淺談異步電機(jī)變頻調(diào)速

文/何治鋒 楊漢臣

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淺談異步電機(jī)變頻調(diào)速

文/何治鋒 楊漢臣

撫順煤礦電機(jī)制造有限責(zé)任公司

文章首先對(duì)異步電機(jī)的發(fā)展歷程以及調(diào)速方法進(jìn)行綜述，總結(jié)出交流電機(jī)在應(yīng)用中做出的創(chuàng)新改變，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討異步電機(jī)變頻調(diào)速功能實(shí)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(jìn)行，并整理出異步電機(jī)使用時(shí)選擇變頻調(diào)速方法的原則，可以作為提升異步電機(jī)使用效率的技術(shù)參照。

異步電機(jī)；變頻調(diào)速；等效電路

1 異步電機(jī)綜述

1.1 異步電機(jī)的發(fā)展

異步電機(jī)發(fā)展初期是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換，通過交流電機(jī)來完成這一功能，機(jī)械動(dòng)能在運(yùn)轉(zhuǎn)中。以作為發(fā)電的動(dòng)力來源。異步電機(jī)采用交流電來實(shí)現(xiàn)能量之間的轉(zhuǎn)換，與普通的直流電機(jī)相比交流電能夠在短時(shí)間內(nèi)完成交換，并且結(jié)構(gòu)也更加簡單便捷，可以同時(shí)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(jī)來構(gòu)建動(dòng)能系統(tǒng)，功率可以達(dá)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(yùn)轉(zhuǎn)需求，動(dòng)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(shí)營造更穩(wěn)定的電力基礎(chǔ)。交流電機(jī)運(yùn)行時(shí)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電流電壓的交換傳輸，同時(shí)更能通過調(diào)速技術(shù)來對(duì)電流傳輸?shù)乃俾首鞒鼍C合控制。交流電機(jī)使用時(shí)期組建需要頻繁維修檢測，主要是由于電刷運(yùn)行中容易產(chǎn)生摩擦，引發(fā)電弧造成的打火危險(xiǎn)。隨著交流電機(jī)構(gòu)建技術(shù)不斷完善這一問題也得到解決，電機(jī)的控制技術(shù)以及運(yùn)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(duì)頻率做出調(diào)控，從而提升發(fā)電效率并降低運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的電能損耗。

1.2 交流電機(jī)調(diào)速方法

異步交流電機(jī)運(yùn)行中調(diào)速是通過變頻功能來實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)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(duì)頻率做出調(diào)控，并檢測電機(jī)調(diào)頻過程中溫度的升高情況控制內(nèi)部電能，來確保對(duì)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(jī)在進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)以及轉(zhuǎn)換時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生一部分電能的損耗，對(duì)于功率的監(jiān)測需要實(shí)時(shí)進(jìn)行將損耗部分功率引入其中，并通過誤差控制補(bǔ)償來解決這一問題，變頻功能的實(shí)現(xiàn)還需要對(duì)所輸入的電流做出負(fù)載計(jì)算。輸入不同電壓計(jì)算最終得到的電流，判斷系統(tǒng)誤差補(bǔ)償中所存在的各類隱患，以及需要進(jìn)一步完善的內(nèi)容。交流電機(jī)調(diào)速是通過使用中的電能損耗來進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的，在系統(tǒng)框架構(gòu)建中也會(huì)形成完善的回路系統(tǒng)，共同控制系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)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(shí)也能自動(dòng)將誤差補(bǔ)償反饋的其中從而最大程度降低誤差隱患。對(duì)于變頻交流電機(jī)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(jī)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)的原理

2.1 異步電機(jī)靜態(tài)等效電路

實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)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(jī)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(yùn)行中異步電機(jī)可能會(huì)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(duì)電路的穩(wěn)定性進(jìn)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(huì)出現(xiàn)電磁干擾，通過這種模擬檢驗(yàn)可以判斷異步電機(jī)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(jī)不同運(yùn)轉(zhuǎn)情況下來驗(yàn)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(jī)調(diào)變頻調(diào)速功能實(shí)現(xiàn)營造條件。其次是異步電機(jī)運(yùn)行中，等效電路電能傳輸特征的判斷，了解運(yùn)行特征才能確定等效電路構(gòu)建中應(yīng)該重點(diǎn)強(qiáng)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(duì)電流信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使之能夠轉(zhuǎn)換成為系統(tǒng)內(nèi)部可以識(shí)別的模式，這樣才能充分判斷處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境中變頻調(diào)速間隔的時(shí)間周期。異步電機(jī)運(yùn)行中界受到控制指令會(huì)對(duì)原有運(yùn)行狀態(tài)做出調(diào)整改變，進(jìn)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(jì)穩(wěn)定的信號(hào)傳輸鏈接串口，分別模擬不同狀態(tài)下信號(hào)傳輸對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部控制的要求，并通過電流模擬信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)之間的轉(zhuǎn)變，來快速進(jìn)入到控制模塊內(nèi)?？偪刂浦行臅?huì)對(duì)所接收得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行短時(shí)間運(yùn)算，快速判斷接下來異步電機(jī)運(yùn)行中需要調(diào)整的參數(shù)，轉(zhuǎn)變成為電流信號(hào)進(jìn)入到異步電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)。信息之間的轉(zhuǎn)換以及交換傳輸在時(shí)間速度上都需要重點(diǎn)控制，這樣才能夠更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)之間的交互，進(jìn)入到變頻調(diào)速功能實(shí)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(jī)使用時(shí)的整體需求，考慮異步電機(jī)運(yùn)行中與外界環(huán)境之間的融合，以及環(huán)境因素對(duì)電機(jī)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(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)調(diào)速范圍時(shí)更應(yīng)該結(jié)合異步電機(jī)主要運(yùn)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(shí)現(xiàn)，以及在變頻調(diào)速過程中是否會(huì)造成電能的過大損耗。高壓環(huán)境下進(jìn)行異步電機(jī)的低頻轉(zhuǎn)換，需要對(duì)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(huì)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(shí)間內(nèi)異步電機(jī)運(yùn)行參數(shù)傳輸控制不合理。

3 結(jié)語

除以上方法，在對(duì)異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速時(shí)，還可以采用定子調(diào)速的方法。當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)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(dòng)機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī)，或者在繞線式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)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(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。以上技術(shù)方法在實(shí)踐應(yīng)用時(shí)，均會(huì)根據(jù)電機(jī)使用功能與所處運(yùn)行環(huán)境來作出優(yōu)化調(diào)整，確保功能實(shí)現(xiàn)可以順利進(jìn)行，調(diào)速功能實(shí)現(xiàn)也更加精準(zhǔn)，未來技術(shù)發(fā)展將會(huì)向人工智能層面進(jìn)行。

[1]韓亮.PLC的通訊功能在異步電機(jī)變頻調(diào)速中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 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(dòng)機(jī)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2017,44(9):44-47.