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变频器在电机拖动及其控制领域的应用徐青松

发表时间：2020/4/13 来源：《电力设备》2019年第23期作者：徐青松1 王勇2 卢玉辉3

[导读] 摘要：变频器在我们的现代生活中有了更广泛的应用，本文对变频器的概念和电机的运作做出了解释，也对变频器的基本应用和应用做出了说明

        （1.2.大港油田公司第四采油厂（滩海开发公司）天津市滨海新区 300280；3.大港油田公司电力公司天津市滨海新区 300280）
        摘要：变频器在我们的现代生活中有了更广泛的应用，本文对变频器的概念和电机的运作做出了解释，也对变频器的基本应用和应用做出了说明。希望以后变频器能够有更好的应用。
        关键词：变频器；电机；应用
        1、前言
        变频器是将工频交流电源变换为频率和电压可调的交流电源，实现交流电机调速的电气装置，已广泛应用于油气生产的注、采、输等领域。用户可以根据需要设置相关参数，充分利用变频器所具有的全面、完善的控制应用，为需要多种应用的复杂电机控制系统服务。变频器在交流电动机拖动领域的使用日益广泛,在调节交流电动机速度方面愈加显示出其性能优越、节能效果明显的优点。
        2、电机变频传动的优势
        随着目前开发大油田进程的大幅加快,使得我国的电力生产与供应能力受到巨大的挑战,为了跟紧我国经济发展的步伐,我国的电力系统也随之进行了改革与发展【1】。在电机中应用变频器的优势有哪些呢，具体如下：
        2.1节能
        变频器主要是应用在机电的控制上，通过改变电源频率，达到控制电机转速快慢的作用。一般分为直流电源型和交流电源型两种，实际使用中，绝大部分都是交流电源型，这也是未来我们需要更加深入研究的原因。如果我们使用风机、水泵等设备时，如果不需要满负载运行的时候，可以通过变频器把转速降低，那么可以明显的节省电能。比如说风机只需要额定流量一半的时候，我们通过降低转速到额定转速的一半即可。如果扬程也能满足要求的话，这个时候，电机的功率就降低到了1/2的三次方，也就是只有额定功率的1/8。这个时候功率的节省，比不用变频器的电流减小的省电要多。特别是设备需要长时间持续使用的，省电效果更是明显。在这种情况下，变频器的节能作用就体现出来了。如果生产要求满流量（满负载），或者是扬程不能改变的情况下，那变频器就不能省电了。甚至，还会浪费电，毕竟变频器本身也是要消耗一部分电能的。当然，变频器除了调速节能外，还有优化功率因素，平滑启停曲线等功能，可以更好的保电气设备，延长它们的使用寿命【2】。
        2.2精度控制
        在现代的一些产品中，我们对精度的要求都开始越来越高，只有保证了产品的精度，我们才能让产品发挥出最大的使用能力，通过变频器，我们可以很好的控制精度，它代替了人力对于电机控制的不足，因此对产品的制作过程也更加精确。
        2.3提高工艺水平和产品质量
        变频器还广泛地应用于传送、起重、挤压和机床等各种机械设备的控制领域，可提高工艺水平和产品质量，减少设备冲击和噪声，延长设备使用寿命。这些机械采用变频控制后，可以使机械设备简化，操作和控制更具人性化，有的其至可以改变原有的工艺规范，从而提高整个设备的应用。

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        2.4新能源发电
        变频器系统：风机机组也不是能够凭空发电，双馈模式的机组一般发电机都需要励磁来让发电机产生转子旋转磁场，也就是说启动机组时必须要有外网的支持才能进行发电，为了使机组输出频率为50赫兹通常变频器要在转速不确定下进行自动变频，亚同步：当风速过小勉强能发电的时候磁力频率是非常高的（这也是风小容易机组出故障的原因），同步：当风速达到7~8米时是励磁最佳时期（此时的机组是最稳定的）它所励磁的电流为直流并且也是发电机的额定功率；超同步：发电机的最大转速为1750转左右，此时的发电机处于超同步状态，风速一般为12/S~18/S，为了保证它的发电机转速轮毂会频繁进行变桨，磁力方面它的励磁电流发生了180°反转此时的发电机的转子和定子都进行发电,超出18/S风速风机自动停机。
        3、变频器的基本应用
        变频器除实现电机变频调速的基本应用外，还具有自动加减速、多段速度运行、制动、保护和通讯等应用。
        3.1自动加减速应用
        变频器可以达到最优加减速控制，根据电机的负载状态自动设定加减速的最短时间，或者在设定的最短加减速时间内，将加减速电流控制在允许值之内。变频器的加减速有三种方式，线型、S形和半S形方式。
        3.2多段速度运行
        变频器可以根据预设的速度值和运行时间执行多段速度运行，将一个完整的工作过程分为若干个程序步，各程序步的旋转的方向、运行的速度、工作时间或运行的距离等都是可预置的，各程序步骤之间的切换也可以自动进行。
        3.3制动应用
        变频器具有能耗制动和直流制动两种制动的方式。能耗制动是一种通过磁通制动方式，电机的减速及停车通过降低变频器的输出频率来实现制动，当变频器降低频率的瞬间，电机的同步转速也会随之降低，然而由于机械中的惯性的原因，电机的转子转速并不能马上降低。因此当同步转速n0小于电机的转子速度的时候，电机电流的相位改变180度，电机轴上的转矩变为制动转矩，从而实现制动，电机上的能量也就通过制动电阻来消耗掉。直流制动是当电机的转速降低到预设的制动速度时，变频器给电机注入直流电压，使电机停止运转，并在零速时锁定转子。
        3.4保护应用
        变频器具有对变频器自身的故障保护和对电机发生故障保护。首先，对变频器自身的故障保护应用有过载保护、过电流保护、再生过电压保护、冷却风机异常等。对电机的故障保护应用有接地保护、电流过载保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护、缺相保护、电流超频保护、变频器失速保护等。
        3.5通讯应用
        随着多种交流变频调速技术日趋成熟,变频器的控制精度和动态性能大大提高,得到广泛的应用【3】。变频器带RS232/485通讯接口，现在已经实现上位工控机对变频器的通讯应用，接受上位机的运行指令或者将变频器的运行状态上传。完善的软件应用和规范的通讯协议，也可实现灵活的系统组态，组成现场总线系统。
        4、结束语：变频器只要合理的应用在电机上，就能达到很多传统电机所不及的效果，所以我们也要更加深入对变频电机的研究，来为未来的工业发展提供更多的便利。
        参考文献：
        [1]王新刚变频器在电机拖动及其控制领域的应用《电子制作》2016年18期
        [2]张金营变频器在交流电机拖动领域应用的认识误区《新世纪水泥导报》2018年02期
        [3]王睿变频器在电机拖动及其控制领域的应用《中国新通信》2016年24期