目前已经成为主流的调速方案, 可广泛应用于各行各业无级变速传动。特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用, 而变频专用电机是专门配备变频器使用的特殊电机, 它的使用也会日益广泛, 可以这样说由于变频专用电机在变频控制方面较普通电机的优越性, 凡是用到变频器的地方我们都不难看到变频专用电机的身影。
参考文献
[1]姚锡禄主编.变频器控制技术与应用.福建科学技术出版社2005.2
[2]GB/T21707-2008变频调速专用三相异步电动机绝缘规范
专用变频器的供水装置论文 篇2
一、回顾
一般规定城市管网的水压只保证6层以下楼房的用水，其余上部各层均须“提升”水压才能满足用水要求。以前大多采用传统的水塔、高位水箱，或气压罐式增压设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“提升”水量，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。
自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。
新型供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。恒压供水调速系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断投入开发、生产这一高新技术产品。
目前该产品正向着高可靠性、全数字化微机控制，多品种系列化的方向发展。追求高度智能化，系列标准化是未来供水设备适应城镇建设成片开发`智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。
在短短的几年内，调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替。虽然单泵产品系统设计简易可靠，但由于单泵电机深度调速造成水泵、电机运行效率低，而多泵型产品投资更为节省，运行效率高，被实际证明是最优的系统设计，很快发展成为主导产品。
二、变频控制恒压供水控制方式
众所周知，水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即N=KN3N：为水泵消耗功率;n：为水泵运行时的转速;K为比例系数。而水泵设计是按工频运行时设计的，但供水时除高峰外，大部分时间流量较小，由于命名用了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化，最终达到节能的目的。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。
目前国内各厂家生产的供水设备电控柜，除采用落后继电接触器控制方式外，大致有以下四类：
逻辑电子电路控制方式：
这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动有冲击、抗干扰能力较弱。但成本较低。
单片微机电路控制方式：
这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时调试较麻烦，追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不是很高。
带PID回路调节器和/或可编程序控制器(PLC)的控制方式：
该方式变频器的作有是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。
由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来计时，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。
新型变频调速供水设备：
针对传统的变频调供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品，如华为的TD2100;施耐德公司的Altivar58泵切换卡;SANKEN的SAMCO-I系列;ABB公司的ACS600、ACS400系列产品;富士公司的G11S/P11S系列产品;等等。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使水压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水压反馈信号值的准确、不失值，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的.调试非常简单、方便。这类变频器的价格仅比通用变频器略微高一点，但功能却强很多，所以采用带有内置PID功能的变频器生产出的恒压供水设备，降低了设备成本，提高了生产效率，节省了安装调试时间。在满足工艺要求的情况下应优先采用。
三、供水专用变频器的功能
供水专用变频器=普通变频器+PLC，是集供水控制和供水管理一体化的系统。内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统。传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可以使用变频器的键盘设定，也可以采用一只电位器以模拟量的形式送入。每日可设定多段压力运行，以适应供水压力的需要。也可设定指定日供水压力的需要。也可设定指定日供水压力控制。面板可以直接显示压力反馈值(Mpa)。
系统供水有两种基本运行方式：变频泵固定方式和变泵循环方式。变频泵固定方式最多可以控制7台泵，可选择“先开先关”和“先开后关”(适用泵容量不用场合)2种水泵关闭顺序。变频泵循环方式最多可以控制4台泵，系统以“先开先关”的顺序关泵。灵活配置常规泵、消防泵、排污泵、休眼泵，便于实现供水泵房全面自动化。工作泵与备用泵不固死，可自动定时轮换。可以有效地防止因为备用泵长期不用时发生的锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。工作小时自动累计功能，方便节能分析和设备状况维护。夜间供水量急剧减少时，可方便指定每日休眼工作的起始/停止时刻，并可设定休眼时的压力给定值。休眼期间，只有休眼水泵工作，变频器只监测管网压力，当压力低于设定压力时，系统自动唤醒。变频泵投入工作，当压力高于设定值时，系统再次进入休眠状态，只有休眠水泵运行。这样，能最大限度地节水节电功效。具有零星停机功能，在用户不用水的情况下会自动停机。故障泵退出功能，水泵出现损坏时，让故障泵自动退出工作。有消防信号外部输入接口，当有火警或消防信号到来时，系统能自动世换到消防模式，有多种消防工作模式可选，主要根据消防和生活管网是否共用，以及进水池是否共用等条件来进行选择。另有消防泵自动巡检功能，定时巡检周期可设定。
利用通讯功能，可实现联网控制。便于楼宇自动化和管理。
另外还有一些功能，如排污泵控制功能、进水池液位检测及控制、管网超压/欠压保护功能、温差及压差控制、故障自动电话拨号(当供水系统或变频器发生故障时，通过内置的RS232C串行通讯接口，与外接的MODEM设备进行信号连接，自动启动预先设定的电话号码和信息，及时通知设备维护人员进行相应处理，可以方便地实现泵房无人职守运行)。
变频专用电机 篇3
关键词：定频电机；变频电机；绝缘系统；性能
随着电力电子技术、工业自动化的发展，人们对变频节能意识的提高，变频电机日益广的使用在空压机，风机水泵，矿业，纺织等各个行业。但在现实生活中，为了节约资金，经常出现用定频电机代替变频电机使用的情况。本文简单介绍了定频电机和变频电机的设计特点，并根据两种电机的特点分析了定频电机做变频电机使用的缺点和危害。
一、定频电机的设计特点
1、以市场固定的电压和频率为基础，一般为380V，50Hz，考虑电压波动±10%，频率波动±2%。
2、定子采用标准的电磁线和绝缘系统，一般有B級，F级和H级之分。
3、散热采用自冷风扇，电机轴尾端安装一个风扇，电机运转时风扇随电机轴一起转动到达散热目的。
4、大多电机采用角型接法，通过星一三角转换降低相电压启动，以降低启动电流。
5、为达到良好的启动力性能，转子槽型多采用凸型槽、刀型槽或双笼槽。
6、定频电机一般不考虑轴电流的影响。
二、变频电机的设计特点
1、变频电机设计时以额定电压和额定频率为基础兼顾变频调速范围，并考虑变频器引起的电压降低情况。
2、定子采用能承受变频供电浪涌电压反复冲击的绝缘系统，一般采用抗电晕电磁线，并采用VPI真空浸漆工艺。
3、散热采用独立的冷却风机，有单独电源控制。在低转速运行时，风量恒定；在电机高转速运转时，噪声不增加。
4、变频电机采用变频器直接启动，一般直接采用星形接法，避免角接产生的环流对电机性能的影响。
5、变频电机不必考虑启动性能，考虑集肤效应对转子运行电阻增加，铜耗增大的影响，一般采用上宽下窄，槽深较小的闭口转子槽型。
6、在设计时考虑考虑轴电压和轴电流对电机轴承的损害，制定消除轴电流的措施，比如：采用绝缘轴承、轴承室喷涂绝缘层、安装接地电刷等。
三、定频电机做变频电机使用时的缺点和危害
1、对绝缘系统的危害。定频电机的电磁线采用标准的漆包圆铜线上的双层涂膜结构不能长期承受变频器浪涌电压的反复冲击，在高频电压的冲击下漆膜易变脆破裂引起匝间、对地、甚至烧包现象。
2、变频供电对性能影响。变频供电时，由于高次谐波的存在，电机内部会产生各种附加损耗，包括定子和转子的附加铜损耗、定子附加铁耗、附加杂散损耗；且在高频下运行时，集肤效应使转子电阻增加导致转差铜耗显著增加，变频供电带来的各种损耗致使电动机温升增大，效率降低。
3、低速运行时的缺点。普通异步电动机在低转速运行时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况急剧变差，温升急剧增加，导致定频电机在低转速不能长时间恒转矩运行，只能短时恒转矩运转或降低转矩运行。定频电机做变频电机在低转速使用时因磁场过饱和，激磁电流增大，引起过载能力不足。
4、高速运行时的缺点。定频电机没有考虑高速运转结构强度情况，在高速运转时，可能出现因整体强度不足产生较大的振动，高速运转产生的离心力易引起轴弯曲变形或转子扫蹚现象。定频电机在高速运转时，自冷风扇的转速随电机转速的提高而提高，噪声随之飙升，并可能出现风扇因强度不足而损坏的情况。
5、接法对电机性能的影响。定频电机一般采用角型接法，相比变频电机星形接法相电压增大1.73倍，对电机的绕组绝缘不利；变频电机采用星形接法在每相感应电动势中三次及三的倍数次谐波不会形成环流，而工频电机的角型接法中产生三次及三的倍数次谐波形成环流，对电机绕组带来了额外的损耗，使电机的效率下降，温升提高。
6、轴电流的危害。定频电机没有考虑轴电流的影响，没有制定相应的措施，在变频供电的高次谐波的影响下，轴电压和轴电流会比工频正弦供电时要大20～50%轴电压，且轴电压和轴电流随着电机频率的增加而增大，当轴和轴承之间的轴电压超过了允许值时，油膜或润滑脂因轴电流通人使之遭到破坏，最终放电使轴损坏和轴承失效。
四、结语
定频电机和变频电机有各自的设计特点和使用场合，采用定频电机做变频电机使用，虽然可以调速运转，但具有一定的缺陷和风险。建议变频工况时采用专用的变频电机。
（2）接头：在街头后方10mm出引燃电弧后，电弧长度约为焊条直径，将电弧引至接头处，将熔池接头熔化，然后填充焊丝恢复到原来的角度，从而可以正常的操作手法施焊。
四、焊接试验
1、自检。焊接检验是保证焊接产品质量的重要措施。每条焊缝在焊后都要认真检验，如发现不符合规定的部位，都要仔细返修，直至合格。
2、渗透探伤检验。每条焊缝外观检验合格后，再进行100%渗透探伤检验。经渗透探伤检验后，如有超标缺陷，应进行仔细返修先标出缺陷位置，再用碳弧气刨或磨光机将缺陷清理干净，然后按上述方法将焊缝焊好，直至合格。
五、结语
根据实际焊接证明，以上的焊接工艺是可行的，另外此焊接工艺可供类似的材质焊接参考应用。
变频专用电机 篇4
关键词：散热风机,主电机,变频,联锁
1 问题的提出
在石化企业中,为了节能或达到工艺控制要求,机泵多采用变频控制。如果采用普通电机,那么由于正常工况下负荷较低,电机转速也会很低,与其转子同轴的风扇转速相应也低,散热效果大大下降,因此会导致电机温升过高甚至烧毁。有的变频电机采用特殊的散热通道,即在电机后端盖侧装上一个与主电机同心但不同轴的散热风机,其电源只有采用工频才能保证主电机的散热效果。某特大型石化企业低压开关柜没有考虑给变频电机的散热风机提供独立电源,为保证电机设备的安全,必须对开关柜内的变频回路进行改造。
2 情况介绍
全厂共有32路带有这种散热风机的低压变频回路。由于低压开关柜的备用回路非常少,因此用备用回路给散热风机提供电源,势必造成备用回路的浪费。如果新增的散热风机与主电机回路不在同一抽屉,甚至不在同一开关柜,那么为实现两者间的联锁就要增加大量的电缆。由于这种散热风机的功率很小,一般不超过1kW,因此,从容量上讲,与原主电机回路共用一个抽屉是完全足够的。于是,考虑通过改造原主电机变频回路来实现对散热风机的供电及其与主电机回路的联锁。
3 变频回路的改造
低压开关柜采用ABB MNS3.0柜型,变频器由ABB进行组柜安装。变频回路的主接线及控制回路原理图如图1所示,变频器接口图如图2所示。
从图1、图2可知,接触器KM采用前置式接线方式,安装在变频器的电源侧;变频器的通/断电以及运行/停止均由运行人员通过接触器KM进行控制;变频器通电准备就绪后,运行人员通过DCS给变频器4～20mA信号来调节电机的转速。
为保障主电机的安全,必须满足两点联锁要求:
(1)散热风机必须同时或早于主电机起动,若散热风机没有运行,则不允许主电机起动。
(2)正常运行时,若散热风机故障停机,则主电机必须停机,以免发热烧毁。
按照以上联锁要求,对变频器回路进行了改造,主接线及控制回路改动部分如图1中所示;变频器接口改动部分如图2中所示。
改造后,散热风机FAN与主电机M共用一路电源,新增Q2作为散热风机的主电源开关。Q2采用ABB空开,实际为MS325电机起动器,相当于微型断路器和热继电器的组合,具有短路、过载和断相保护功能,额定电流为4A。由于Q2额定电流很小,因此风机接触器KM1线圈回路的控制电源不另加熔断器进行保护。
运行人员在远方或就地操作,使接触器KM得电;KM主回路接通,变频器通电,同时,KM也接通散热风机接触器KM1线圈回路,使KM1吸合;主接触器KM吸合、KM1吸合(即散热风机运行)、试验开关Q1未投三个条件均满足时,变频器起动运行;当变频器接收到由DCS送来的4～20mA信号时,主电机开始运行。如果Q2未送电、KM1线圈回路断线等造成KM1未吸合,那么散热风机不能运行,变频器也无法起动,满足了散热风机先于主电机运行的要求。
散热风机由于某种原因导致保护动作、Q2跳闸,那么接触器KM1会随之释放,变频器会停运,其输出所驱动的主电机也会停机,满足了散热风机故障联锁主电机停机的要求。
4 结束语
本次改造中,原电机回路仅增加1个空开和1个接触器就实现了对散热风机的供电及其与主电机间的联锁,工作量和投资均不大,却收到了很好的效果。
参考文献
[1]王正茂,等.电机学[M].西安:西安交通大学出版社,2000
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[3]王仁祥,王小曼.通用变频器选型、应用与维护[M].北京:人民邮电出版社,2005
[4]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].上海:上海工业大学出版社,2004
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[6]李海发,王岩.电机与拖动基础[M].北京:清华大学出版社, 1994
电机加工专用工具研究 篇5
1 对加工工具的基本要求
1.1 加工质量及精度
对电机进行加工, 其质量要求十分高, 因此, 对于加工工具的精度、稳定性等方面都有十分严格的要求。对于电机加工, 一般的加工工序为:上表面车序、幢序和钻序;内表面圆台上端面车序、撞序和钻序;下端面车序、键序和钻序。在这些工序的操作中, 需要对加工材料多次翻身等操作, 对于加工工具的精确度、加工工具的表面粗糙度的要求都有很高的要求, 只有加工工具的精度和质量做到最高, 所加工的工件的质量和精度等都会得到保障, 才能够保障加工出的电机的稳定性和可靠性。另外, 在电机加工过程中, 对于电机加工工具的材料也有一定的要求, 在电机的工作过程中, 会受到电磁等因素的干扰, 因此, 对于电机加工工具的材料来讲, 必须使用非磁性的材料来制作, 而且要求电机加工工具的表面光滑, 从而防止电机加工表面受到损坏。而且电机中的各个零件十分复杂, 需要在加工过程中对零件进行固定, 这就要求电机加工工具能够将加工零件良好的固定, 并且能够不损害工件表面。如此, 才能保障加工出的电机的质量和精度。
1.2 提高效率, 节约成本
在电机加工中, 对于加工效率有一定的要求。对电机进行加工时, 电机需要经过多个步骤, 要进行起吊、固定、加工、翻身等多次操作, 这就要求, 在加工过程能够尽快进行, 以防止零部件在加工过程中受到损害, 因此, 要求专用加工工具能够更加灵活稳定, 能够很好的发挥其工作水准, 最好是使用组合式电机专业加工工具, 从而大大的提高了工作效率, 而且在一定程度上提高了制作单位经济效益。另外, 在进行专业工具的制造时要注意节约成本, 这就需要相关人员研制出工作精确, 配合度高, 自动化强的新型专业加工工具, 如此, 在进行电机加工时, 能够减少人员操作, 大大减少了人为误差的出现, 同时也降低了相关单位的制作成本, 提高公司的经济效益。如此, 在节约生产成本、提高生产效率的同时, 使电机的稳定性、灵敏性、可靠性都得到了创新和提高, 有利于新型电机加工的出现。
1.3 安全及方便
在进行电机加工中, 还要求保障员工及工程安全。在电机加工中, 电机种类繁多, 不同的电机有着不同的要求, 因此, 要严格要求电机加工人员, 要求相关人员具备相关专业知识, 而且要有过硬的职业素养, 以及丰富的工作经验, 如此, 相关工作人员在进行电机加工时, 才能够熟练的掌握不同电机的不同要求, 从而保障了工作人员以及以后点击使用过程中的工作安全。另外, 有些电机的重量和体积都十分庞大, 在进行起吊、固定、加工、翻身等操作时存在着很大的安全隐患, 而且有的电机要求使用特殊材料, 特殊材料的应用在加工过程中也存在着许多隐患, 因此, 电机的加工对专业加工工具有着十分严格的要求, 同时也要求加工工程中能够有效的控制加工时间, 从而减少加工工程中安全事故的产生。只有专业工具进行加工环节得到了保障, 才能使以后的各项工序的顺利完成得到保障, 便于进行下一步的操作。
2 设计思路及措施
2.1 组合式设计
电机加工的工序十分繁杂, 若是为每个加工工序都设计专用工具, 会消耗大量的人力、物力、财力, 不但会使加工时间延长, 而且对相关单位的经济效益十分不利。在进行电机加工过程中, 要经过起吊、固定、加工、翻身等几个操作, 要想使电机加工过程更加简便, 就要设计出一种特定的专用工具, 能够使这几道工序同时进行处理, 也就是说, 要设计出一种组合式电机加工专用工具。但是, 这种专用工具的设计并不简单, 在保证加工精度和可靠度的前提下, 进行组合式改造, 显得十分困难。因此, 在今后的电机加工专用工具的加工研究中, 要加强对组合式专用加工工具的研究。
2.2 充分保证工具的结构稳定性
在电机的加工过程中, 要保证电机的正常使用, 电机的加工工具必须要保证能够正常使用才能造出好的电机。在吸取别人的长处, 就能保证工具的加工稳定性, 这样只有结构的稳定性, 才能设计出一个长方体的焊接结构工具, 这样就能使工具的重心进一步的降低, 这样只有重心低了, 稳定性才会更加的稳定。在保证整体的完整性的时候, 就能最大程度的使工具能够成为一个系统, 这样在保证电机加工工具的整个的工序能够在电机的加工过程中, 形成一个系统或者说是一个整体, 这样就能在电机的以后的加工过程中正确, 这样就能使电机的加工过程保证在一个稳定的环境中, 进行电机的正常加工。这样之后电机的加工过程中, 只有保证安全可靠。在电机的加工过程中, 都会使用到专业的工具进行加工和焊接, 尤其是在焊接过程中, 电机的焊接过程只有在稳定的环境中进行, 电机才能稳定有序的进行加工。
3 电机加工专用工具研究的意义
在电机的生产过程中, 电机的加工过程中会应用的一些专用的电机加工工具, 只有电机加工的专业工具合格达标, 才能生产出正常达标的电机。所以电机加工专用工具研究具有重要的意义。只有在电机加工专用工具研究上下功夫, 才能在以后电机的生产上有根据。只有和其他地区和国家之间缩小差距, 才能真正做到我们国产电机的生产, 这样我们才能拥有自己的核心工具。这样只有在电机加工工具上下功夫, 我们才能真正实现电机加工专用工具的国产化, 只有在这个基础之上, 我们国家才能脱离其他国家的技术, 真正实现民族的独立和自强。
4 结束语
电机专用工具的研究和加工, 这将是一个重要而艰巨的任务, 由于在以后的加工工具的质量高标准, 高严格, 同时伴随这工期短, 在生产过程中将是一个艰难的过程。只有研究人员对电机专用加工工具下足功夫, 同时还要结合自身的具体情况, 在经过反复的试验和研究下, 在较短时间内设计和研究出一套具有自己特色的加工工具, 这将为电机加工提供了优质高效的技术支持, 这样就能使电机加工工具生产很快的步入正轨, 并且在以后能够保质保量的完成电机加工工具, 同时在效率优先的情况下, 进行生产和工作, 只有这样才能保证我们国家的技术先进性和创新性, 这样就能为了我们国家的发展做出应有的贡献。
摘要：在电机加工中, 电机加工工具对电机有十分重要的影响。电机加工专用工具的好坏影响着电机的好坏, 对于电机的质量、以及之后的使用安全都有重要的影响。本文对电机加工中使用的加工工具进行相关研究, 来解决电机加工中出现的各种问题以及设计难点等问题。
关键词：电机加工,加工工具,加工工序
参考文献
[1]张跃宏.电机技术发展趋势探讨[J].重庆工业高等专科学校学报, 2002 (2) .
潜水设备专用变频电源主电路的设计 篇6
关键词：变频电源,整流器,逆变器
1 引言
目前国内的潜水设备用电多为380 V/50 Hz,但由于部分公司船舶和国外船舶多为440 V/60 Hz的船舶供电,致使潜水作业在这些船舶上取电存在一定困难。以往解决此问题的办法是再另配一台燃油发电机为潜水设备供电。此方法有两方面弊端:其一是造成了项目成本的增加,大量的消耗燃油对资金、运输和节能环保都造成了严重的影响。其二,燃油发电机多为租用,为项目的实施带来不便。为解决这些问题,作者研究设计与潜水设备相配套的变频电源,从根本上解决上述问题。
2 系统结构原理图
该电源首先通过二极管整流电路将三相交流电转化为直流电,然后通过IGBT桥式逆变电路逆变成SPWM波形[1,2],经过滤波得到正弦波输出。其中控制电路部分,由TMS320F2812 DSP直接输出SPWM波,通过驱动电路对逆变电路进行控制,输出所需要电压和频率的正弦波。系统的结构原理图如图1所示。
3 主电路设计
考虑到潜水行业的特殊性(潜水员的安全是设计的前提条件),所设计的变频电源必须稳定、可靠,且有应急备用供电方式。通过详细的论证和实验,本次设计中选择了变压器和变频电源结合的供电方式,此方案既从根本上解决了潜水设备使用380 V/50 Hz电能的问题,又提供了在变频电源故障时备用380 V/60 Hz的电能,是非常有效、稳定可靠的方案,其主电路的设计如图2所示。
该变频电源供电主电路由整流器[3](AC/DC)、电容滤波电路、逆变器(DC/AC)和输出变压器构成。提供了在应急情况下,直接用变压器为负载供电的备用方案。图2中QF1为输入空气开关,它用来实现电源主电路的接通与分断。KM1为交流接触器,在空气开关QF1闭合时,交流接触器KM1延时闭合,为滤波电容的充电提供时间。R41和R42为限流电阻,用于限制电容充电电流的大小。12个整流二极管VD1～VD66构成三相不控整流电路(每个桥臂用2个二极管并联分流),用来将交流电整流成直流。电阻Rb和电容Cb为阻容吸收电路,用于保护二极管。电容C41～ C48,R43和R44构成电容滤波环节,其中R43和R44起均压作用,使8个电容两端的电压差一致。缓冲电容CS的作用是抑制加于IGBT两端的正反向浪涌电压。12个IGBT VF1～VF66构成三相桥式逆变电路(每个桥臂用2个IGBT并联分流),它们用来在配套驱动电路输出的SPWM脉冲作用下,将直流电压逆变为相应的SPWM交流电压,输出的SPWM交流电经正弦滤波电路滤波后,经交流接触器KM2及输出变压器变压后提供给负载。缓冲电容CS的作用是为了IGBT,抑制加于IGBT两端的正反向浪涌电压。保护交流接触器KM2和KM3为互锁开关,当变频电源故障时,关断KM2,闭合KM3,为负载提供应急380 V/60 Hz的电能。
4 输入电路设计
输入整流滤波电路的主要作用除了将交流电变为直流电外,还要求它具有一定的输出电压保持能力,既能防止来自电网的干扰进入电源,又能防止电源产生的干扰,亦即要有抗干扰性。
4.1 整流二极管的选取
实际使用中,交流进线线电压为Ul=440 V,空载直流电压Udo[4]约为653 V。在带负载时,电压有所下降,约为
Ud=1.35×Ul=1.35×440 V=594 V (1)
在三相桥式整流电路中,每个桥臂的二极管承受的正反向电压的最大值等于三相交流电网线电压的峰值,即二极管上最高承受电压
考虑到电网电压的波动和各种偶然因素会形成浪涌电压,一般选用会留有一定的裕量。
根据设计要求电源的输出功率P=250 kV·A,考虑到逆变器和整流的效率,取η=0.8,则整流器的输出功率为
Pd=P/η=312.5 kV·A (2)
三相桥式不控整流电路的输出电流Id为
Id=Pd/Ud=312 500 V·A/594 V=526.1 A (3)
因此流过二极管的电流有效值IVD为
IVD=0.577Id=0.577×526.1 A≈303.6 A (4)
选用时需考虑1.5～2倍的安全系数。
根据上述计算,考虑电力二极管的产品规格,选用300 A/1 200 V的整流二极管共12只,每个桥臂有2个二极管并联使用。
4.2整流二极管两端并联的阻容吸收元件的选择
阻容吸收元件主要用于限制换流过程中,二极管关断时承受过高的电压上升率或尖峰浪涌电压,以及由于二极管载流子储蓄效应引起的反向电流急剧衰减所造成的过电压。一般可根据流过二极管的电流值来估算电容量
Cb≈(2～4)×10-3IVD (5)
故 Cb=(2～4)×10-3×303.6×0.5=0.3～0.6 μF
式中:IVD为流过二极管的电流有效值。
根据上述计算,考虑电容器的产品规格,选用1 μF/1 200 V的电容器即可满足要求。
电阻用于抑制振荡和降低二极管的开通损耗,其值大一些为好,但过大又会降低电容吸收浪涌电压的效果,一般按下式计算,即:
设计中选用20 Ω的电阻。
4.3 滤波电容的选取
滤波电容最好选用等效电阻低且电容量大的电解电容,因为等效串联电阻值对输出脉动电压值有直接影响。为了减少等效串联电阻,用多个电容并联,获得所需的电容量。
由前面的计算可知,交流进线线电压Ul=440 V,空载直流电压Udo约为653 V。在带负载时电容电压Um=594 V,电容的输入电流Id=526.1 A。
直流侧电压在带负载时是脉动的,如图3所示。最大电压降ΔU按6%考虑,在T1区间内,电容C向负载放电,在T/6区间完成一个充放电周期,在T1～T/6区间内,电容由电源充电。
假定在电容放电期间放电电流恒定,则
Id=C×ΔU/T1 (7)
由式(8)得
式中:Id为输入电流526.1 A;ΔU为电压变化量(ΔU=Udo×6%=653 V×6%=39.2 V);T1为电容放电时间;Udo为空载直流电压约为653 V;T为变频电源的输入交流电周期,T=1/60×103ms;ω为交流电的角频率,ω=2πf=2×3.14×60 Hz=377 Hz。
将T1=2.7 ms代入式(7),得
根据上述计算,电容承受的线电压峰值为653 V,考虑滤波电容的产品规格,设计中采用8个10 000 μF/400 V的电解电容,每2个串联在一起接入电路中,构成滤波电容组。
4.4 均压电阻的选取
由于电解电容不是理想的电容,它本身的阻抗对电容两端的电压会有影响,而且电压是脉动的,所以为了稳定其两端电压,使每个电容两端的电压相等,需在每组电容两端并联一个电阻进行均压。设计中根据实践经验,选用2个47 kΩ/5 W的电阻,即R43=R44=47 kΩ。
4.5 启动限流电阻的选取
电容输入式整流滤波电路在接通交流电压时,合闸时由于电容充电,往往引起较大的浪涌电流,对设备有一定的损害,必须设法抑制。限流电阻的选择要适当,过大,主电路电压降损失大;过小,起不到限流作用。根据国内同行的实践经验,在实际电路中选取的限流电阻R41和R42约50 Ω/100 W。启动后,延时闭合交流接触器KM1,把R41和R42从电路中除去。
5 IGBT的选择
IGBT通过周期性导通和关断对电源的输出进行控制,从而得到所期望的电源的外特性和动特性。它是变频电源中的核心器件,其稳定性和安全性对电源的可靠运行至关重要。
5.1 额定电流Ie
电源的额定输出电流Ion为360 A,由IGBT的最大导通比0.8及变压器的匝数比3∶4得到变压器一次侧电流I1=Ion×(N2/N1)/0.8=600 A,则流过每组IGBT的平均电流为I=1/3×I1=200 A。
IGBT的额定电流Ie是25 ℃条件下的额定值:
式中:
5.2 额定电压Ucep
由于船舶电网的稳定性较差,故取电网的波动系数Kb为1.2,安全系数a为1.1,则直流输入的最大电压为
在IGBT工作过程中关断阶段所承受的电压最大,设计时要以关断峰值电压为依据,关断时的峰值电压为
Up=(Ud×1.15+150)×a=(821.3×1.15+150)×1.1=1 094.5 V (11)
式中:1.15为过压系数;150为L×di/dt引起的尖峰电压。
而IGBT的额定电压Ucep实际选取中要比Up大一些,取为1 200 V。
考虑到潜水行业的特殊性以及星-三角启动时二次冲击电流的影响,设计时考虑了较大的裕量,选择了12只450 A/1 200 V的IGBT(每个桥臂2个IGBT并联使用),很好地满足了设计要求。
6 实用效果简介
采用上述结构和计算方法研制了2台250 kV·A的潜水设备专用变频电源,电源的额定输入三相电压为440 V,频率为60 Hz;输出电压为400 V,频率为50 Hz。图4a为IGBT的驱动电路波形,可以看出驱动电路波形的峰-峰值为15 V,周期为125 μs。图4b为变频电源的输出电压波形,可以看出输出电压的峰-峰值为300 V,周期为20 ms。
7 结论
本设计以海洋工程生产实际为依据,针对潜水行业的特点,成功研制了一种新型潜水设备专用变频电源。实用效果证明,该电源输出电压可靠,输出频率稳定,保护功能完善,其各项指标均满足潜水设备的供电需求,达到了满意的设计与使用效果。与普通的变频电源设备相比,潜水设备专用变频电源具有以下特点。
1)针对潜水行业的特殊性(潜水员的安全是设计的前提条件,故必须有可靠的应急备用供电方式),设计中选择了变压器和变频电源结合的供电主电路形式。
2)针对潜水设备电机在星-三角转换时二次冲击电流大的问题,设计中逆变电路的每个桥臂上选用2个450 A/1 200 V的IGBT并联使用,考虑了充足的裕量,大大提高了变频电源的可靠性。
参考文献
[1]张燕宾.SPWM变频调速技术[M].北京:机械工业出版社,1997.
[2]Liang Yiqiao,Nwankpa C O.A Power Line ConditionerBased on Flying Capacitor Multilevel Voltage Source Con-verter with Phase Shift SPWM[C]∥1999 IEEE IndustryApplications Conference(34th IAS Annual Meeting),Phoenix,Arizona,USA,1999,4:2337-2343.
[3]黄俊,王兆安.电力电子变流技术[M].第4版.北京:机械工业出版社,2000.
抽油机专用变频节能技术应用研究 篇7
1 变频电动机的设计特点
1．1电磁设计
变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下：
(1) 尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增。
(2) 为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
(3) 变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
1．2结构设计
在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：
(1) 绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
(2) 对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。
(3) 冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。
(4) 防止轴电流措施，对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。
(5) 对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。
2 抽油机专用变频器工作原理
根据抽油机是交变工作载荷的特点，抽油机专用变频器内置了专用的运动控制程序。抽油机专用变频器，可以根据油井的实际情况，由操作设置油井工作参数和工作方式，经过运算处理后，变频器自行调整抽油井工作制度，改变抽油机的冲程频次，达到上、下冲程间的平稳过渡。变频器本身具有抽油机所需的各种保护功能及相应的放电回馈电路，而且风机可以有温度自动控制，也节约相应的能源消耗。
针对抽油机载荷的特殊性和野外工作特点，按照严格的工业标准设计把制动电路、回馈电路、无线滤波器、线路电抗器和防雷击装置集成到专用变频器中，增强整机的可靠性。
3 抽油机专用变频器改进后的功能介绍
一种改进后的抽油机专用变频节能控制装置，其主要作用是将抽油机所急需的6个方面的重要功能有机结合为一体，再附之以常规的电机保护功能，不仅功能完善，而且可以有效的降低成本。这6个方面的功能包括：
(1)负载动态跟踪优化控制，节电效果显著。针对抽油机"大马拉小车"而带来的功率因数和效率很低的问题，通过实时检测抽油机的负载状况和特定的动态跟踪优化控制算法，改善电机的工作状态，提高工作效率，实现抽油机节能的动态跟踪控制。
(2)上、下冲程自动变频切换和恒频设定两种模式选择，增产效果明显。为了提高采收率，根据现场的实际需要，既可以采用抽油机上、下冲程速度的变频独立控制自动切换模式，实现抽油机光杆的快提慢放或者慢提快放，也可以通过键盘设定选择普通的恒频设定控制模式。
(3)不平衡馈能处理简捷可靠。吸收抽油机电机在倒发电期间所产生的不平衡馈能，抑制和防止这部分电能被馈入电网，从而避免对电网的扰动冲击影响。
(4)抽油机的软启停控制。实现抽油机电机的软起动和软停止控制，既可以减小起动电流，又能加大起到转矩，降低抽油机对驱动电机额定容量的较高要求。
(5)提高抽油机的网侧功率因数。
(6)方便灵活的变频/工频运行方式的自动和手动切换控制功能。
4 结语
变频器具有软起、停功能，减少了对抽油机杆的机械冲击，保护了电机及机械设备，减少维修量，变频器对过压、欠压、过载、短路及电路失速都能可靠地保护。总之，变频控制技术在抽油机上应用，对抽油生产设备来说是一个很大进步，它从根本上改变了抽油机的运动特性和动力特性，使抽油机—抽油杆—抽油泵达到动态协调，使有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调。抽油机应用变频器，即可以提高工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备，其应用前景是十分广泛的。在能源日益紧张的今天，相信变频器在抽油机这方面可以大有作为的。
参考文献
[1]周佳胜.变频调速器在油田设备上的应用[J].变频器世界, 2003.
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