時(shí)間：2023-06-06 15:45:35
序論：在您撰寫交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
【關(guān)鍵詞】 交流電動(dòng)機(jī) 軟起動(dòng) 端電壓 綜合保護(hù)
1 前言
目前我廠各類在役電動(dòng)機(jī)中交流電動(dòng)機(jī)占99%以上，而交流電動(dòng)機(jī)面臨的最大問題是起動(dòng)問題。它包括起動(dòng)時(shí)電流及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊，以及很多大功率電動(dòng)機(jī)因?yàn)槠饎?dòng)困難，對電網(wǎng)的沖擊也很大，因此只能盡量減少停機(jī)次數(shù)，從而造成能源的浪費(fèi)。
2 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)問題
三相交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)分為直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)又稱全壓起動(dòng)，它是一種最簡單的起動(dòng)方法。起動(dòng)時(shí)將全部電壓直接加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上，起動(dòng)電流將達(dá)到4～7倍的額定電流和過高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，直接影響該電網(wǎng)上的其他電氣設(shè)備運(yùn)行。當(dāng)全壓起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量愈大，供電變壓器的容量越小，這種影響越顯著。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量大于電力變壓器容量的30%時(shí)，在全壓起動(dòng)的瞬間大電流沖擊下，將引起電網(wǎng)電壓的降低，影響到該電網(wǎng)內(nèi)其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。電壓降低可引起電機(jī)本身起動(dòng)無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可燒毀電動(dòng)機(jī)，同時(shí)全壓起動(dòng)產(chǎn)生過高起動(dòng)沖擊轉(zhuǎn)矩，還將會(huì)使連接件損壞，電動(dòng)機(jī)機(jī)座變形，齒輪或齒輪箱損壞，傳送帶撕裂等。解決此類問題，一般生產(chǎn)機(jī)械及電力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)盡可能采用軟起動(dòng)方法，即適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)端電壓，減少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流及過大啟動(dòng)沖擊轉(zhuǎn)矩等，以避免拖動(dòng)系統(tǒng)不必要的損壞。
3 交流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)
隨著工業(yè)生產(chǎn)及工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的不斷發(fā)展，即對電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的起動(dòng)性能提出了越來越高的要求。（1）電動(dòng)機(jī)要有足夠大的并能平穩(wěn)提升的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和符合要求的機(jī)械特性曲線；（2）起動(dòng)設(shè)備盡可能簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠、起動(dòng)操作方便，直接起動(dòng)是最簡單起動(dòng)方式，但還要克服其起動(dòng)電流大及轉(zhuǎn)矩沖擊大，對電網(wǎng)及拖動(dòng)設(shè)備造成的危害；（3）起動(dòng)電流和起動(dòng)功耗盡可能小。綜上軟起動(dòng)對交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的控制及保護(hù)是達(dá)到節(jié)能、簡化控制、優(yōu)化資源的重要手段。
交流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)方式：一般采用（1）傳動(dòng)降壓起動(dòng)；（2）電子晶閘管降壓起動(dòng)：（3）變頻軟起動(dòng)。
3.1 傳統(tǒng)降壓起動(dòng)
3.1.1 自耦變壓器降壓起動(dòng)
定子通過自耦變壓器連接到三相電源上，降低電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓，以減小起動(dòng)電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再將其切除，其優(yōu)點(diǎn)根據(jù)不同負(fù)載要求，起動(dòng)電壓可選擇，缺點(diǎn)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，變壓器體積增大，成本高。目前我公司已全部淘汰此種起動(dòng)方式。
3.1.2 Y-轉(zhuǎn)換起動(dòng)
所謂Y-轉(zhuǎn)換起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)定子繞組為Y形連接，起動(dòng)完成后，正常運(yùn)行時(shí)為形連接。星形連接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為三角形連接的三分之一。同時(shí)由于從星形轉(zhuǎn)換為三角形過程中會(huì)出現(xiàn)二次沖擊電流以及沖擊轉(zhuǎn)矩等問題。適用于輕載或空載起動(dòng)的場合，接線時(shí)還應(yīng)該注意Y-連接時(shí)要保證其旋轉(zhuǎn)方向的一致。優(yōu)點(diǎn)是線路較簡單，投資少，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩特性差。
3.1.3 串電抗器或水電阻降壓起動(dòng)
即在定子回路繞組中串聯(lián)電抗器或水電阻從而實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)，減小起動(dòng)電流，待起動(dòng)完成后再將其切除。但由于電抗器成本高，水電阻損耗大，故一般在電動(dòng)機(jī)空載或輕載運(yùn)行時(shí)可利用串電抗器降壓起動(dòng)。由于維護(hù)復(fù)雜，空間、環(huán)境等因素，我們公司沒有采用過此種降壓起動(dòng)方式。
3.2 晶閘管降壓起動(dòng)
晶閘管降壓起動(dòng)又稱“軟啟動(dòng)器”，它采用三對反并聯(lián)的晶閘管，串接于三相電源與電動(dòng)機(jī)定子回路上。利用晶閘管移相控制原理，通過微處理器的控制來改變晶閘管的開通程度，使電動(dòng)機(jī)輸入電壓按預(yù)設(shè)的函數(shù)關(guān)系逐漸上升。
起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)端電壓隨晶閘管的導(dǎo)通角從零逐漸增大，直至達(dá)到滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求而結(jié)束起動(dòng)過程。當(dāng)起動(dòng)完成后，軟啟動(dòng)器輸出額定電壓，旁路接觸器接通，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。
停機(jī)時(shí)，先切斷旁路接觸器，然后軟啟動(dòng)器內(nèi)的晶閘管導(dǎo)通角由大逐漸減小，使三相電壓逐漸減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸減小到零，完成停機(jī)過程。我公司現(xiàn)降壓起動(dòng)都采用此種方法，它是集電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車和多種保護(hù)功能于一體的電動(dòng)機(jī)控制裝置。軟啟動(dòng)器在晶閘管兩側(cè)裝設(shè)的旁路接觸器，保證了晶閘管僅在起動(dòng)、停車時(shí)工作，避免長期運(yùn)行使晶閘管發(fā)熱，同時(shí)還可以避免在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)軟啟動(dòng)器發(fā)生故障，可由旁路接觸器作為應(yīng)急備用。缺點(diǎn)：價(jià)格高，晶閘管還可以引起高次諧波。軟起動(dòng)器的廣泛應(yīng)用，標(biāo)志著電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)由傳統(tǒng)的電器控制時(shí)代進(jìn)入了電子智能化控制時(shí)代。
3.3 變頻軟啟動(dòng)
即采用電壓頻率按比例平滑上升的VVVF控制的基本原則，在起動(dòng)過程中不存在大的轉(zhuǎn)差功率，有利于電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)，消除了起動(dòng)沖擊，避免起動(dòng)功耗，且可控制起動(dòng)速度，是一種真正的平滑起動(dòng)方式。它可以在限流同時(shí)保持高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，具有保護(hù)功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：價(jià)格高，對電網(wǎng)來說它可是諧波污染源，但我們利用電抗器和有源濾波器抑制諧波。雖然他也是一種軟起動(dòng)裝置，但更廣泛應(yīng)用在變頻調(diào)速。我們公司現(xiàn)在將負(fù)荷變化較大的電動(dòng)機(jī)都采用變頻控制。不僅可以減少對電網(wǎng)沖擊，還達(dá)到了節(jié)能的目的。
4 結(jié)語
綜上所訴：傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備，其目的減少了起動(dòng)電流和功耗，但同時(shí)降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)效果差，并且產(chǎn)生二次電流沖擊、故障率高、使用受限等問題，但投資少，不會(huì)產(chǎn)生諧波；電子晶閘管降壓軟啟動(dòng)有較好的起動(dòng)特性，起動(dòng)參數(shù)可調(diào)，一定程度上可解決輕載起動(dòng)設(shè)備起動(dòng)沖擊問題。不足之處不宜作隨載降壓節(jié)能設(shè)備用，且達(dá)不到電磁兼容的要求，另外存在價(jià)格高等問題；變頻軟起動(dòng)其具有調(diào)速、節(jié)能、保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，它以微電腦全數(shù)字節(jié)能化控制，對電動(dòng)機(jī)提供全方位服務(wù)，不愧為電動(dòng)機(jī)綜合節(jié)能保護(hù)的優(yōu)選產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)：
[1]方圓編著.變頻器應(yīng)用及維護(hù).中國電力出版社.
關(guān)鍵詞：交流電動(dòng)機(jī)；動(dòng)作時(shí)間；釋放時(shí)間；元器件節(jié)能
1問題的提出
2013年，江西某水泥公司二號(hào)窯200kW鼓風(fēng)機(jī)，2年內(nèi)已燒毀3次，造成直接經(jīng)濟(jì)損失200多萬元。同時(shí)，由于停產(chǎn)檢修，造成的間接損失難以估算。針對上述問題，該公司邀請了一個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)到公司協(xié)助解決該問題。
2原因分析
2.1生產(chǎn)現(xiàn)狀
2013年3月，專業(yè)團(tuán)隊(duì)來到該公司，與該公司的工程技術(shù)人員一起進(jìn)行了現(xiàn)場考察和技術(shù)資料研究。其中，該電動(dòng)機(jī)的主電路圖和控制電路如圖1—2所示。
2.2原因分析
針對上述情況和相關(guān)參考文獻(xiàn)[1—5]，筆者認(rèn)為造成該事故的原因如下。（1）主要原因是前面設(shè)計(jì)者沒有考慮交流接觸器線包動(dòng)作時(shí)間和其釋放時(shí)間；（2）在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行前幾十ms內(nèi)，由于KM2未動(dòng)作，導(dǎo)致KM2，KM3同時(shí)得電，則電源相序間短路，輕則燒斷熔斷絲和KM3主觸頭被燒壞可能，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，電流急增，隨后，電動(dòng)機(jī)可能被燒毀。由于以上第（2）點(diǎn)，造成KM3觸頭接觸不良，造成電源三相不平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，溫度升高，不及時(shí)關(guān)機(jī)，則有可能燒壞電動(dòng)機(jī)；由于KM2釋放時(shí)間問題，造成電動(dòng)機(jī)瞬間失電，從而電動(dòng)機(jī)又重新啟動(dòng)，電流加大，溫度急劇上升，繞組磁路飽和，繞組發(fā)熱，最后，電動(dòng)機(jī)可能被燒壞。
3電路設(shè)計(jì)
針對以上原因，文章總結(jié)了以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)改進(jìn)：（1）充分考慮KM2的動(dòng)作時(shí)間，利用KM2-4和KM1-4動(dòng)作時(shí)間才能使KM3得電，避免了KM2和KM3在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前幾十毫秒內(nèi)同時(shí)得電；（2）在KM2線包控制電路中又串聯(lián)KM3觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖，又避免了KM2釋放時(shí)間問題即電動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)；（3）同時(shí)使KT并聯(lián)在KM3線包中，使KM3動(dòng)作時(shí)KT不得電，從而更加節(jié)能，延長電路元器件的壽命。改進(jìn)設(shè)計(jì)后的電路控制如圖3所示。
4實(shí)施效果
改造后，該電動(dòng)機(jī)在3年內(nèi)未出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)燒毀現(xiàn)象，由此，可確定本次分析和解決措施是完全正確的。同時(shí)，直接為公司節(jié)約成本200多萬元。
5結(jié)語
綜上所述，不難得出如下結(jié)論：在交流電動(dòng)機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)過程中，必須要對繼電器的動(dòng)作時(shí)間和釋放時(shí)間有充分的考慮；本次排障的過程中，文章提出了一套既滿足控制要求，又能實(shí)現(xiàn)元器件節(jié)能的新型電路。
[參考文獻(xiàn)]
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[5]周云旭，鐘水蓉.繼電器觸點(diǎn)保護(hù)電路設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（16）：118.
本文主要針對我礦副井絞車原交流電動(dòng)機(jī)和現(xiàn)改造后的高速直流電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)進(jìn)行分析比較并簡單介紹我礦副井絞車現(xiàn)采用的1250KW的直流提升機(jī)電控系統(tǒng)。以及高速直流電動(dòng)機(jī)的常見故障及現(xiàn)場日常維護(hù)的方法，從而實(shí)現(xiàn)我礦副井絞車的安全和高性能運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：交流電機(jī) 直流電機(jī) 電控系統(tǒng) 故障與維護(hù)
一、概述
隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種能源的需求量不斷加大，為了適應(yīng)發(fā)展的需要，煤炭作為目前中國的重要能源，必須加大自身的產(chǎn)量，這樣就造成了原有副井絞車交流電動(dòng)機(jī)的各種弊端暴露出來，為了滿足我礦產(chǎn)煤量的不斷加大對副井絞車運(yùn)輸能力的需求，現(xiàn)用高速直流電機(jī)代替原有的交流電機(jī)。直流高速電機(jī)具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩速率特性并能在大范圍內(nèi)平滑的調(diào)速，很好的適應(yīng)了運(yùn)輸能力增加的需求。
二、交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的簡介
1.原副井絞車交流電動(dòng)機(jī)簡介
我礦副井絞車原交流電動(dòng)機(jī)型號(hào)JRZ1000-12，功率1000KW，總重10700Kg，1987年投入使用。隨著我礦的生產(chǎn)能力不斷的提高，該電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障種類很多而且出現(xiàn)故障頻率也較高，
電氣故障主要有定子繞組單向運(yùn)行、定子繞組首尾反接、三相電流不平衡、繞組過熱等。
2.原副井絞車交流電動(dòng)機(jī)的具體缺點(diǎn)
2.1能耗大、控制方式落后
原副井絞車系統(tǒng)采用高壓交流電機(jī)切電阻控制方式，提升過程中多余電能通過電阻箱轉(zhuǎn)換為熱能。電力資源極大浪費(fèi)。
原副井絞車控制系統(tǒng)由于控制方式所限速度階越式變化。提升速度不能由絞車司機(jī)控制隨意調(diào)整，速度不穩(wěn)定，受負(fù)載影響比較大。隨著生產(chǎn)任務(wù)的不斷加大，副井絞車系統(tǒng)工作任務(wù)也不斷增大，從而使受負(fù)載影響大的缺點(diǎn)不斷發(fā)生。
2.2抱閘系統(tǒng)不完善、維護(hù)工作量大
原副井絞車系統(tǒng)的抱閘系統(tǒng)頻繁參與絞車減速控制，使閘盤的磨損異常大，不利于閘盤保養(yǎng)和維護(hù)。原副井絞車電控系統(tǒng)柜體較多，自動(dòng)化程度不高、故障率高、噪音大，從而增大了維護(hù)的工作量而且不滿足生產(chǎn)的增大的要求，影響生產(chǎn)任務(wù)的順利完成，增大了完成單位生產(chǎn)任務(wù)所需要的時(shí)間。
三、高速直流電動(dòng)機(jī)在副井絞車中的應(yīng)用效果
經(jīng)過我礦及運(yùn)轉(zhuǎn)隊(duì)專業(yè)技術(shù)人員的不斷研究并且經(jīng)過我礦領(lǐng)導(dǎo)的審核最終決定用控制更加方便、性能更加優(yōu)良的高速直流電動(dòng)機(jī)代替原有的交流電動(dòng)機(jī)，并更換了原有的控制系統(tǒng)采用了更先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使我礦副井絞車的控制更加的精密、更加的趨于完善。高速直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩速率特性并能在大范圍內(nèi)平滑的調(diào)速，很好的適應(yīng)了我礦運(yùn)輸能力增加的需求。我礦現(xiàn)副井絞車高速直流電動(dòng)機(jī)為上海電氣集團(tuán)電機(jī)廠有限公司生產(chǎn)。
主電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)：
主電動(dòng)機(jī)型號(hào)：Z710-400型直流電動(dòng)機(jī)
主電動(dòng)機(jī)功率：1250kW，750V；580rpm。
電樞電壓：750V，電樞電流： 1773A。
勵(lì)磁電壓：220V。
過載能力：2倍額定電流60秒，切斷電流2.25倍額定電流，總重10000Kg。
高速直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩速率特性并能在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)速。能夠滿足我礦生產(chǎn)任務(wù)不斷加大的需求。電控系統(tǒng)應(yīng)用方案
1.高壓供電系統(tǒng)
提升機(jī)房兩回～6kV ，50HZ電源分別引自礦井工業(yè)場地變電所6kV不同母線段，由兩路高壓電纜分別引向提升設(shè)備的高壓進(jìn)線柜，一路工作，一路備用，故障后手動(dòng)切換。兩路進(jìn)線互為閉鎖。選用GG—1ZF型封閉式高壓開關(guān)柜，高壓開關(guān)柜按4臺(tái)配置：高壓進(jìn)線柜2臺(tái)：提供雙進(jìn)線電源，電纜下進(jìn)線；主整流變供電2臺(tái)。
2.電控系統(tǒng)主回路傳動(dòng)系統(tǒng)
提升機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)能夠適應(yīng)提升機(jī)的各種工作情況，按照預(yù)定的速度和提升要求實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地啟動(dòng)、運(yùn)行、減速、制動(dòng)、停車。在整個(gè)循環(huán)中，應(yīng)使鋼絲繩的振動(dòng)最小，井口停車必須準(zhǔn)確無誤誤差不超過±20mm。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其供電裝置應(yīng)有足夠的過載能力，以適應(yīng)副井提升負(fù)載變化大的特點(diǎn)。最大過載能力不低于額定值的2倍。
調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用SIEMENS 6RA70裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)字式速度、電流、位置閉環(huán)控制，全數(shù)字調(diào)節(jié)的動(dòng)、靜態(tài)技術(shù)性能滿足提升機(jī)四象限運(yùn)行要求，并滿足提升工藝要求的過載能力和安全系數(shù)，具有優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)指標(biāo)。
3.上位監(jiān)控系統(tǒng)
工控機(jī)和彩色終端組成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)通過與PLC通訊采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多畫面實(shí)時(shí)監(jiān)控，多參量數(shù)碼及曲線顯示和記錄，各種故障的報(bào)警及記錄。
監(jiān)控畫面主要有；電控系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)狀態(tài)圖，速度曲線，電流曲線，圖形化安全回路圖，當(dāng)前故障報(bào)警，歷史故障記憶，故障判斷及診斷，生產(chǎn)報(bào)表的完整資料。
四、采用高速直流電動(dòng)機(jī)所帶來的好處
1.降低了能量損耗
原副井絞車系統(tǒng)采用高壓交流電動(dòng)機(jī)切電阻控制方式，提升過程中多余電能通過電阻箱轉(zhuǎn)換為熱能。電力資源極大浪費(fèi)。
副井絞車更換為高速直流電動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)后克服了能耗問題。
2.控制方式得到了提高
原副井絞車控制系統(tǒng)由于控制方式所限速度階躍式變化。提升速度不能由絞車司機(jī)控制隨意調(diào)整，速度不穩(wěn)定，受負(fù)載影響比較大。隨著生產(chǎn)任務(wù)的不斷加大，副井絞車系統(tǒng)工作任務(wù)也不斷增大，從而使受負(fù)載影響大的缺點(diǎn)不斷發(fā)生。
副井絞車更換為高速直流電動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)后。高速直流電控系統(tǒng)采用無極調(diào)速控制方式，絞車提升過程中，提升速度由絞車司機(jī)控制隨意調(diào)整。加/減速時(shí)速度平穩(wěn)變化。速度不受負(fù)載所影響。
3.抱閘系統(tǒng)得到了優(yōu)化
原副井絞車系統(tǒng)的抱閘系統(tǒng)頻繁參與絞車減速控制，使閘盤的磨損異常大，不利于閘盤保養(yǎng)和維護(hù)。
高速直流電控系統(tǒng)報(bào)閘系統(tǒng)只起到定位作用。不參與速度控制。減小了閘盤的磨損，提高了閘盤的使用率，節(jié)約了大量的資金。
4.減小了維護(hù)工作量
原副井絞車電控系統(tǒng)柜體較多，自動(dòng)化程度不高、故障率高、噪音大，從而增大了維護(hù)的工作量而且不滿足生產(chǎn)的增大的要求，影響生產(chǎn)任務(wù)的順利完成，增大了完成單位生產(chǎn)任務(wù)所需要的時(shí)間。
高速直流電控系統(tǒng)柜體少，自動(dòng)化程度高，故障率低，噪聲小。提高了系統(tǒng)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的能力，保證了我礦副井絞車的運(yùn)輸能力。
【關(guān)鍵詞】交流變頻電動(dòng)機(jī) 控制系統(tǒng) 研究
1 交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)的介紹
1.1 轉(zhuǎn)盤獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)
轉(zhuǎn)盤獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)就是轉(zhuǎn)盤采用交流變頻電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，絞車和鉆井泵采用機(jī)械統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。該型鉆機(jī)采用多臺(tái)柴油機(jī)通過液力變矩器或液力耦合器輸出動(dòng)力，然后經(jīng)過鏈條并車，分別驅(qū)動(dòng)絞車和鉆井泵；轉(zhuǎn)盤由1臺(tái)交流變頻電機(jī)通過齒輪或鏈條減速傳動(dòng)；絞車配輔助驅(qū)動(dòng)裝置，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆功能。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速能夠根據(jù)鉆井工藝的需要來調(diào)節(jié)，不受鉆井泵沖次的制約，同時(shí)，具備數(shù)控恒鉆壓自動(dòng)送鉆功能，實(shí)現(xiàn)以接近機(jī)械鉆機(jī)的價(jià)格，獲得交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)的優(yōu)越性能。
1.2 機(jī)電復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)
機(jī)電復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)是轉(zhuǎn)盤在采用電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，絞車采用交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而鉆井泵仍然采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)。該方案主要應(yīng)用在鉆深5000m以下的鉆機(jī)上。2～3臺(tái)柴油機(jī)通過皮帶并車驅(qū)動(dòng)鉆井泵，同時(shí)，還可驅(qū)動(dòng)1臺(tái)節(jié)能發(fā)電機(jī)。該型鉆機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)交流變頻電動(dòng)機(jī)的主要功能，而價(jià)格只有全交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)的60%～70%，同時(shí)，具有良好的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
1.3 全交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)
全交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵均采用交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)主要有電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)和電機(jī)加減速箱驅(qū)動(dòng)2種方式。絞車通常采用2臺(tái)電機(jī)通過二級(jí)齒輪減速箱驅(qū)動(dòng)，并配輔助驅(qū)動(dòng)裝置，也有采用一級(jí)齒輪減速箱方案的。除轉(zhuǎn)盤獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)采用機(jī)械的多軸絞車外，交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)通常都采用單軸絞車結(jié)構(gòu)，其傳動(dòng)形式是交流變頻電機(jī)通過齒輪減速箱直接驅(qū)動(dòng)滾筒軸，主剎車采用盤式剎車，取消了電磁渦流剎車，而采用能耗制動(dòng)實(shí)現(xiàn)輔助剎車功能。
交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)常用的調(diào)速技術(shù)有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制2種。矢量控制主要采用Siemens公司的變頻器，直接轉(zhuǎn)矩控制主要采用ABB公司的變頻器。在控制方式上有一對一控制和一對二控制。采用一對一控制需要每臺(tái)電機(jī)對應(yīng)一個(gè)變頻柜，而一對二控制可以根據(jù)需要切換絞車或鉆井泵的變頻柜來控制轉(zhuǎn)盤，也可設(shè)置主從兩個(gè)變頻柜。
2 交流變頻電機(jī)的控制系統(tǒng)
變頻電動(dòng)鉆機(jī)控制系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)、控制柜）、交流傳動(dòng)系統(tǒng)（變頻柜、制動(dòng)柜）、控制網(wǎng)絡(luò)（PLC柜、司鉆操作臺(tái)、工控機(jī)、遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)、AS-i總線系統(tǒng)或Profibus總線系統(tǒng)）、交流電機(jī)控制中心組成。
2.1 動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)
目前廣泛應(yīng)用的是ROSS HILL電氣控制系統(tǒng)，SIEMENS電氣控制系統(tǒng)，其主要功能是基本相同的：控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，得到600V、50HZ穩(wěn)頻、穩(wěn)壓電流，作為全井場的動(dòng)力電源；發(fā)電機(jī)控制柜內(nèi)還設(shè)有并網(wǎng)控制電路，控制多臺(tái)發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)以達(dá)到同期合閘操作。發(fā)電機(jī)可按工況需要，全部或任意兩臺(tái)以上在線運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷都能均衡分配，負(fù)荷轉(zhuǎn)移平穩(wěn)，能承受鉆機(jī)的負(fù)荷特性和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的沖擊。發(fā)電機(jī)控制裝置還具有功率限制、自起動(dòng)電源電路、接地檢測相序保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過頻保護(hù)、逆功保護(hù)、短路保護(hù)、柜內(nèi)故障自檢等功能。
2.2 交流傳動(dòng)系統(tǒng)
2.2.1變頻驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)
變頻主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由若干變頻柜組成，分別將600V、50HZ恒壓、恒頻的交流電壓變成0～750V連續(xù)可調(diào)的交流電壓，以一拖一或者一拖二的驅(qū)動(dòng)方式分別驅(qū)動(dòng)鉆井泵、絞車、轉(zhuǎn)盤。絞車和轉(zhuǎn)盤電動(dòng)機(jī)具有反轉(zhuǎn)功能，扭矩限制0%～100%范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。在石油鉆機(jī)中應(yīng)用較多的是Siemens變頻器。SIMOVERT master DRIVE 矢量控制變頻器是采用IGBT元件、全數(shù)字技術(shù)的電壓源型變頻器。
2.2.2制動(dòng)控制單元
制動(dòng)柜內(nèi)的制動(dòng)單元和變頻房外的制動(dòng)電阻的主要功能是：在絞車需要制動(dòng)時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生于旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)力矩，負(fù)載側(cè)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能通過逆變器傳到變頻柜直流母線上。當(dāng)直流母線電壓高于最高閥值時(shí)，制動(dòng)控制單元自動(dòng)將制動(dòng)電阻接通，使中間直流母線之間電容器儲(chǔ)存的多余電能以熱能形式由制動(dòng)電阻消耗，以維持直流母線上的電壓保持恒定。這種制動(dòng)方式稱為能耗制動(dòng)。自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的制動(dòng)單元也采用能耗制動(dòng)。
2.2.3自動(dòng)送鉆
送鉆變頻柜將400V、50HZ恒壓、恒頻的交流電壓變流成0～400V變壓、變頻連續(xù)可調(diào)的交流電壓，以一拖一的驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)送鉆電動(dòng)機(jī)。恒壓方式可以實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)送鉆。送鉆電動(dòng)機(jī)在恒速方式時(shí)具有正反轉(zhuǎn)的功能，可以起到應(yīng)急起放井架和鉆具的功能，也可以恒速送鉆。
2.3 控制網(wǎng)絡(luò)
2.3.1司鉆控制室
司鉆控制室已成為交流變頻電動(dòng)鉆機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，目前的司鉆控制系統(tǒng)主要有模擬控制和數(shù)字控制2種。從控制功能來看，可以實(shí)現(xiàn)絞車無級(jí)調(diào)速，游動(dòng)系統(tǒng)的位置、速度、加速度閉環(huán)控制，懸重限制保護(hù)，數(shù)控恒鉆壓自動(dòng)送鉆，轉(zhuǎn)盤無級(jí)調(diào)速、轉(zhuǎn)矩限制保護(hù)，鉆井泵無級(jí)調(diào)速、泵壓限制保護(hù)等功能。可以通過觸摸屏和顯示屏對控制系統(tǒng)的主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
2.3.2PLC控制系統(tǒng)
通過數(shù)據(jù)采集單元（現(xiàn)場傳感器、編碼器、變送器等），可編程控制器經(jīng)過計(jì)算處理，在觸摸屏、顯示屏等HMI人機(jī)界面顯示以下鉆機(jī)參數(shù)：懸重、鉆壓、井深、機(jī)械鉆速、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤扭矩、泵沖泵壓、泥漿池液位、出口返回量、游車位置等參數(shù)。
2.4 MCC配電控制系統(tǒng)
交流電動(dòng)機(jī)控制中心的主要功能是對井場的鉆臺(tái)、鉆井液循環(huán)罐區(qū)、油罐區(qū)、壓氣機(jī)房和水罐區(qū)的交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，并給井場提供照明電源。交流電動(dòng)機(jī)控制中心系統(tǒng)對30KW以上的電機(jī)采用軟起方式。MCC柜采用分裝式結(jié)構(gòu)，以便于維修更換。
3 變頻鉆機(jī)及其控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和前景
關(guān)鍵詞：西門子變頻器；控制方式；外部端子控制；控制面板
前言
西門子變頻器是一種工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用較多的一種控制設(shè)備，其通過對固定輸入的電壓和頻率進(jìn)行內(nèi)部的轉(zhuǎn)換，依據(jù)控制信號(hào)將其轉(zhuǎn)換為所需的電壓和頻率的交流電進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對于電動(dòng)機(jī)的控制。在西門子變頻器工作的過程中首先需要將輸入的工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，而后再根據(jù)需要將直流電逆變?yōu)榭刂埔蟮慕涣麟?。在西門子變頻器工作的過程中通過PWM技術(shù)使得在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的過程中使用較小的啟動(dòng)電流并獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并調(diào)速平滑。在分析西門子變頻器外部端子的功能及作用的基礎(chǔ)上做好對于西門子變頻器的參數(shù)設(shè)置，確保其正常工作。
1 西門子變頻器的組成及外部端子簡述
1.1 西門子變頻器的組成
西門子變頻器主要是由操作面板、控制模塊與外部端子等三個(gè)部分組成，其主要與普通交流電動(dòng)機(jī)相配合在一些對于電動(dòng)機(jī)控制精度要求一般的場合進(jìn)行工作，以取代步進(jìn)電機(jī)或是交流伺服電機(jī)，降低成本與能耗。隨著科技的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，西門子變頻器正被應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域。西門子MM420系列變頻器是一種應(yīng)用較多的變頻器，其多應(yīng)用于對三相交流電動(dòng)機(jī)的變頻控制。西門子MM420系列的變頻器在出廠時(shí)各參數(shù)為系統(tǒng)默認(rèn)，在使用時(shí)與西門子工控裝置和設(shè)備相連接時(shí)如無特殊要求可不經(jīng)調(diào)試而直接進(jìn)行使用，可靠性與適應(yīng)性較強(qiáng)，西門子MM420系列變頻器是一款功能較齊全的變頻器。
1.2 西門子MM420系列變頻器外部端子
西門子MM420系列變頻器的外部端子如圖1所示，其中1、2端子輸入的是模擬量10V電源公共端，3、4端子為模擬量輸入端可以外接電位器來實(shí)現(xiàn)對于頻率設(shè)定值的更改，5-7號(hào)端子為數(shù)字量輸入端子，其中默認(rèn)情況下5為正轉(zhuǎn)控制，6為反轉(zhuǎn)控制，7為故障復(fù)位，8、9端子則代表的是直流24V電源公共端。
2 西門子MM420系列變頻器外部端子對電機(jī)的控制
2.1 交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制
通過使用線纜將西門子MM420系列變頻器與交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連接，在進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定時(shí)，通過使用西門子MM420系列變頻器操作面板對變頻器中的P1080、P1082參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，上述兩個(gè)參數(shù)設(shè)定的是上下限的頻率，而后通過對P1120、P1121參數(shù)進(jìn)行設(shè)定對交流電動(dòng)機(jī)的頻率加速與減速時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。最后將西門子MM420系列變頻器中的P0700參數(shù)設(shè)置為2，完成對西門子MM420系列變頻器的參數(shù)設(shè)置即可使用外部端子對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制。此時(shí)即可通過對5-7號(hào)端子施加相應(yīng)的頻率信號(hào)實(shí)現(xiàn)對于交流電動(dòng)機(jī)的控制。
2.2 使用模擬量輸入對西門子MM420系列變頻器進(jìn)行控制
在完場上述參數(shù)設(shè)置的基礎(chǔ)上將參數(shù)P1000有默認(rèn)缺省值設(shè)置為1，即可通過使用電位計(jì)來作為模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)對于電動(dòng)機(jī)的條數(shù)控制，在5-7號(hào)端子中通過輸入數(shù)字信號(hào)控制交流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)模擬信號(hào)輸入端的電壓電流信號(hào)來控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
此外還可以通過使用外部端子實(shí)現(xiàn)對于交流電動(dòng)機(jī)的多速段控制。
在使用西門子MM420系列變頻器對交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的過程中需要注意的是，在使用面板控制或是外部端子進(jìn)行控制時(shí)，對于西門子MM420系列變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定只能通過面板進(jìn)行西門子MM420系列變頻器內(nèi)部參數(shù)的修改與設(shè)定，在使用外部端子進(jìn)行控制時(shí)，首先需要將西門子MM420系列變頻器的控制模式切換到外部操作模式，而后再進(jìn)行外部控制頻率信號(hào)的接線，當(dāng)西門子MM420系列變頻器采用外部端子控制模式時(shí)，如果需要修改端子的功能需要將外部開關(guān)輸入信號(hào)全部斷開后再重新進(jìn)行接線，避免因信號(hào)輸入導(dǎo)致控制邏輯混亂。其中當(dāng)西門子MM420系列變頻器采用多段速的方式進(jìn)行控制時(shí)，將無反轉(zhuǎn)輸出信號(hào)。
3 西門子MM420系列變頻器的面板控制
西門子MM420系列變頻器在出廠時(shí)裝載有默認(rèn)的參數(shù)，通過對西門子MM420系列變頻器中缺省的設(shè)置值進(jìn)行修改將可以使得西門子MM420系列變頻器實(shí)現(xiàn)對于交流電動(dòng)機(jī)的控制，對于西門子MM420系列變頻器參數(shù)的設(shè)置需要使用面板進(jìn)行輸入與修改，在使用基本操作面板實(shí)現(xiàn)對于電動(dòng)機(jī)的控制時(shí)首先需要將系統(tǒng)內(nèi)的P0010參數(shù)修改為0，從而使得西門子MM420系列變頻器處于運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)，將參數(shù)P0700參數(shù)設(shè)置為1即可使用操作面板來控制交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟停運(yùn)動(dòng)及控制，按下綠色的啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，按下數(shù)值增加按鈕逐步增加交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過增加與減少按鈕來控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加與降低，并可以通過使用轉(zhuǎn)換按鈕來控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。紅色按鈕控制電機(jī)的停止。
對于使用西門子MM420系列變頻器實(shí)現(xiàn)對于交流電動(dòng)機(jī)的控制主要是通過改變內(nèi)部參數(shù)的設(shè)定值來實(shí)現(xiàn)對于變頻器輸出信號(hào)的改變，使用面板控制最主要的是通過改變了西門子MM420系列變頻器內(nèi)部的參數(shù)。在對西門子MM420系列變頻器進(jìn)行調(diào)試設(shè)定時(shí)應(yīng)當(dāng)首先將變頻器內(nèi)部的全部參數(shù)恢復(fù)為出廠設(shè)置避免內(nèi)部有設(shè)定值而對本次操作造成影響。在恢復(fù)出廠設(shè)置時(shí)通過將P0010參數(shù)設(shè)置為30并將參數(shù)P0970參數(shù)設(shè)置為1完成對于西門子MM420系列變頻器的出廠設(shè)置。對于西門子MM420系列變頻器的參數(shù)可以對照調(diào)試說明書進(jìn)行了解與設(shè)置。在使用西門子MM420系列變頻器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)控制時(shí)，如無特殊要求可以將變頻器直接與西門子電機(jī)連接進(jìn)行控制，而當(dāng)需要對其他廠家的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)需要在參數(shù)設(shè)置時(shí)輸入電機(jī)銘牌上所標(biāo)注的電機(jī)的轉(zhuǎn)速、電壓、電流、頻率等的電機(jī)規(guī)格參數(shù)，做好電機(jī)與變頻器的匹配。
4 結(jié)束語
西門子MM420系列變頻器是一種應(yīng)用較多的工控設(shè)備，文章在分析西門子MM420系列變頻器特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對西門子MM420系列變頻器的面板與外部端子兩種控制方式進(jìn)行了分析闡述。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：變頻；變轉(zhuǎn)差率；開環(huán)和閉環(huán)控制
中圖分類號(hào)：U264.91+3.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法近年來得到了廣泛的應(yīng)用，它的慣量小、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、可在惡劣環(huán)境中使用，并且維護(hù)檢修比較方便、容易實(shí)現(xiàn)高速化、高壓化以及大容量化，還具有非常明顯的成本優(yōu)勢。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)因其具有優(yōu)質(zhì)、節(jié)電、降耗、增產(chǎn)的特點(diǎn)已經(jīng)逐漸成為我國電氣傳動(dòng)的中樞。
雖然交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法在現(xiàn)實(shí)使用中具有明顯的優(yōu)勢，但是由于很多企業(yè)和部門對于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法缺乏明確的判斷和認(rèn)識(shí)，對于各種調(diào)速方案的使用條件和優(yōu)缺點(diǎn)認(rèn)識(shí)不夠，在使用過程中出現(xiàn)了一系列的問題，不能使各種調(diào)速方案的作用得到最大化的發(fā)揮。為了避免這些問題的出現(xiàn)和蔓延，也為了進(jìn)一步提高對于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法及其控制方案的理解，本文從交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的基本方法及其裝置入手，對交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制方法及其 特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并研究了各類交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制方案的適用場合和條件，為交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案作用的最大化發(fā)揮提供了參考和指導(dǎo)。
1 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法闡述
根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的基本轉(zhuǎn)速公式(下式(1)、(2))可以發(fā)現(xiàn)只要改變轉(zhuǎn)差率S、交流電機(jī)供電率F以及極對數(shù)P中的任意一個(gè)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生改變，由此引出了三最基本的調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，即常說的變頻調(diào)速(改變頻率f1)、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（改變s）、變極調(diào)速（變極對數(shù)p）三種調(diào)速方式。
同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：N0=60F/P(1)
異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：N=N0(1-S)=60F/P(1-S) (2)
式中： P為極對數(shù)；
F為頻率；
S為轉(zhuǎn)差率（0～3%或0～6%）。
由于電機(jī)供電率F的改變比轉(zhuǎn)差率S和極對數(shù)P的改變要簡單得多，所以變頻調(diào)速在實(shí)際中比另外兩種調(diào)速方式的應(yīng)用要廣泛的多，特別是近年來靜態(tài)電力變頻調(diào)速器的迅速興起和發(fā)展促使了三相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速成為當(dāng)前電氣調(diào)速的主流?？偟膩碚f，交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有不改變同步轉(zhuǎn)速和改變同步轉(zhuǎn)速兩種方式?；诖耍谏a(chǎn)實(shí)際中，不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有應(yīng)用油膜離合器、液力偶合器、電磁轉(zhuǎn)差離合器等調(diào)速以及繞線式電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速、斬波調(diào)速以及轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。我們還應(yīng)該注意到僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率不一定能獲得良好的變頻特性，還需要對對電壓做出調(diào)整，以便使磁通保持在一個(gè)恒定位置。
2各種調(diào)速方法及其裝置的特征分析
（1）變頻調(diào)速
變頻調(diào)速是一種改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法，它的主要裝置是能夠改變電源頻率的變頻器。一般有兩大類變頻器：交流－交流變頻器以及交流－直流－交流變頻器，而我國使用的是后一種變頻器。它的主要特點(diǎn)如下表1所示：
表1 變頻調(diào)速的主要特點(diǎn)
（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速
轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的原理是轉(zhuǎn)子串電阻加大了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，因而串入的電阻越大就會(huì)使轉(zhuǎn)速越低，對設(shè)備的要求比較簡單，但是在使用過程中會(huì)產(chǎn)生熱量。它的主要特點(diǎn)如下表2所示：
表2 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的主要特點(diǎn)
（3）定子調(diào)壓調(diào)速
定子電壓的改變會(huì)產(chǎn)生一系列機(jī)械特性各異的曲線，進(jìn)而產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速。但是電壓的平方正比于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定了該方法的調(diào)速范圍不大?；诖?，在實(shí)際應(yīng)用中有人提出了轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī)或者在繞線式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻能夠擴(kuò)大其調(diào)速范圍的觀點(diǎn)，并得到了證實(shí)。調(diào)壓調(diào)速的核心設(shè)備是一個(gè)能使電壓發(fā)生改變的電源，主要有晶閘管調(diào)壓、自耦變壓器、串聯(lián)飽和電抗器等幾種，其中以第一種調(diào)壓方式為最好。它的主要特點(diǎn)如下表3所示：
表3 定子調(diào)壓調(diào)速的主要特點(diǎn)
（4）串級(jí)調(diào)速
串級(jí)調(diào)速是通過在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中聯(lián)入可變附加電勢來改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差的一種調(diào)速方法。在這個(gè)過程中可變附加電勢對于轉(zhuǎn)差功率的吸收能力決定了串級(jí)調(diào)速的程度，并且根據(jù)吸收方式的不同，串級(jí)調(diào)速又可分為晶閘管串級(jí)調(diào)速、機(jī)械串級(jí)調(diào)速以及電機(jī)串級(jí)調(diào)速三種形式，第一種為最常用的形式。它的主要特點(diǎn)如下表4所示：
表4 串級(jí)調(diào)速的主要特點(diǎn)
（5）變極調(diào)速
該種方法主要是針對籠型電動(dòng)機(jī)而言的，它改變的是定子繞組的接線方式，因此設(shè)備要求比較簡單。它的主要特點(diǎn)如下表5所示：
表5 變極調(diào)速的主要特點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
[1] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及維護(hù)[M].北京：中國電力出版社，2007：76.
[2] 王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制(第二版)[M].北京：北京航空航天出版社，2007：157-158.
關(guān)鍵詞：變頻液壓站、工作原理、變頻調(diào)速
中圖分類號(hào)： TG315.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
一、前言
隨著工業(yè)化的程度越來越高，交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的突飛猛進(jìn)，變頻調(diào)速是集電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)于一體的產(chǎn)物。在變頻調(diào)速具有絕對優(yōu)勢，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)試節(jié)電顯著，而且易于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化，深受工業(yè)用戶的喜愛。下面來有筆者對變頻液壓站的工作原理進(jìn)行解析。
二、變頻液壓站的工作原理
根據(jù)電動(dòng)機(jī)學(xué)的工作原理，我們可以由其公式中看出：磁極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s不變的情況下,電源頻率和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n成正比,即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n增加，電源頻率也會(huì)隨著增加；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n下降,電源頻率也下降。在變頻液壓站的工作原理中通過這種改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率,從而實(shí)現(xiàn)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速即為這種通過改變電源頻率實(shí)現(xiàn)的交流電機(jī)速度調(diào)節(jié)過程。
液壓泵的輸出流量公式如下:
Q=kqn/1000=0.06kdf(1-s)/p
從上述公式可以知道,電動(dòng)機(jī)電源的頻率f與液壓泵的輸出流量Q成正比,也就是說電動(dòng)機(jī)電源的頻率f隨著液壓泵的輸出流量Q的增加而增加，在數(shù)值上成正比。通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電源的頻率f來變相的調(diào)節(jié)液壓泵的輸出流量Q，即為變頻液壓站的最基本的工作原理。
變頻器主要由主回路、保護(hù)回路、控制回路組成。作為變頻液壓器的主回路，其作用是直接提供調(diào)頻調(diào)壓電源給交流電動(dòng)機(jī)；在變頻器中，控制回路是根據(jù)預(yù)先設(shè)定或由閉環(huán)反饋信號(hào)的方式來控制主回路,使得主回路的電壓與頻率按一定的規(guī)律調(diào)節(jié)以及輸出,主要包括：驅(qū)動(dòng)回路、冷卻控制回路、輸入/設(shè)定參數(shù)回、運(yùn)算回路、電壓/電流檢測回路、速度檢測回路、壓力檢測回路等組成；保護(hù)回路則為變頻器的各個(gè)部分及電動(dòng)機(jī)提供完善的保護(hù), 如過流、過載過電壓等故障的保護(hù),將保護(hù)回路應(yīng)用在變頻器及電動(dòng)機(jī)上可以使其工作具有很高可靠性。變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心部分,也是變頻液壓站最為重要的部件。其控制方式主要有開環(huán)恒壓比的控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。
交流電動(dòng)機(jī)在變頻液壓站中也是個(gè)重要的元件,雖然普通的交流電動(dòng)機(jī)也能實(shí)現(xiàn)變頻控制,但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)較大,慣性大,其節(jié)能效果不是特別明顯,控制精度較差,所以有很多的研究機(jī)構(gòu)和廠家在減小交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性、增強(qiáng)輸出扭矩做了很多的研究,且取得不少的成果。例如在日本大金工業(yè)株式會(huì)社的專利產(chǎn)品IPM電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中心鑲?cè)肓怂臈l稀土類磁石；磁石在定子產(chǎn)生的磁場里會(huì)產(chǎn)生磁石扭矩；由于電磁鋼板接近磁石時(shí),磁力線比空氣更易于通過電磁鋼板,集中在鐵的周圍,磁力線想通過最短距離將鐵拉向左側(cè), ,形成向左磁阻力,S極的磁力線變短,從而在箭頭方向因磁阻扭矩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力；IPM電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩=磁石扭矩+磁阻扭矩,比同等規(guī)格普通電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩大大增加,其效率達(dá)82%以上,低速能平穩(wěn)地控制在350r/min,最高轉(zhuǎn)速能達(dá)4500r/min,響應(yīng)時(shí)間達(dá)0.1s。變頻液壓站大多選用的液壓泵是定量齒輪泵,因?yàn)槎魁X輪泵的結(jié)構(gòu)簡單,低速自吸能力強(qiáng)；溢流閥在系統(tǒng)中的作用是安全閥,冷卻器、過濾器、空氣過濾器、液位計(jì)等元件的作用跟普通的液壓系統(tǒng)是一樣的。
三、變頻液壓站的優(yōu)缺點(diǎn)
1、優(yōu)點(diǎn)
變頻液壓站相對于傳統(tǒng)的容積控制是一種具有全局型的新型節(jié)能傳動(dòng)方式,具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn):
（1）實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)能的能量回收。
（2）節(jié)能效果明顯,比傳統(tǒng)的容積控制液壓系統(tǒng)節(jié)能10%~60%。
（3）可以省去帶有復(fù)雜變量機(jī)構(gòu)的變量泵,而采用定量泵+變頻器+交流電動(dòng)機(jī)的形式。
（4）調(diào)速范圍更廣。
（5）控制特性更高，因?yàn)槠鋬?nèi)置了PID控制和采用無速度反饋矢量控制。
（6）采用了定量泵設(shè)置,大大降低了噪聲的影響。
2、缺點(diǎn)
（1）相對于大功率的交流電動(dòng)機(jī)來說,變頻液壓站的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大,以及變頻器的能力的限制,使得其響應(yīng)速度變慢,控制精度降低；
（2）低速穩(wěn)定性差。由于液壓泵的轉(zhuǎn)速過低,自吸能力下降,低頻時(shí)會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,致使電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng),導(dǎo)致低頻力矩不足。
四、變頻液壓站的應(yīng)用
變頻液壓站因?yàn)樗{(diào)速性能良好、節(jié)能效果明顯等因素的影響,所以在液壓電梯、注塑機(jī)、液壓振動(dòng)篩、飛機(jī)、液壓抓斗、機(jī)床、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制磚廠等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國電機(jī)的總裝機(jī)容量已達(dá)4億千瓦,年耗電量達(dá)6000億千瓦每時(shí),約占工業(yè)耗電量的80%。我們相信隨著我國廣大企業(yè)節(jié)能意識(shí)的增強(qiáng)和變頻液壓技術(shù)的發(fā)展,變頻液壓站的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。
五、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究方向
從上世紀(jì)70年代以來，在電力電子技術(shù)和控制理論的高速發(fā)展規(guī)模下,變頻調(diào)速技術(shù)獲得了跨越式的進(jìn)展。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的優(yōu)勢豬油有一下幾個(gè)性能：效率較高、調(diào)速性能優(yōu)越、啟制動(dòng)性能、高功率因數(shù)、高節(jié)能效果。巨大的優(yōu)勢也使得交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，被國內(nèi)外稱之為最有發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)速方式。目前，交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)已成為了節(jié)能、改善環(huán)境、改善工藝流程的提高產(chǎn)品質(zhì)量推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。
交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速主要有如下一些優(yōu)點(diǎn):
（1）實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng),進(jìn)而減輕機(jī)械的沖擊力,達(dá)到保護(hù)機(jī)械設(shè)備的目的。
（2）節(jié)電效果突出。
（3）調(diào)速范圍較為廣泛,可以實(shí)現(xiàn)普通異步電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速。
（4）啟動(dòng)需求電流較小,另一表現(xiàn)就是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。
（5）調(diào)節(jié)電壓大小和頻率快慢可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或者恒功率調(diào)速。
（6）對電動(dòng)機(jī)具有保護(hù)功能,降低電機(jī)的維修費(fèi)用。
直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)相比，而交流電動(dòng)機(jī)的體積更小,重量輕，價(jià)格上相對較低,運(yùn)行性能也較直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)良,維護(hù)量小,因此交流電動(dòng)機(jī)在各行各業(yè)的應(yīng)用也比直流電動(dòng)機(jī)廣泛。所以，在選擇變頻調(diào)速時(shí)，對交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速具有更大的實(shí)用性。液壓動(dòng)力傳動(dòng)在工業(yè)生產(chǎn)上也有很大的應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)有：調(diào)速方便、傳動(dòng)平穩(wěn)、功率體積比大，但是液壓動(dòng)力傳動(dòng)的缺點(diǎn)卻是至關(guān)重要的，因?yàn)槠淠芰坷寐什桓?以至于較低了整機(jī)系統(tǒng)的工作效率。因此，節(jié)能一直是提升液壓動(dòng)力傳動(dòng)工作效率的主要困擾之一。但交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使得這一問題得到解決。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)可以改變供電電源的頻率從而實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度調(diào)節(jié),使電機(jī)始始終處在高效率的工作狀態(tài)。將交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)用于液壓系統(tǒng),如簡化液壓回路,減少液壓系統(tǒng)的能量損失,降低噪聲等液壓系統(tǒng)的一些缺點(diǎn),交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)與液壓系統(tǒng)的結(jié)合還有一個(gè)更重要的作用，那就是減少液壓系統(tǒng)的能量損失,提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。
六、結(jié)語
綜上所述，在進(jìn)入21世紀(jì)以來，交流變頻液壓調(diào)速技術(shù)在工業(yè)中各行各業(yè)中正逐步展開應(yīng)用。本文從交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的研究方向介紹了變頻液壓站工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用。現(xiàn)如今，社會(huì)潛力巨大，變頻液壓技術(shù)現(xiàn)逐步向主控一體化、變頻控制的高性能化、變頻器的環(huán)?；⒆冾l器與電機(jī)的整體化、變頻控制系統(tǒng)的全數(shù)字化、高復(fù)合液壓的高功率控制的方向發(fā)展，相信在不久的將來，變頻液壓技術(shù)一定會(huì)給人類帶來更多意想不到的驚喜。
參考文獻(xiàn)：
趙秀娟 李建平：《淺議液壓傳動(dòng)技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用》，《科技與生活》,2011年
