時間：2023-05-31 09:42:23
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇交流電動機(jī)的應(yīng)用，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
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：U264.91+3.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
交流電動機(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的中樞。
雖然交流電動機(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機(jī)調(diào)速的方法缺乏明確的判斷和認(rèn)識，對于各種調(diào)速方案的使用條件和優(yōu)缺點(diǎn)認(rèn)識不夠，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機(jī)調(diào)速方法及其控制方案的理解，本文從交流電動機(jī)調(diào)速的基本方法及其裝置入手，對交流電動機(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機(jī)的調(diào)速控制方案的適用場合和條件，為交流電動機(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 交流電動機(jī)調(diào)速方法闡述
根據(jù)交流電動機(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中的任意一個交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會發(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。
同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式：N0=60F/P(1)
異步電動機(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機(jī)變頻調(diào)速成為當(dāng)前電氣調(diào)速的主流。總的來說，交流電動機(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。基于此，在生產(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)速以及繞線式電動機(jī)的串級調(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機(jī)的轉(zhuǎn)差率，因而串入的電阻越大就會使轉(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機(jī)的轉(zhuǎn)矩決定了該方法的調(diào)速范圍不大。基于此，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機(jī)或者在繞線式電動機(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）串級調(diào)速
串級調(diào)速是通過在繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中聯(lián)入可變附加電勢來改變電動機(jī)轉(zhuǎn)差的一種調(diào)速方法。在這個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調(diào)速的程度，并且根據(jù)吸收方式的不同，串級調(diào)速又可分為晶閘管串級調(diào)速、機(jī)械串級調(diào)速以及電機(jī)串級調(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)計及維護(hù)[M].北京：中國電力出版社，2007：76.
[2] 王曉明.電動機(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.
本文主要針對我礦副井絞車原交流電動機(jī)和現(xiàn)改造后的高速直流電動機(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、交流電動機(jī)和直流電動機(jī)的簡介
1.原副井絞車交流電動機(jī)簡介
我礦副井絞車原交流電動機(jī)型號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)所需要的時間。
三、高速直流電動機(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)良的高速直流電動機(jī)代替原有的交流電動機(jī)，并更換了原有的控制系統(tǒng)采用了更先進(jìn)的自動控制系統(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機(jī)為上海電氣集團(tuán)電機(jī)廠有限公司生產(chǎn)。
主電動機(jī)數(shù)據(jù)：
主電動機(jī)型號：Z710-400型直流電動機(jī)
主電動機(jī)功率：1250kW，750V；580rpm。
電樞電壓：750V，電樞電流： 1773A。
勵磁電壓：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臺配置：高壓進(jìn)線柜2臺：提供雙進(jìn)線電源，電纜下進(jìn)線；主整流變供電2臺。
2.電控系統(tǒng)主回路傳動系統(tǒng)
提升機(jī)的驅(qū)動裝置應(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、運(yùn)行、減速、制動、停車。在整個循環(huán)中，應(yīng)使鋼絲繩的振動最小，井口停車必須準(zhǔn)確無誤誤差不超過±20mm。驅(qū)動電動機(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、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、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)時監(jiān)控，多參量數(shù)碼及曲線顯示和記錄，各種故障的報警及記錄。
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)前故障報警，歷史故障記憶，故障判斷及診斷，生產(chǎn)報表的完整資料。
四、采用高速直流電動機(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)所需要的時間。
高速直流電控系統(tǒng)柜體少，自動化程度高，故障率低，噪聲小。提高了系統(tǒng)長時間穩(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：動車組；電機(jī)牽引；交流傳動；技術(shù)應(yīng)用
上世紀(jì)90年代初，交流電動機(jī)牽引開始逐漸代替動力牽引和直流電牽引模式應(yīng)用于高速鐵路的驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)中。交流電動機(jī)可分為同步電動機(jī)和異步電動機(jī)。同步電動機(jī)最早應(yīng)用于法國，其特點(diǎn)是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較高，但是其必須在定子和轉(zhuǎn)子的同步轉(zhuǎn)速下才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩，這就使它的適用性大大降低。在此基礎(chǔ)上異步電動機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩條件也相對較低，并且運(yùn)行效能較高，彌補(bǔ)了同步電動機(jī)的不足。此外異步電動機(jī)還可以根據(jù)運(yùn)行環(huán)境的不同衍生出所需產(chǎn)品，實(shí)用性極高。時至今日，異步電動機(jī)仍為電動機(jī)產(chǎn)品的首選。
1 動車組交流傳動系統(tǒng)的構(gòu)成
在全世界范圍內(nèi)，各國高鐵及動車組的牽引控制系統(tǒng)都采用交流方式進(jìn)行動力的傳送。其構(gòu)造部件如下：
1.1 交流牽引電機(jī)
鐵路列車和動車組系統(tǒng)中多使用三相交流電機(jī)。三相交流電機(jī)是異步交流電機(jī)的一種，它的構(gòu)造最為簡單，轉(zhuǎn)速極高，黏著性好，牽引力強(qiáng)，具有較好的制動性，是同步直流電機(jī)所不可比擬的。目前各個國家還在進(jìn)一步提高交流電動機(jī)的性能和技術(shù)研發(fā)水準(zhǔn)，我國也在不斷加大研發(fā)力度，以求開創(chuàng)交流電機(jī)在我國應(yīng)用的新局面。
1.2 變流裝置
在工業(yè)領(lǐng)域，三相交流電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，高鐵和動車組上就是用三相交流電機(jī)作為機(jī)車的牽引裝置。為了配合三相交流電機(jī)的使用，最大程度的發(fā)揮牽引效能，就需要配備專門的交流裝置。這種裝置結(jié)構(gòu)較為繁復(fù)，所需功率極大，是專門應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的，它的作用就是將原有的單向交流電轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需要的三相交流電。其特點(diǎn)具體歸納如下：（1）與直流電相比，交流電動勢圖呈正弦波的趨勢，可有效減輕在變矩過程中電流諧波對轉(zhuǎn)矩的干擾。（2）承載力和適應(yīng)性強(qiáng)。可以應(yīng)對多種突發(fā)狀況，如電壓不穩(wěn)，車輪側(cè)滑等，保持電機(jī)牽引的穩(wěn)定和可靠性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動車車體運(yùn)行狀態(tài)在可控范圍。（3）操控特點(diǎn)不同于直流裝置，牽引效能的好壞受制于多種因素，如轉(zhuǎn)矩需要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)才可啟動等等。（4）變頻幅度大，可根據(jù)實(shí)際情況不同進(jìn)行頻率的隨時調(diào)整，最低點(diǎn)為0.4Hz，最高可達(dá)200Hz。在此過程中，變化的穩(wěn)定性高，不會產(chǎn)生較大的起伏。（5）動車供電系統(tǒng)在供電時，輸出功率要盡可能平穩(wěn)，不要產(chǎn)生太大波動，功率參數(shù)保持在1左右最好，以最大限度緩解對整個控制系統(tǒng)的負(fù)面影響。（6）變流裝置的牽引效能較直流裝置好，對材料的浪費(fèi)率低，穩(wěn)定性高。（7）系統(tǒng)在檢測，調(diào)試，安裝和故障修理時更容易。（8）交流設(shè)備體積小巧，抗震性強(qiáng)，適用于動車組的運(yùn)行環(huán)境。9）可進(jìn)行能量和動力的雙向轉(zhuǎn)換。
2 交流傳動技術(shù)在動車運(yùn)行過程中的控制策略
2.1 交流傳動控制策略
交流機(jī)車一般可分為兩類，其中單項工頻機(jī)車的控制系統(tǒng)多采用交-直-交的方式進(jìn)行電流的傳輸和控制。這種方式又包含兩種控制方法：網(wǎng)側(cè)變流器控制和電機(jī)側(cè)逆變器控制。
（1） 網(wǎng)側(cè)變流器控制。網(wǎng)側(cè)變流器是動車組電機(jī)傳動系統(tǒng)的主要部件，它的工作原理為通過調(diào)節(jié)變流器的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)對電流大小的控制，是將交流電轉(zhuǎn)化為直流電的設(shè)備。相對其他變流器，其優(yōu)點(diǎn)是在列車運(yùn)行時可以有效減少電諧波對周邊所帶來的影響。另外，由于動車組的順利運(yùn)行需要穩(wěn)定的電壓作為前提保障，網(wǎng)側(cè)變流控制器可以變交流電為直流電的特性正符合了動車運(yùn)行時對電壓的要求。所以電機(jī)網(wǎng)側(cè)變流器適用于以單項交流電位主控制系統(tǒng)的動車組，要根據(jù)需要合理配備網(wǎng)側(cè)變流器。（2）電機(jī)逆變器控制。電機(jī)側(cè)逆變器是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的電機(jī)設(shè)備，與變流器對電流的控制方向正好相反，分為正弦波逆變器和方波逆變器。動車電機(jī)牽引設(shè)備中包含有異步牽引電機(jī)，其要和配套的電機(jī)逆變器結(jié)合使用。動車的牽引控制具有特殊性，牽引系統(tǒng)是通過三相交流電的傳動得以實(shí)現(xiàn)的。
2.2 交流異步電機(jī)控制技術(shù)
異步電動機(jī)較傳統(tǒng)的交流電動機(jī)而言更具有動態(tài)性，它可以將交流電傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為直流電傳動系統(tǒng)，易于操控，擴(kuò)大交流電系統(tǒng)的使用范圍。異步電動機(jī)可通過調(diào)整電壓和電頻生成動車組系統(tǒng)中的三相交流電。它通過調(diào)控定子電流和定子電壓使之發(fā)生變化，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)階段異步電機(jī)有如下幾種操控手段：（1）矢量控制方法，是將定子電流分解達(dá)到矢量變換的目的。（2）自適應(yīng)控制方法，能夠克服參數(shù)的變化自動適應(yīng)電流的轉(zhuǎn)變。（3）直接轉(zhuǎn)矩控制方法。
3 交流電動機(jī)的運(yùn)行原理及實(shí)際運(yùn)用
交流電動機(jī)對于日常生活的意義十分重大，它覆蓋了工農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，科技國防等各個領(lǐng)域，尤其在與人們生活息息相關(guān)的家用電器領(lǐng)域，其應(yīng)用更為廣泛。交流電動機(jī)包括同步電動機(jī)和異步電動機(jī)兩大類。同步電動機(jī)的調(diào)速靠改變供電電壓的頻率來改變同步轉(zhuǎn)速。由于中間環(huán)節(jié)是直流電壓，在電壓型逆變器中電力半導(dǎo)體器件始終保持正向偏置，由于采用了晶閘管器件，就必須進(jìn)行某種形式的強(qiáng)迫換流。根據(jù)換流方式的不同，電壓型逆變器的種類很多，其中帶有輔助晶閘管單獨(dú)關(guān)斷的并聯(lián)逆變電路，即著名的麥克墨萊電路在機(jī)車傳動中有一定的代表意義。麥?zhǔn)想娐肥墙柚o助晶閘管接通L、C振蕩換流電路，使導(dǎo)通的晶閘管中的負(fù)載電流降到零并承受一定時間的反向電壓的一種強(qiáng)迫換流電路。交流調(diào)速系統(tǒng)主要是針對異步電動機(jī)而言，它是交流傳動與控制系統(tǒng)的一個重要組成部分。對于鐵路牽引，要求傳動系統(tǒng)按照一定的控制方式（如恒力矩和恒功率） 運(yùn)行，同時又不斷地迅速地加速或減速。
動車機(jī)車牽引系統(tǒng)多為閉環(huán)的傳動方式，這樣可以更好的保持動車在運(yùn)行過程中牽引系統(tǒng)控制的有效性和平穩(wěn)性。傳動裝置通過變矩器進(jìn)行變速變矩，達(dá)到機(jī)車動力的傳動效果。一般情況下，傳動過程中可以采用以下方法進(jìn)行變矩：第一種方法是直接控制轉(zhuǎn)矩。通過比對實(shí)測的轉(zhuǎn)矩與原有的轉(zhuǎn)矩之間的信號差異，進(jìn)而導(dǎo)入新的轉(zhuǎn)矩信號，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的目的。還有一種方法是參考其他的系統(tǒng)信號值，將這些相關(guān)值進(jìn)行檢測對比，生成轉(zhuǎn)矩信號，間接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩。這兩種轉(zhuǎn)矩方式的應(yīng)用范圍都較為廣泛，適用于各種類型的列車。尤其是直接轉(zhuǎn)矩的方式更加受到人們的稱贊。科技的進(jìn)步使得近年來交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)新的調(diào)速方式，如電壓、頻率協(xié)調(diào)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)，諧振型變頻調(diào)速系統(tǒng)，矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)等。
4 結(jié)束語
上文系統(tǒng)闡述了動車組動力傳動技術(shù)和傳動系統(tǒng)的運(yùn)行原理。迄今為止，越來越多的國家在發(fā)展高鐵項目時都采用交流傳動技術(shù)，該項技術(shù)能夠更快的實(shí)現(xiàn)電流的變矩，牽引功率高，有利于提高電機(jī)的牽引效能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)的跨越式發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]李芾，安琪，王華.高速動車組概論[M].西南交大出版社，2008.
關(guān)鍵詞：異步電機(jī)；工作原理；運(yùn)行維護(hù)
中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
收錄日期：2014年5月14日
電能是國民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用最廣泛的能源，而電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用等各個環(huán)節(jié)都依賴于各種各樣的電機(jī)；電力拖動是國民經(jīng)濟(jì)各部門中采用最多最普遍的拖動方式，是生產(chǎn)過程電氣化、自動化的重要前提。由此可見，電機(jī)及電力拖動在國民經(jīng)濟(jì)中起著極其重要的作用。
一、電機(jī)的分類
（一）按工作電源分類。根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。
（二）按結(jié)構(gòu)及工作原理分類。電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同電動機(jī)。異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。
（三）按起動與運(yùn)行方式分類。電動機(jī)按起動與運(yùn)行方式可分為電容起動式電動機(jī)、電容盍式電動機(jī)、電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式電動機(jī)和分相式電動機(jī)。
（四）按用途分類。電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。驅(qū)動用電動機(jī)又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機(jī)及其他通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機(jī)。控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。
（五）按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類。電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)）。
（六）按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類。電動機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無級變速電動機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)。
二、電動機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
電動機(jī)的功能是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，它可以作為拖動各種生產(chǎn)機(jī)械的動力，是國民經(jīng)濟(jì)各部門應(yīng)用最多的動力機(jī)械。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程，需要各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動，液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單、調(diào)節(jié)性能好、耗損小，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動。
按照電動機(jī)的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大類。
縱觀電力拖動的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個生產(chǎn)領(lǐng)域。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式，19世紀(jì)末期，由于研制出了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的交流電動機(jī)，致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機(jī)械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過程的進(jìn)步，對電力拖動在起動，制動，正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應(yīng)方面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)這些要求，所以20世紀(jì)以來，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)時期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動，而交流電力拖動則主要用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。
雖然直流電動機(jī)具有調(diào)速性能優(yōu)異這一突出特點(diǎn)，但是由于它具有電刷與換向器（又稱整流子），使得他的故障率較高，電動機(jī)的使用環(huán)境也受到了限制（如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用），其電壓等級，額定轉(zhuǎn)速，單機(jī)容量的發(fā)展也受到了限制。所以，在20世紀(jì)六十年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體交流技術(shù)的交流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。尤其是七十年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，為交流電力拖動的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動機(jī)的串級調(diào)速，各種類型的變頻調(diào)速，無換向器電動機(jī)調(diào)速等，使得交流電力拖動逐步具備了調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應(yīng)快以及在四象限做可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面完全可與直流電力拖動媲美。此外，由于交流電力拖動具有調(diào)速性能優(yōu)良，維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，將廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域中，并逐步取代直流電力拖動而成為電力拖動的主流。
三、異步電機(jī)的發(fā)展
異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，也叫感應(yīng)電機(jī)，主要作電動機(jī)使用。它有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用，而且有較高的效率和相當(dāng)好的工作特性。異步電機(jī)主要的缺點(diǎn)是：目前尚不能經(jīng)濟(jì)的在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速以及它必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，雖然異步電機(jī)的交流調(diào)速已有長足進(jìn)展，但成本較高，尚不能廣泛使用；在電網(wǎng)負(fù)載中，異步電機(jī)所占比重較大，這個滯后的無功功率對電網(wǎng)是一個相當(dāng)重的負(fù)擔(dān)，它增加了線路損耗、妨礙了有功功率的輸出。當(dāng)負(fù)載要求電動機(jī)容量較大而電網(wǎng)功率因數(shù)又較低的情況下，最好采用同步電動機(jī)來拖動。
異步發(fā)電機(jī)的發(fā)展對發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了較大的沖擊力。主電容器是用來使發(fā)電機(jī)建立空載電壓的電容器，一般是將它們聯(lián)結(jié)成一組，并接于發(fā)電機(jī)出線端。附加電容器要根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的大小進(jìn)行投，所以它們必須分成若干組分別接入電路。附加電容器是用來使發(fā)電機(jī)由空載至滿載，維持發(fā)電機(jī)額定電壓不變的電容器。
2010年我國異步發(fā)電機(jī)行業(yè)面對新的發(fā)展形勢，因為新進(jìn)入企業(yè)不斷增多，上游原材料價格持續(xù)上漲，發(fā)電機(jī)租賃行業(yè)發(fā)展的也相當(dāng)不錯。導(dǎo)致行業(yè)利潤降低，因此我國異步發(fā)電機(jī)行業(yè)市場競爭也日趨激烈。必需并聯(lián)恰當(dāng)數(shù)值的勵磁電容。固然受金融危機(jī)影響使得異步發(fā)電機(jī)行業(yè)近兩年發(fā)展速度略有減緩，但跟著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國際金融危機(jī)的逐漸消退，我國異步發(fā)電機(jī)行業(yè)重新迎來良好的發(fā)展機(jī)遇。異步發(fā)電機(jī)在水輪機(jī)的驅(qū)動下，當(dāng)其轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時，利用其剩磁建立微小的剩磁電壓。
異步電念頭加上適量的電容器，便成為一臺異步發(fā)電機(jī)，也就是將所需要的電容器，并接在異步電念頭定子出線端即可。對于感性負(fù)荷則應(yīng)將其附加電容器并接在負(fù)荷之上，隨負(fù)荷的投入而投入。面臨這一現(xiàn)狀，異步發(fā)電機(jī)行業(yè)業(yè)內(nèi)企業(yè)要積極應(yīng)對，注重培養(yǎng)立異能力，不斷進(jìn)步自身出產(chǎn)技術(shù)，加強(qiáng)企業(yè)競爭上風(fēng)，與此同時異步發(fā)電機(jī)行業(yè)內(nèi)企業(yè)還應(yīng)全面掌握該行業(yè)的市場運(yùn)行態(tài)勢，不斷學(xué)習(xí)該行業(yè)最新出產(chǎn)技術(shù)，了解該行業(yè)國家政策法規(guī)走向，把握同行業(yè)競爭對手的發(fā)展動態(tài)，只有如斯才能使企業(yè)充分了解該行業(yè)的發(fā)展動態(tài)及自身在行業(yè)中所處地位，并制定準(zhǔn)確的發(fā)展策略以使企業(yè)在殘酷的市場競爭中取得領(lǐng)先上風(fēng)。
關(guān)鍵詞：交流調(diào)速；半導(dǎo)體；電動機(jī)；變頻
提高交流傳動系統(tǒng)的性能，國內(nèi)外有關(guān)研究工作正圍繞以下幾個方面展開：采用新型功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù) 采用新型功率半導(dǎo)體器件和脈寬調(diào)制（ ） 功率半導(dǎo)體器件的不斷進(jìn)步，尤其是新型可關(guān)斷器件，如 BJT（雙極型晶體管） 、 MOSFET（金屬氧化硅場效應(yīng)管） 、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實(shí)用化，使得開關(guān)高頻 化的 PWM 技術(shù)成為可能。目前功率半導(dǎo)體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能 化方向發(fā)展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交-直-交變頻器、電流型交-直-交變頻器和 交-交變頻器三種。 電流型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作儲能元件， 無功功率 將由大電感來緩沖，它的一個突出優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電動機(jī)處于制動（發(fā)電）狀態(tài)時，只需改變網(wǎng)側(cè) 可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側(cè)的再生電能方便地回饋到交流電網(wǎng)， 構(gòu)成的 調(diào)速系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行能力， 可用于頻繁加減速等對動態(tài)性能有要求的單機(jī)應(yīng)用場合， 在 大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中也有應(yīng)用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容 作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對于負(fù)載電動機(jī)而言，電壓型變頻器相當(dāng)于一個 交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅(qū)動多臺電動機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。電壓型 PWM 變 頻器在中小功率電力傳動系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位。 但電壓型變頻器的缺點(diǎn)在于電動機(jī)處于制動 （發(fā)電） 狀態(tài)時， 回饋到直流側(cè)的再生電能難以回饋給交流電網(wǎng)， 要實(shí)現(xiàn)這部分能量的回饋， 網(wǎng)側(cè)不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器， 必須采用可逆變流器， 如采用兩 套可控整流器反并聯(lián)、采用 PWM 控制方式的自換相變流器（“斬控式整流器”或 “PWM 整 流器”） 。網(wǎng)側(cè)變流器采用 PWM 控制的變頻器稱為“雙 PWM 控制變頻器”，這種再生能量回 饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續(xù)可調(diào)，輸入電流（網(wǎng)側(cè)電流）波形基本為正弦，功 率因數(shù)保持為 1 并且能量可以雙向流動的特點(diǎn)， 代表一個新的技術(shù)發(fā)展動向， 但成本問題限 制了它的發(fā)展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數(shù)低的缺點(diǎn)，只 能用于低速（低頻）大容量調(diào)速傳動。為此，矩陣式交-交變頻器應(yīng)運(yùn)而生。矩陣式交-交變 頻器功率密度大，而且沒中間直流環(huán)節(jié)，省去了笨重而昂貴的儲能元件，為實(shí)現(xiàn)輸入功率因 數(shù)為 1、輸入電流為正弦和四象限運(yùn)行開辟了新的途徑。 隨著電壓型 PWM 變頻器在高性能的交流傳動系統(tǒng)中應(yīng)用日趨廣泛，PWM 技術(shù)的研究 越來越深入。
普通 PWM 變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功 率器件開關(guān)頻率相關(guān)的諧波成分， 諧波電流引起的脈動轉(zhuǎn)矩作用在電動機(jī)上， 會使電動機(jī)定 子產(chǎn)生振動而發(fā)出電磁噪聲， 其強(qiáng)度和頻率范圍取決于脈動轉(zhuǎn)矩的大小和交變頻率。 如果電 磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍， 將會使人的聽覺受到損害。 一些幅度較大的中頻諧波電流 還容易引起電動機(jī)的機(jī)械共振，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提 高功率器件的開關(guān)頻率， 但這種方法會使得開關(guān)損耗增加； 另一種方法就是隨機(jī)地改變功率 器件的導(dǎo)通位置和開關(guān)頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍 內(nèi)，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達(dá)到抑制電磁噪聲和機(jī)械共振的目的，這就是隨 機(jī) PWM 技術(shù)。
應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論 應(yīng)用矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)及現(xiàn)代 現(xiàn)代控制理論 交流傳動系統(tǒng)中的交流電動機(jī)是一個多變量、 非線性、 強(qiáng)耦合、 時變的被控對象， VVVF 控制是從電動機(jī)穩(wěn)態(tài)方程出發(fā)研究其控制特性，動態(tài)控制效果很不理想。20 世紀(jì) 70 年代初 提出用矢量變換的方法來研究交流電動機(jī)的動態(tài)控制過程， 不但要控制各變量的幅值， 同時 還要控制其相位， 以實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦， 促使了高性能交流傳動系統(tǒng)逐步走 向?qū)嵱没?目前高動態(tài)性能的矢量控制變頻器已經(jīng)成功地應(yīng)用在軋機(jī)主傳動、 電力機(jī)車牽引 系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床中。此外，為了解決系統(tǒng)復(fù)雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的 控制方法，如直接轉(zhuǎn)矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控 制理論中的各種控制方法也得到應(yīng)用， 如二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制和雙位模擬調(diào)節(jié)器控制 可提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，滑模（Sliding mode）變結(jié)構(gòu)控制可增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，狀態(tài)觀測 器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實(shí)測的狀態(tài)信息，自適應(yīng)控制則能全面地提高系統(tǒng)的性能。
廣泛應(yīng)用微電子技術(shù) 廣泛應(yīng)用微電子 電子技術(shù) 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)字式控制處理芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到很大提高， 這使 得全數(shù)字化控制系統(tǒng)取代以前的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。 目前適于交流傳動系統(tǒng)的微處 理 器 有 單 片 機(jī) 、 數(shù) 字 信 號 處 理 器 （ Digital Signal Processor--DSP ） 專 用 集 成 電 路 、 （Application Specific Integrated Circuit--ASIC）等。
開發(fā)新型電動機(jī)和無機(jī)械傳感器技術(shù) 交流傳動系統(tǒng)的發(fā)展對電動機(jī)本體也提出了更高的要求。 電動機(jī)設(shè)計和建模有了新的研 究內(nèi)容，如三維渦流場的計算、考慮轉(zhuǎn)子運(yùn)動及外部變頻供電系統(tǒng)方程的聯(lián)解、電動機(jī)阻尼 繞組的合理設(shè)計及籠條的故障檢測等。
為了更詳細(xì)地分析電動機(jī)內(nèi)部過程， 如繞組短路或轉(zhuǎn)子斷條等問題， 多回路理論應(yīng)運(yùn)而生。 隨著 20 世紀(jì) 80 年代永磁材料特別是釹鐵硼永磁的發(fā) 展， 永磁同步電動機(jī)（Permanent-MagnetSynchronous Motor--PMSM）的研究逐漸熱門和深 入，由于這類電動機(jī)無需勵磁電流，運(yùn)行效率、功率因數(shù)和功率密度都很高，因而在交流傳 動系統(tǒng)中獲得了日益廣泛的應(yīng)用。此外，開關(guān)變磁阻理論使開關(guān)磁阻電動機(jī) （Switched Reluctance Motor--SRM） 迅速發(fā)展， 開關(guān)磁阻電動機(jī)與反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)相類似， 在加了轉(zhuǎn)子位置閉環(huán)檢測后可以有效地解決失步問題，可方便地起動、調(diào)速或點(diǎn)控，其優(yōu)良 的轉(zhuǎn)矩特性特別適合于要求高靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用場合。 在高性能的交流調(diào)速傳動系統(tǒng)中， 轉(zhuǎn)子 速度（位置）閉環(huán)控制往往是必需的。
參考文獻(xiàn)：
[1]《計算機(jī)操作系統(tǒng)教程》張堯?qū)W清華大學(xué)出版社（第二版）
關(guān)鍵詞：三相異步電動機(jī)；通用變頻器；PWM技術(shù)；全數(shù)字化控制系統(tǒng)
中圖分類號：TM921
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1009-2374（2012）21-0010-03
近年來，隨著能源日益減少，新型節(jié)電設(shè)備的不斷更新和科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，合理化的設(shè)計和節(jié)電設(shè)備的日益廣泛應(yīng)用，給人們工作和生活帶來了更多的方便。
1 交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展過程
1.1 交流電動機(jī)勵磁調(diào)速
早期用原動機(jī)來驅(qū)動一臺發(fā)電機(jī)，而通過控制發(fā)電機(jī)的勵磁來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓，借此來調(diào)節(jié)被驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)有功功率輸出，還可以關(guān)閉和起動電機(jī)。
1.2 電流電動機(jī)可控整流調(diào)速
隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，發(fā)明了通過晶閘管的導(dǎo)通時間來控制電壓（可控整流技術(shù)）。首先是調(diào)速系統(tǒng)響應(yīng)速度得到了很大提高，并且很好地解決了低速情況下的電流斷續(xù)問題。可控硅調(diào)速是用改變可控硅導(dǎo)通角的方法來改變電動機(jī)端電壓的波形，從而改變電動機(jī)端電壓的有效值，達(dá)到調(diào)速的
目的。
1.3 內(nèi)容摘要
1.3.1 變頻調(diào)速方法
變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要通過變頻器進(jìn)行，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交流－直流－交流變頻器。
變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù)），通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。
1.3.2 變極對數(shù)調(diào)速方法
這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機(jī)定子極對數(shù)達(dá)到調(diào)速目的，本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。
變頻器調(diào)速的特點(diǎn)是平穩(wěn)、可根據(jù)需要調(diào)節(jié)速度，是未來交流電動機(jī)的發(fā)展方向。
2 交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方案論證
2.1 單片機(jī)調(diào)速
隨著全球范圍的數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展，人們對數(shù)字化信息的依賴程度也越來越高。實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)全數(shù)字化控制不僅能使交流調(diào)速系統(tǒng)與信息系統(tǒng)緊密結(jié)合，而且可以提高交流調(diào)速系統(tǒng)自身的
功能。
由于交流電機(jī)控制理論不斷發(fā)展，控制策略和控制算法也日益復(fù)雜。擴(kuò)展卡、濾波器、FFT、狀態(tài)觀測器、自適應(yīng)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等均應(yīng)用到了各種交流電機(jī)的矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制當(dāng)中。因此，DSP芯片在全數(shù)字化的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)中找到施展身手的舞臺。在交流調(diào)速的全數(shù)字化的過程當(dāng)中，各種總線也扮演了相當(dāng)重要的角色。STD總線、工業(yè)PC總線、現(xiàn)場總線以及CAN總線等在交流調(diào)速系統(tǒng)的自動化應(yīng)用領(lǐng)域起到了重要的作用。
2.2 PWM調(diào)速
PWM控制是交流調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，它可以完成任何控制算法的最終實(shí)現(xiàn)。
關(guān)于PWM控制方案已經(jīng)在各領(lǐng)域有了多個版本的應(yīng)用，尤其是微處理器技術(shù)應(yīng)用在PWM技術(shù)之后，總是不斷有新的技術(shù)更新，從開始追求電壓波形的正弦，到電流波形的正弦，再到磁通的正弦；從最初效率最大化、轉(zhuǎn)矩脈動少到后來的以消除噪音為主攻課題，這些都是PWM控制技術(shù)的不斷升級和完善。目前，越來越多的新方案不斷地被提出和應(yīng)用，說明這項技術(shù)的應(yīng)用空間十分廣泛。其中，空間矢量PWM技術(shù)以其電壓利用率高、控制算法簡單、電流諧波小等特點(diǎn)在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了越來越多的應(yīng)用。V/f恒定、速度開環(huán)控制的通用變頻調(diào)速系統(tǒng)和滑差頻率速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，基本上解決了異步電機(jī)平滑調(diào)速的問題。然而，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能提出更高要求時，上述系統(tǒng)還是比直流調(diào)速系統(tǒng)略遜一籌。原因在于，其系統(tǒng)控制的規(guī)律是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)值控制，完全不考慮過渡過程，系統(tǒng)在穩(wěn)定性、起動及低速時轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)等方面的性能尚不能令人滿意。
異步電機(jī)是一個多變量、強(qiáng)耦合、非線性的時變參數(shù)系統(tǒng)，很難直接通過外加信號準(zhǔn)確控制電磁轉(zhuǎn)矩，但若以轉(zhuǎn)子磁通這一旋轉(zhuǎn)的空間矢量為參考坐標(biāo)，利用從靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的變換，則可以把定子電流中勵磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量變成標(biāo)量獨(dú)立開來，進(jìn)行分別控制。這樣，通過坐標(biāo)變換重建的電動機(jī)模型就可等效為一臺直流電動機(jī)，從而可像直流電動機(jī)那樣進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)矩和磁通控制即矢量控制。
3 交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計
綜合設(shè)備除了計算機(jī)外，其他設(shè)備的傳動、機(jī)床、機(jī)器人和自動裝置的傳動、電動汽車以及火車傳動等，都離不開調(diào)速系統(tǒng)。經(jīng)過漫長的發(fā)展，交流調(diào)速電氣傳動已上升為電氣調(diào)速的主導(dǎo)潮流，一步一步取代傳統(tǒng)的直流調(diào)速傳動。
變頻器對變換的逆變電源成為變頻電源的形式，主要是利用了電機(jī)調(diào)速用的變頻調(diào)速器，從而使普通的交流穩(wěn)壓電源形式得到變化的效果，所以對變頻電源的主要功能是將現(xiàn)有的交流電網(wǎng)電源變換成所需要頻率的穩(wěn)定的純凈的正弦波電源的效果，理想的交流電源的特點(diǎn)是頻率的穩(wěn)定。異步電動機(jī)與同步發(fā)電機(jī)同軸連接，通過變頻器控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以準(zhǔn)確控制發(fā)電機(jī)輸出電流的頻率大小，而同步發(fā)電機(jī)輸出電壓幅值E與磁通Φ有關(guān)，因此調(diào)節(jié)勵磁單元所提供的勵磁電流即可以控制發(fā)電機(jī)輸出電壓的幅值，最終達(dá)到電壓、頻率分別可調(diào)，波形為正弦波。
PLC是整個控制系統(tǒng)的核心，它可以給變頻器輸出轉(zhuǎn)速信號，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；可以按照擬定的控制策略給出勵磁單元控制信號，實(shí)現(xiàn)與發(fā)電機(jī)同步電頻可調(diào)。從而實(shí)現(xiàn)整個變頻電源輸出頻率、幅值的連續(xù)可調(diào)。同時，與觸摸屏進(jìn)行實(shí)時通訊，為觸摸屏的顯示提供數(shù)據(jù)，并對于觸摸屏輸入的信息進(jìn)行處理等，更加人性化。
變頻恒壓供水節(jié)制系統(tǒng)通過測到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)變頻器的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后，調(diào)節(jié)輸出頻率，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號）可適時報信PLC舉行變頻泵邏輯切換。為防止水錘征象的孕育發(fā)生，泵的啟停將聯(lián)動其出口閥門。
假定系統(tǒng)由四臺水泵、一臺變頻器、一臺PLC和一個壓力變送器及若干輔助器件構(gòu)成。安裝于供水管道上的壓力變送器將管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換成0～5V或4～20mA的電信號；變頻調(diào)速器用于調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速；PLC用于邏輯切換。如果1#水泵到50Hz但實(shí)際值沒達(dá)到設(shè)定值時，1#水泵轉(zhuǎn)到工頻，約10秒后，變頻器帶2#水泵加速，如果還沒達(dá)到設(shè)定值時，2#水泵轉(zhuǎn)到工頻，約10秒后變頻器帶3#水泵加速，加到某一頻率值，實(shí)際值得到設(shè)定值時，變頻器開始減速到0Hz后，1#工頻泵停機(jī)，2#工頻泵停機(jī)，保持實(shí)際值不變，夜間用水量較少時，管網(wǎng)中剩一臺變頻泵而且頻率下降到約35Hz，實(shí)際值≥設(shè)定值時，約2分鐘后，小泵開始啟動，到P2（小泵上限壓力）值時小泵停機(jī)，這時水泵全部休息，管網(wǎng)壓力由氣壓罐供水狀態(tài)，P2值下降到小泵啟動壓力值時P1小泵啟動，用水量較少時壓力到P2時停機(jī)，如果用水量較多時，小泵啟動，而Hz值低于P1值時，變頻器開始帶大泵加速到35Hz時，把小泵甩開。如此循環(huán)往復(fù)工作，大大節(jié)約了日趨緊張的用電。
此外，上面所說的系統(tǒng)還配備了輔助電路，以保障自己主動節(jié)制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可通過人工調(diào)節(jié)體式格局維持系統(tǒng)運(yùn)行，包管連續(xù)生產(chǎn)，使整套系統(tǒng)正常運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 王占奎，等．交流變頻調(diào)速應(yīng)用例集[M]．北京：科學(xué)出版社，1995．
關(guān)鍵詞：項目教學(xué)法 電工技能 項目設(shè)計 實(shí)施與評價
一、項目教學(xué)法概述
項目教學(xué)是教師與學(xué)生為了完成一個完整的教學(xué)或?qū)W習(xí)項目而共同進(jìn)行的教學(xué)活動。項目教學(xué)法的實(shí)踐性及自主性強(qiáng)，適合于技能學(xué)習(xí)，可有效促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展。項目的設(shè)計與實(shí)施可根據(jù)學(xué)生專業(yè)、知識基礎(chǔ)以及與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系，設(shè)計得具有針對性。在項目教學(xué)法的具體實(shí)踐中，教師充當(dāng)向?qū)Ш皖檰枺瑢W(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，通過完成項目，把理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，既提高技能水平，又培養(yǎng)合作、探究、解決問題等綜合能力。項目教學(xué)法是師生共同完成項目，共同取得進(jìn)步的教學(xué)方法，在職業(yè)學(xué)校、職業(yè)教育中有其獨(dú)特的優(yōu)勢。
二、電工技能課程實(shí)施項目教學(xué)法的條件
1.師資條件
對于中職學(xué)校來說，給學(xué)生傳授技能是第一要務(wù)。而技能的傳授，必須依靠有豐富實(shí)踐經(jīng)驗的教師，特別是在企業(yè)中從事過專業(yè)技術(shù)工作的教師。他們既要有較強(qiáng)的理論知識，又要較強(qiáng)的動手能力。雙師型電工教師是適合人選。
2.設(shè)備條件
要順利開展電工技能的項目化教學(xué)，學(xué)校學(xué)校必須有專門的電工技能實(shí)訓(xùn)室，較完善的電工器材和檢測儀器、多媒體平臺等。
三、項目的選定與設(shè)置
1.選定與設(shè)置的原則
項目的選定與設(shè)置必須在教學(xué)大綱的范圍之內(nèi)，符合專業(yè)特點(diǎn)，必須是電工技能中基本的技能范圍，其內(nèi)容必須是學(xué)生應(yīng)知應(yīng)會的專業(yè)基本技能，并符合以項目為導(dǎo)向，以實(shí)際操作能力為核心的原則。
2.選定與設(shè)置的項目
項目一：用電安全與人工急救（4學(xué)時）。
知識目標(biāo)：觸電的危害、形式、原因及預(yù)防措施。能力目標(biāo)：口對口人工急救法和胸外心臟擠壓法。
教學(xué)情景創(chuàng)設(shè)與教學(xué)資源準(zhǔn)備：三相四線電源、心肺復(fù)蘇模擬人2臺。
項目二：電工技能基本操作工藝（8學(xué)時）。
知識目標(biāo)：電工電氣原理圖、電氣控制施工圖、電器布置圖的識讀。能力目標(biāo)：導(dǎo)線的電氣連接，常用電工工具使用，電氣設(shè)備緊固埋設(shè)工藝。
教學(xué)資源準(zhǔn)備：電筆、電烙鐵、沖擊鉆、壓接鉗、電工刀、導(dǎo)線、電氣掛圖等。
項目三：常用電工儀表的使用（萬用表、鉗表、兆歐表等）（16學(xué)時）。
知識目標(biāo)：常用儀表的型號、結(jié)構(gòu)、測量范圍等。能力目標(biāo)：使用萬用表測量直流電阻、交直流電壓、直流電流；鉗形電流表測定交流電流，兆歐表測電纜、電動機(jī)絕緣電阻。
教學(xué)資源準(zhǔn)備：萬用表、鉗表、兆歐表、直流電源、電動機(jī)、三相四線電源等。
項目四：電氣照明與內(nèi)線工程（8學(xué)時）。
知識目標(biāo)：電氣照明的基本要求，布線工藝要求以及照明電路符號在施工安裝圖中的意義表述。能力目標(biāo)：室內(nèi)布線管布線工藝步驟，低壓配電板的安裝，包括電度表、斷路器、日光燈等的安裝。
教學(xué)資源準(zhǔn)備：低壓照明配電板，低壓電器，照明電器，如日光燈、白熾燈等。
項目五：單相交流異步電動機(jī)實(shí)訓(xùn)（8學(xué)時）。
知識目標(biāo)：單相電動機(jī)規(guī)格型號意義、原理及技術(shù)要求。能力目標(biāo)：單相機(jī)電動機(jī)的檢測方法，單相電動機(jī)的啟動和連接方法；常用單相電動機(jī)如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)電動機(jī)的檢測。
教學(xué)資源準(zhǔn)備：電工儀表、單相電動機(jī)、單相電源。
項目六：三相交流電動機(jī)（10學(xué)時）。
知識目標(biāo)：三相電動機(jī)的規(guī)格、型號，原理及技術(shù)要求。能力目標(biāo)：三相電動機(jī)的性能檢測，三相電動機(jī)的故障分析與處理。三相交流電動機(jī)首、尾端的判別，極數(shù)判別，三相電動機(jī)的連接方法。
教學(xué)資源配置：萬用表、兆歐表、三相交流電動機(jī)、三相四線電源、電工工具。
項目七：三相交流電動機(jī)的控制電路安裝（16學(xué)時）。
知識目標(biāo)：三相交流電動機(jī)的控制基本要求及安裝規(guī)程。能力目標(biāo)：工藝布線，三相交流電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，Y-降壓啟動，能耗制動等電路的安裝及通電試車調(diào)試。
教學(xué)資源的準(zhǔn)備：三相電線電源、三相交流電動機(jī)、電工工藝布線板、低壓電器（交流接觸器、熱繼電器、熔斷器等）、電工工具及萬用表等儀器。
每個項目的實(shí)施，都以學(xué)生為主體，以項目為中心，教師在過程中指導(dǎo)和監(jiān)控，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)，在電工實(shí)訓(xùn)室內(nèi)應(yīng)用電工設(shè)備完成。
四、電工技能課程項目教學(xué)法的實(shí)施
1.教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)
在電工技能的項目化教學(xué)中，教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)很關(guān)鍵。因為整個教學(xué)過程在一體化教學(xué)情景中進(jìn)行。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)以現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如，在電氣照明與內(nèi)線工程項目教學(xué)中，以日常的家庭照明為例，如日光燈的故障與檢測，雙聯(lián)開關(guān)的作用及應(yīng)用等引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將學(xué)生所學(xué)的知識與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系起來，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性。在單相電動機(jī)項目化教學(xué)中，以電風(fēng)扇、洗衣機(jī)電動機(jī)為例引入學(xué)習(xí)項目，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更有目的性和針對性。在整個教學(xué)過程中，把教師的“講”與學(xué)生的“練”有機(jī)地結(jié)合起來。項目教學(xué)的情景應(yīng)盡可能與電工操作的實(shí)際貼近。
2.教學(xué)過程的互動
項目教學(xué)法不再以教師為主導(dǎo)，而是以項目為導(dǎo)向，是以學(xué)生為主體的討論式、探討式和應(yīng)用式的教學(xué)，強(qiáng)調(diào)實(shí)用性與技能性。師生的互動是完成學(xué)習(xí)項目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)生通過完成一個項目，感到有所收獲，有成功感。教師在這個過程中主要是充當(dāng)一個引導(dǎo)、解惑的角色，創(chuàng)設(shè)目的明確、接近生產(chǎn)實(shí)踐的學(xué)習(xí)環(huán)境。在教學(xué)實(shí)踐中，必須十分注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，營造良好的互動氣氛。在課堂中充分發(fā)揮專業(yè)技能操作能力，做到講解清晰、演示準(zhǔn)確，并結(jié)合條理的板書。語言表達(dá)要準(zhǔn)確生動、語調(diào)抑揚(yáng)頓挫，吸引學(xué)生的注意力。同時，在教學(xué)過程中更多地應(yīng)用啟發(fā)教學(xué)，讓學(xué)生開動腦筋，共同探討。還應(yīng)靈活采用角色轉(zhuǎn)換、你問我答、分組討論、巡回指導(dǎo)等相互交流的辦法，使課堂氣氛活躍，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。
五、項目教學(xué)法在電工技能教學(xué)過程中的實(shí)時評價
項目教學(xué)法是一體化教學(xué)的主要形式。而一體化教學(xué)是復(fù)合型的教學(xué)方法。現(xiàn)場教學(xué)、情景教學(xué)、講授、演示、個別輔導(dǎo)等方法也應(yīng)結(jié)合到項目教學(xué)中。電工技能的項目教學(xué)的實(shí)施，正是通過項目的設(shè)計與實(shí)施，結(jié)合其他教學(xué)方式得以順利進(jìn)行。教師通過具體項目的要求，講解相關(guān)理論知識，演示操作方法，學(xué)生根據(jù)項目要求，運(yùn)用技能知識，完成具體的操作或電路連接。教師在學(xué)生的項目作品完成后作出評價，例如給學(xué)生的布線工藝評分，對連接的電路通電試車，使學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)成果有具體量化認(rèn)識，從而提高學(xué)習(xí)積極性。在電工技能項目化教學(xué)實(shí)踐中，可通過對學(xué)生學(xué)習(xí)紀(jì)律、學(xué)習(xí)氣氛、學(xué)生專業(yè)動手能力是否提高、學(xué)生與教師的交流互動情況、實(shí)習(xí)報告的完成情況、學(xué)習(xí)心得體會以及實(shí)踐考核成績等方面進(jìn)行總結(jié)與評價。實(shí)踐證明，學(xué)生樂于接受項目化教學(xué)方法，在學(xué)習(xí)過程中是主動和積極的，對專業(yè)的興趣和技能的掌握都有較大提高。
【關(guān)鍵詞】直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng);變流變頻調(diào)速系統(tǒng);工程機(jī)械;電氣傳動
1.引言
隨著我國計算機(jī)一級半導(dǎo)體元件技術(shù)的不斷提高，現(xiàn)代電氣的調(diào)速方式也在不斷地更新?lián)Q代，交流變頻調(diào)速方式便是其中的一員。變頻調(diào)速在分類上又有交―直―交型、交―交型、電壓源型、脈寬調(diào)制型、電流源型、VVVF型、矢量型等等方式。但是在傳統(tǒng)的直流調(diào)速F-D機(jī)組系統(tǒng)也通過過渡形成了晶閘管模擬式、晶閘管部分?jǐn)?shù)字式和全數(shù)字式系統(tǒng)。想要探討直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和變流變頻調(diào)速系統(tǒng)這兩類被廣泛應(yīng)用的調(diào)速方式的優(yōu)劣，則必須要通過具體設(shè)備的使用工況和工藝要求而定。
2.直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和變流變頻調(diào)速系統(tǒng)介紹
2.1 直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)
經(jīng)歷了現(xiàn)代科技發(fā)展的變革，對整流器的更新、以晶閘管整流裝置代替了老舊的直流發(fā)動機(jī)電動機(jī)組以及水銀整流裝置等一系列發(fā)展，使得直流電氣傳動產(chǎn)生了翻天覆地的變化。直流調(diào)速指的是通過人為或是自動對直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變，從而滿足工作機(jī)械的需求，通過改變電動機(jī)的參數(shù)或電壓改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而達(dá)到改變電動機(jī)的機(jī)械特性和工作機(jī)械特性的交點(diǎn)，讓電動機(jī)能夠使穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的速度發(fā)生變化[1]。因為直流發(fā)動機(jī)具有良好的起動與制動性能，所以其比較適用于在比較廣泛范圍內(nèi)的平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦場卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬削床機(jī)、造紙機(jī)、高層電梯等一些需要更高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。今年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論是在理論上還是在實(shí)踐上都有著比較成熟的技術(shù)，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)以及生活中起著極為重要的作用[2]。
2.2 變流變頻調(diào)速系統(tǒng)
變流變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動機(jī)的供電頻率來達(dá)到交流電動機(jī)調(diào)速目的的技術(shù)。電動機(jī)有直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。人們想要讓簡單可靠價廉的籠式交流電動機(jī)也能像直流電動機(jī)那樣調(diào)速，定子調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串極調(diào)速等交流調(diào)速方式就在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生;并相繼出現(xiàn)了滑差電機(jī)、繞線式電機(jī)、同步式交流電機(jī)等。但其調(diào)速性能都無法和直流電動機(jī)相比。直到20世紀(jì)80年代，由于電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，才出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)。作為當(dāng)代電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主流，采用變頻調(diào)速技術(shù)的交流電機(jī)以體積小、保護(hù)系統(tǒng)齊全、可靠性高、操作簡單快捷等以往調(diào)速系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛地使用和推崇。采用變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的電動機(jī)被廣泛地運(yùn)用在鋼鐵、有色、石油、紡織、機(jī)械、化工、建筑、煤炭、電力、航海、電動機(jī)車和養(yǎng)殖等行業(yè)之中，并且很受歡迎。隨著我國的數(shù)字控制技術(shù)以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和比較還會逐漸增加。
3.直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和變流變頻調(diào)速系統(tǒng)各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
站在技術(shù)角度來說，數(shù)字化微處理器的功率半導(dǎo)體變流技術(shù)使現(xiàn)代直流和交流調(diào)速都達(dá)到了很高的水平，其技術(shù)也相應(yīng)地較為成熟。
3.1 直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
直流調(diào)速系統(tǒng)通過采用直流電機(jī)，以及晶閘管變流的方式，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟３酥猓绷髡{(diào)速系統(tǒng)還可以通過對電流的線性度以及直流電壓進(jìn)行改變，從而達(dá)到對電流給定速度和轉(zhuǎn)矩信號，從而便可以對電機(jī)的輸入電壓和電流進(jìn)行改變，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速。
直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要有：
（1）具有良好的起動與制動功能，對于在大范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速有著較大的優(yōu)勢。
（2）與同功率系統(tǒng)相比，其過載能力較強(qiáng)，通常都在百分之兩百左右。
（3）動態(tài)反應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)。
（4）在四象限的工況下，同功率的系統(tǒng)元件比較少，所以直流調(diào)速系統(tǒng)的可靠性較高。
直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)有：
（1）在對直流電動機(jī)進(jìn)行修理時，費(fèi)時費(fèi)力，不僅對技術(shù)的要求很高而且成本也比較高。
（2）電機(jī)的防護(hù)等級很難進(jìn)行提高。
3.2 變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
變流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用的是交流鼠籠電機(jī)裝置和交流變頻調(diào)速裝置，該系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)時，需要改變頻率。
變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有：
（1）與直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)相比，因為采用了交流鼠籠電機(jī)的原故，故維修相對簡單，防護(hù)等級也較高。
（2）對電壓等級沒有什么特俗的需求。
（3）該系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、泵類的負(fù)載較小，所耗費(fèi)用不高。
（4）占地面積較小、體積小、重量較輕。例如，美國的某鋼廠通過采用交交變頻同步電機(jī)去替代原有的三點(diǎn)樞直流電機(jī)，在電機(jī)的功率都為12120kW的情況下，交交變頻同步電機(jī)對于空間的占用率僅為原來的三分之一。
變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)有：
（1）在同功率情況下，其過載能力較低。通常情況下
（2）在同功率情況下，其起動力較小。
（3）與直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)相比，在四象限工況下，變流變頻調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性較低，并且造價偏高。
4.交流電機(jī)與直流電機(jī)的特性
通過分析可以得出交流電機(jī)與直流電機(jī)具有以下特性：
（1）交流電機(jī)擁有固定的基速行譜，其額定速度必須小于這一基速行譜值;而直流電機(jī)則可以在一定的基速范圍內(nèi)被設(shè)計成任意一檔速度。
（2）在任何補(bǔ)償?shù)那闆r下，直流電機(jī)的弱磁速度方位與其基速相比總是在1：3～1：5范圍之內(nèi)。
（3）同機(jī)座號的交流電機(jī)，最大扭矩與速度的平方呈反比，因而限制的了功率;而同機(jī)座號的直流電機(jī)，限制功率的原因主要是換向器的換向能力。
（4）如果電機(jī)在低速的情況下運(yùn)營了較長的時間，或是該設(shè)備的恒功率運(yùn)行范圍較大時，使用直流電機(jī)會更加具有優(yōu)勢。
（5）交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，其在輸出最大功率時，速度范圍會比較窄。
（6）同頻率交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量與自重與直流電機(jī)相比較大，所以交流電機(jī)在啟動與制動頻繁場合的機(jī)械設(shè)備上使用時會受到更多的限制。
5.直流晶閘管變流器和交流頻率變換器的比較
直流晶閘管變流器和交流頻率變換器的差異主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）由于變頻器通常采用的PWM的控制方式，并且以相對較高的頻率開關(guān)，因為產(chǎn)生的電磁干擾較大。
（2）若在使用調(diào)速器輸出相同的電流時，變頻器對半導(dǎo)體元器件的需求會增加。
（3）在目前通常使用的功率器件GTO、IGBT等器件的過載能力都相對較低，在不增加調(diào)速器容量的情況下，無法滿足過載峰值電流[3]。
（4）在變頻器逆變前，要在其直流母線上通過設(shè)置電抗器以及其他平波器件的方式，以增大重量和安裝控件。
6.結(jié)語
在目前市場上，消費(fèi)者容易受到諸如，變頻調(diào)速比直流電機(jī)更易于維護(hù)，耗費(fèi)的費(fèi)用更少，結(jié)構(gòu)也相對簡單的說法的影響，從而受到誤導(dǎo)。在上文中我們已經(jīng)對直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)和變流變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡的分析，可以得知這樣的觀點(diǎn)過于片面，沒有足夠的科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際上，兩種系統(tǒng)各有各的特長與缺點(diǎn)，其使用也是因情況而定。
參考文獻(xiàn)
[1]張柳芳.直流晶閘管變流器和交流頻率變換器的比較設(shè)計[J].新探平頂山師專，2008（5）.
一、運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，直觀演示
多媒體集聲、像、圖、文于一體，具有直觀性強(qiáng)、可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。在講解電動機(jī)結(jié)構(gòu)與原理時，教師可將事先拍攝好的現(xiàn)場電動機(jī)維修過程及常用類型的電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖制成課件在課堂上播放，并結(jié)合課件向?qū)W生講解電動機(jī)的基工作原理，從而讓學(xué)生更好地掌握和理解相關(guān)知識。
二、電動機(jī)應(yīng)用實(shí)例解析
下面就一起來看一下單相交流電動機(jī)和三相換向電動機(jī)的應(yīng)用。單相交流電動機(jī)一般可分為兩大類(見圖1)：一類是不帶離心開關(guān)的單相電動機(jī)，另一類是帶離心起動開關(guān)的單相電動機(jī)。單相電動機(jī)的功率雖然略小，但是卻是市場占有量最多的，因此研究單相電動機(jī)的調(diào)速具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。我們可通過調(diào)壓調(diào)速的方法對其進(jìn)行調(diào)速。而用這個方法(就是改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率)，穩(wěn)速性能差，調(diào)速范圍小，一般在70%與100%之間，但是加上了轉(zhuǎn)矩的特性差，卻總是無法滿足使用的需要。三相交流換向器電動機(jī)（見圖2）一般在電線、塑料制品和橡膠這類電纜行業(yè)中使用較多，其所有調(diào)速的功能都集中在電動機(jī)本身，并且電氣控制設(shè)備也很簡單，能在規(guī)定的調(diào)速和接近恒定轉(zhuǎn)矩的情況下從零調(diào)速至高于同步轉(zhuǎn)速，盡管這種電機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電動機(jī)維修量較大，換向比較困難，但因其具備上述種種優(yōu)點(diǎn)，大多現(xiàn)場技術(shù)人員都覺得用于塑料擠出機(jī)、橡膠時，三相交流換向器電動機(jī)優(yōu)于滑差電機(jī)和直流電動機(jī)。需要注意的是，電動機(jī)運(yùn)行時雖然允許在邊緣有輕微的火花，但是火花卻不能過大，萬一發(fā)現(xiàn)火花太多應(yīng)馬上調(diào)查原因，過大的火花會燒壞換向器片的表面，且溫度的升高也易使換向器片與調(diào)節(jié)繞組脫焊。教師在講解相關(guān)電動機(jī)知識時，必須提醒學(xué)生這一點(diǎn)。
三、結(jié)語
隨著社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電動機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍不斷擴(kuò)大，其重要性已不言而喻。在今后的教學(xué)工作中，我們必須努力跟上新時代的步伐，不斷總結(jié)經(jīng)驗、不斷探索、不斷創(chuàng)新，以尋求更多更好的教學(xué)方法，優(yōu)化電動機(jī)結(jié)構(gòu)與原理教學(xué)，使之邁上一新臺階。
作者：劉光輝單位：內(nèi)蒙古呼倫貝爾市海拉爾區(qū)第一職業(yè)學(xué)校
關(guān)鍵詞：直流調(diào)速 教學(xué) 重點(diǎn)
隨著現(xiàn)代工業(yè)自動化控制和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速逐步得到了應(yīng)用，有些院校認(rèn)為，變頻調(diào)速具有調(diào)速的平滑性，且可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，因此可以取代直流調(diào)速，于是就把直流調(diào)速這門課程（或章節(jié)內(nèi)容）刪除了。可是作為20世紀(jì)60年代開始應(yīng)用的晶閘管整流裝置的直流調(diào)速系統(tǒng)，已向著大功率化、高頻化、集成化的方向發(fā)展，直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用還是具有廣泛性的。
一、直流調(diào)速低頻啟動轉(zhuǎn)矩控制精度無法取代
變頻調(diào)速只能應(yīng)用于調(diào)速，而對力矩是無法做到精確控制的。其原因是變頻調(diào)速用在高精度的場合，必須要帶有一個脈沖編碼器，而編碼器的安裝就是個問題。變頻器拖動的電動機(jī)基本上都是鼠籠式的，一頭負(fù)載，一頭要有單獨(dú)的冷卻風(fēng)扇，編碼器一般要安裝在負(fù)載側(cè)，或是輸出軸側(cè)。由于減速機(jī)齒輪本身有間隙，就易產(chǎn)生檢測誤差，而在編碼器安裝時又產(chǎn)生一定的安裝誤差，這些都是不利于提高精度的影響因素。另外，變頻器在解耦建模時，在一些計算中已經(jīng)忽略了一些因素，變頻器在運(yùn)行時的某些狀況下可能導(dǎo)致這些因素不容忽略，這也是導(dǎo)致控制精度降低的一方面原因。
直流調(diào)速的電樞和勵磁不是耦合的，是分開的，這樣對電樞電流和勵磁電流能夠做到精確控制。而在交流調(diào)速時，電樞電流和勵磁電流是耦合的，是無法做到精確控制的，盡管目前的變頻調(diào)速具有矢量控制，也就是運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，通過矢量轉(zhuǎn)換，將交流電動機(jī)中耦合的電樞電流和勵磁電流解開，從而對其進(jìn)行控制，也就是仿真直流調(diào)速的原理，但是要做到相當(dāng)于直流調(diào)速的控制特性還是很困難的。因此在軋機(jī)、橡膠機(jī)械、光纜線纜設(shè)備等要求低速度、力矩很高的情況下，直流調(diào)速的應(yīng)用還是具有廣泛性的。特別是現(xiàn)在可以采用的擴(kuò)容技術(shù)，使得直流調(diào)速的應(yīng)用空間比較大。
二、直流調(diào)速具有無可比擬的優(yōu)越性
首先，調(diào)速性能好，調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。直流電動機(jī)具有響應(yīng)速度快，從零速度到額定速度能夠維持額定力矩的能力，所以能夠進(jìn)行從零速到額定速度無級調(diào)速（力矩不變），其范圍可達(dá)1：10000左右。而對于變頻調(diào)速而言，如果進(jìn)行無級調(diào)速其力矩是隨著電動機(jī)的速度變化而變化的，一般當(dāng)?shù)陀?0Hz的時候運(yùn)行就不穩(wěn)定了。所以說直流調(diào)試比交流調(diào)速應(yīng)用范圍更廣。
其次，啟動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速啟動、停車。直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩只與電樞電流和磁場有關(guān)，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。而交流電動機(jī)與電壓大小有關(guān)，與定子和轉(zhuǎn)子的間隙大小有關(guān)。
第三，過載能力強(qiáng)，能承受較頻繁的沖擊負(fù)荷。直流過載能力可達(dá)200%，而交流過載能力在120%。
第四，具有較強(qiáng)的機(jī)械特性，穩(wěn)定性好。交流電動機(jī)的變頻調(diào)速在低頻率的時候輸出轉(zhuǎn)矩很小，特性隨著頻率的降低逐漸變軟，無法適應(yīng)低轉(zhuǎn)速高輸出轉(zhuǎn)矩的要求，而直流電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩大，使用調(diào)壓調(diào)速固有的機(jī)械特性不變，可以依然保持較硬的機(jī)械特性曲線。
第五，線路簡單、控制方便。
第六，國內(nèi)外控制方案成熟。
第七，控制系統(tǒng)總體造價相對低廉，設(shè)計、制造、安裝調(diào)試周期短。
三、直流調(diào)速教學(xué)的重點(diǎn)
基于以上所述直流調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)，在軋機(jī)、橡膠機(jī)械、光纜線纜設(shè)備、碼頭起重、紡織印染、造紙印刷等行業(yè)還是具有較廣泛的應(yīng)用范圍的。因此，眾多的企業(yè)需要這方面的維護(hù)保養(yǎng)人員，而這些人員除具有必要的專業(yè)技能外，還需要較強(qiáng)的專業(yè)知識。這是因為隨著電子技術(shù)的發(fā)展，直流調(diào)速系統(tǒng)從早期的分立電力電子元件結(jié)構(gòu)（如晶閘管），朝著大功率化、高頻化、集成化的方向發(fā)展（如MOS功率場效應(yīng)晶體管和功率集成電路），從單一的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，發(fā)展到集成觸發(fā)電路和數(shù)字觸發(fā)電路，無處不體現(xiàn)對維護(hù)人員的專業(yè)理論、專業(yè)技能的要求。因而在專業(yè)教學(xué)中，我們還應(yīng)當(dāng)注重直流調(diào)速的教學(xué)。
【關(guān)鍵詞】變頻器；恒壓供水；PLC
1 供水系統(tǒng)分析及變頻器的特點(diǎn)
人們在生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中離不開水，水是生命存活的必備資源，是關(guān)系到人類幸福指數(shù)的核心物質(zhì)。隨著社會的發(fā)展，人口數(shù)量不斷增加，城市人口逐年提高，住宅樓向高層化、集中化進(jìn)展，人均日用水量也在急劇增加，使得在用水高峰期供水壓力不足，高層的建筑上不去水，而低峰期則壓力過高，又造成能源浪費(fèi)。而壓力過高也存在著安全隱患，易造成爆管事故，同時影響正常供水和居民用水，給居民生活帶來不便。
社會的發(fā)展也伴隨著科技的創(chuàng)新，居民用水面臨的上述問題能夠得到很好的解決。為此，設(shè)計出變頻器恒壓供水方式。恒壓供水，是供水系統(tǒng)保持供水壓力恒定，使供水和用水之間保持平衡，即用水量多時供水量多，用水量少時供水量也少。這樣就滿足了在不同用水量狀況時總能保持供水管網(wǎng)中的水壓基本恒定，滿足終端用水客戶的需求。
變頻技術(shù)是應(yīng)交流電動機(jī)無級調(diào)速的需要而誕生的，變頻器是把電網(wǎng)提供的工頻（50赫茲）交流電變換成輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電，以實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)平滑變速運(yùn)行的設(shè)備。（三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=60f/p（1-s），f即為電源頻率P為電機(jī)極對數(shù) s代表轉(zhuǎn)差率）交流電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是一項廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟起動和軟停止，降低對電網(wǎng)的沖擊，同時也降低了設(shè)備的故障率，大幅減少了電能的消耗，同時減少了機(jī)械磨損，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。
2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件組成及控制原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)是由壓力傳感器、變頻器、可編程序控制器（PLC）、水泵機(jī)組及若干輔助部件構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2.1 硬件的功能
壓力傳感器 壓力傳感器是將測得的壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件。是使用最為廣泛的一種傳感器，應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境中。壓力傳感器的精度直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。變頻供水系統(tǒng)中的壓力傳感器一般采用電阻式傳感器或壓力變送器，壓力傳感器的輸出信號傳遞到變頻器。
可編程序控制器（Programmable Logic Controller），也稱為可編程邏輯控制器，簡寫為PLC。 是整個恒壓供水系統(tǒng)的核心控制部件。PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。它使用可編寫程序的存儲器來存儲指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計數(shù)、計時和算術(shù)運(yùn)算功能。PLC的工作原理也就是通過對外部輸入的狀態(tài)進(jìn)行檢測、并對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理后，再輸出控制量。它具有編程簡單易學(xué)、工作可靠性高、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。
變頻器 是一種將電網(wǎng)供電頻率50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成輸出頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的電氣設(shè)備，是輸出頻率可調(diào)的電源。因為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為n=60f/P（1-s），從中可以看出，改變電動機(jī)供電電源的頻率f，可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級調(diào)速。在恒壓供水系統(tǒng)中變頻器接收來自傳感器采集的壓力信號，通過變頻器內(nèi)部自帶的采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設(shè)定的壓力構(gòu)成閉環(huán)， 對終端設(shè)備電機(jī)（水泵）進(jìn)行控制，以達(dá)到水泵恒壓力供水的要求。供水系統(tǒng)中可以一臺變頻器控制多臺電動機(jī)（水泵）即水泵組的運(yùn)行，也可以每臺變頻器只控制一臺電動機(jī)（水泵）運(yùn)行。
水泵組 把電動機(jī)和水泵連成一體，通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制水泵水量和水壓的變化，是恒壓供水系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。恒壓供水系統(tǒng)中通常設(shè)置多臺水泵（3臺為例），供水量大時開啟3臺，供水量小時開1臺或2臺。每臺水泵的出水管均有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用。水泵組中的水泵統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，以滿足供水需要。
2.2 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制原理
壓力傳感器檢測管網(wǎng)壓力，將壓力信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號送進(jìn)變頻器的模擬量輸入端，與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過變頻器內(nèi)置的PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號，以調(diào)整水泵電動機(jī)的電源頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)了供水系統(tǒng)的供水量，達(dá)到恒壓供水的目的。
自動運(yùn)行時，由PLC控制電動機(jī)的工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行繼電器，依據(jù)條件進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制。每次運(yùn)行先啟動1#泵，當(dāng)用水量增高水壓下降，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制將1#泵切換至工頻電網(wǎng)恒速運(yùn)行，同時啟動2#泵并進(jìn)入變頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止；如果用水量繼續(xù)增加，當(dāng)2#泵加速運(yùn)行變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)恒速運(yùn)行，同時3#水泵啟動變頻運(yùn)行，系統(tǒng)對水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止；當(dāng)用水量下降水壓增高時，變頻器輸出頻率降到啟動頻率而水壓仍高于設(shè)定值，停止該水泵的運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值；當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行變頻器輸出頻率降至啟動頻率時，則將此泵停止運(yùn)行，直到剩下最后一臺變頻泵運(yùn)行為止。
系統(tǒng)還設(shè)置了手動運(yùn)行模式，該模式主要用于系統(tǒng)出錯或是變頻器的故障檢修。
3 變頻器恒壓供水的優(yōu)勢
1）采用變頻器恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無人值守全自動供水控制；
2）電動機(jī)啟動電流從零逐漸增加到額定電流，啟動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊；
3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟啟動，消除啟動電流大的沖擊，減輕了機(jī)械啟動轉(zhuǎn)矩對電機(jī)的機(jī)械損傷，延長了電機(jī)和泵的使用壽命；
4）可以消除啟動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)；
5）系統(tǒng)可以按照需求來設(shè)定壓力，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的壓力自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和水泵運(yùn)行臺數(shù)，使設(shè)備運(yùn)行在高效節(jié)能的最佳狀態(tài)，從而達(dá)到了節(jié)水節(jié)電節(jié)省人力的節(jié)能目的。
【參考文獻(xiàn)】
[1]張威.PLC與變頻器項目教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社.
[2]張娟，呂志香.變頻器應(yīng)用與維護(hù)項目教程[M].化工工業(yè)出版社.
[關(guān)鍵詞] 變頻器 泵調(diào)速 恒壓供水 節(jié)能
據(jù)我司兩條生產(chǎn)線統(tǒng)計資料，我廠現(xiàn)有約257臺水(藥品)泵（文章中全部簡稱為水泵）和54臺風(fēng)機(jī)在運(yùn)行，總計年用電量可達(dá)約2000萬度。泵和風(fēng)機(jī)均屬于葉片式流體機(jī)械；由流體機(jī)械理論，在相似工況下，水泵、風(fēng)機(jī)的流量，揚(yáng)程和功率分別與其轉(zhuǎn)速的一次方、二次方和三次方成正比。如轉(zhuǎn)速下降一半，其功率可下降到原來的1/8。 近幾年變頻調(diào)速在供水系統(tǒng)發(fā)展很快，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著較大的盲目性，導(dǎo)致節(jié)能效果不盡人意。本文針對變頻器變頻調(diào)速在工業(yè)水泵節(jié)能方面的一些看法。
1 變頻器原理
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，其外形及內(nèi)部配線如圖1、2。我司現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交―直―交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)，如圖3所示。
從圖3可以看到變頻器主要由主電源進(jìn)線回路、整流器、直流環(huán)節(jié)、逆變器、控制回路構(gòu)成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGB三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功率。在此順便對其兩個重要的元器件做些說明：電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備，需要根據(jù)變頻器的容量大小來決定是否需要加電抗器；濾波器是安裝在變頻器的輸出端，減少變頻器輸出的高次諧波，當(dāng)變頻器到電機(jī)的距離較遠(yuǎn)時，應(yīng)該安裝濾波器。在控制回路中裝有控制卡，控制卡上有控制逆變器產(chǎn)生脈沖序列的微處理器，通過它可將直流電壓轉(zhuǎn)換成電壓和頻率可變的交流電壓。
2 變頻器控制方式
通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式有以下五種。
2.1 U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式
其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動機(jī)硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。
2.2 電壓空間矢量（SVPWM）控制方式
它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。
2.3 電流矢量控制（VC）方式
矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1、Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機(jī)的控制方法，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度，磁場兩個分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。
2.4 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式
1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動上。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算；它不需要模仿直流電動機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。
2.5 矩陣式交―交控制方式
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交―直―交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交―交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交―交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。 矩陣式交―交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（
3 變頻器在我司生產(chǎn)節(jié)能中的應(yīng)用
在供水(藥品)系統(tǒng)中，變頻調(diào)速一般采用以下兩種供水方式：變頻恒壓變流量供水和變頻變壓變流量供水。其中，前者應(yīng)用得更廣泛，而后者技術(shù)上更為合理，雖然實(shí)施難度更大，但代表著水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向。我司生產(chǎn)線是由許許多多相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的主要生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)組成。在此章節(jié)中我以變頻器在我司不同系統(tǒng)中的應(yīng)用，按照其系統(tǒng)特性與作用的不同，具體論述一下變頻器在一些典型系統(tǒng)中的應(yīng)用，分以下三節(jié)：排污系統(tǒng)、恒壓供水、變頻變壓(交流量)供水系統(tǒng)。
3.1在我司環(huán)境部門排污系統(tǒng)中的應(yīng)用
我司環(huán)境部門排污系統(tǒng)的設(shè)備是全天候運(yùn)轉(zhuǎn)的，而且潛污泵是污水處理的核心設(shè)備，進(jìn)出水泵房潛污泵揚(yáng)程不一致，系統(tǒng)運(yùn)行效率低。這是因為系統(tǒng)單機(jī)選型匹配不當(dāng)、系數(shù)裕度過大和不合理的調(diào)節(jié)方式所造成。參數(shù)裕度過大由兩方面造成：一是設(shè)計規(guī)范的裕度系數(shù)過大，“寬打窄用”；另一是系統(tǒng)中單機(jī)選型過大，向上靠檔、寧大勿小。由于水泵類大多為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，軸功率與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，所以當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速下降時，消耗的功率也大大下降。經(jīng)測算，當(dāng)機(jī)泵的流量由100%降到50%時，若分別采用出口和入口閘閥的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，則此時電機(jī)的輸入功率分別為額定功率的84%和60%，而此時機(jī)泵的軸功率僅為12.5% ，即損失功率分別為71.5%和47.5%，這說明即使機(jī)泵的設(shè)計效率為100%，在不采用先進(jìn)的調(diào)節(jié)措施時，其實(shí)際的運(yùn)行效率可能只有百分之十幾或更低。在節(jié)流調(diào)節(jié)方式中，電動機(jī)、水泵等長期處于高速、大負(fù)載下運(yùn)行，造成維護(hù)工作量大，設(shè)備壽命低，并且運(yùn)行現(xiàn)場噪聲大，影響環(huán)境。
解決這個問題方法是通過用變頻器對潛污泵進(jìn)行調(diào)速。單臺變頻器既可用于多臺水泵軟起動又可用于對某臺水泵調(diào)速。這樣既可以減小設(shè)備的投入, 又可以減小電機(jī)起動對電網(wǎng)的沖擊電流影響。潛污泵起動時的急扭和突然停機(jī)時的水錘現(xiàn)象往往容易造成管道松動或破裂，嚴(yán)重的可能造成電機(jī)的損壞，且電機(jī)起動 / 停止時需開啟 / 關(guān)閉閘閥來減小水錘的影響，如此操作一方面工作強(qiáng)度大，且難以滿足工藝的需要。在潛污泵安裝變頻調(diào)速器以后，可以根據(jù)工藝的需要，使電機(jī)軟啟 / 軟停，從而使急扭及水錘現(xiàn)象得到解決。而且在流量不大的情況下，可以降低泵的轉(zhuǎn)速，一方面可以避免水泵長期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，造成電機(jī)過早的老化，而且變頻的軟啟動大大的減小水泵啟動時對機(jī)械的沖擊。并且具有明顯的節(jié)電效果。變頻潛污泵的節(jié)電原理就是用調(diào)速控制代替閘閥控制流量，這是一個節(jié)電的有效途徑。水泵的特性曲線如圖4所示。在用閘閥控制額定流量 Q1 =100% 輸出時，則軸功率 N1 與面積 AH1 OQ1 成正比，若流量減半 Q2 =50% 輸出時，則軸功率 N2 與面積 BH2 OQ2 成正比，它比 N1 減少不多，這是因為需要克服閘閥阻力增大出水壓力所致。如果采用調(diào)速控制同樣流量減半輸出時，轉(zhuǎn)數(shù)由 n1 降至 n2 ，按水泵參數(shù)比例定律畫出 n2 時的特性曲線，C點(diǎn)為新的工況點(diǎn)，這時軸功率 N2 與面積 CH3OQ2 成正比，在滿足同樣流量 Q2 情況軸功能降低很多，節(jié)省的功率耗損 N 與面積 BH2H3C 成正比，可見節(jié)電效果十分顯著。
3.2 在我司生產(chǎn)線恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
（1）在我司生產(chǎn)線供水系統(tǒng)中，采用變頻調(diào)速、微電腦控制器及邏輯控制元件可以達(dá)到管網(wǎng)恒壓變量供水。下面以單臺泵控制為例說明，如圖5所示：壓力傳感器裝于用戶端管網(wǎng)上，用于檢測用戶端水壓。壓力設(shè)定值與所測管網(wǎng)壓力在調(diào)節(jié)器中進(jìn)行比較，其誤差信號作為變頻調(diào)速的速度給定。變頻調(diào)速器輸出頻率可變的電力給水泵電機(jī)，使水泵轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化。管網(wǎng)壓力保證了恒定。
（2）但在我司生產(chǎn)線供水系統(tǒng)中多采用一用一備水泵運(yùn)行方式，控制主回路見圖6：
①變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求來進(jìn)行，泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方比，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通常可以選擇普通功能型U/f變頻器。泵類一般運(yùn)轉(zhuǎn)方式為連續(xù)型，變頻器容量的計算式如下：
PCN≥KPM／ηCOSφ
PCN≥k√3 UMIM×10-3
ICN≥kIM
式中 PM――負(fù)載所要求的電動機(jī)的軸輸出功率KW，
η――泵用電動機(jī)的效率（通常約0.85）
COSφ――電動機(jī)的功率因數(shù)（通常約0.75）
UM――電動機(jī)電壓V
IM――電動機(jī)電流A，功頻電源時的電流
K――電流波形的修正系數(shù)（PWM方式時取1.05-1.0）
PCN――變頻器的額定容量KVA
ICN――變頻器的額定電流
變頻器的過載能力較小，允許過載時間亦很短，但泵類負(fù)載除起動外無瞬時過載問題，變頻器傳動時最大軸功率基本上等于電動機(jī)的額定功率。當(dāng)泵低速運(yùn)行時，散熱能力變差，但溫升不會有太大變化，對于最大軸輸出功率無影響。對于交直交變頻器，功率因數(shù)取決于諧波而不是電容含量。
②微電腦選擇。恒壓供水系統(tǒng)實(shí)際上是一個單閉環(huán)系統(tǒng)，微電腦控制器實(shí)際上是一個外置PID控制器，輸出信號4―20mA，給定信號4―20mA，反饋信號同上。利用變頻器內(nèi)部PID，可以省掉調(diào)節(jié)器，壓力傳感變送器信號直接輸入到變頻器內(nèi)。相應(yīng)接線端子見變頻器操作手冊。也可外置PID調(diào)節(jié)器，如川儀GTZ―2100。
③壓力傳感器。選用HS950型合金薄膜變送器，二線4～20mA輸出，測量范圍0.2至0.8Mpa，電源24V。
④直流電源選擇。選擇KW1-24，輸出24V，33A，或S-15-24，輸出24V。直流電源供給壓力傳感器、微電腦控制器。因為壓力傳感器與微電腦控制器的視在功率很小，也可以選用PLC的24V直流輸出端供電，
⑤給定信號的產(chǎn)生。 給定信號采用電位器RX-5，外部電源24V，或者采用變頻器提供電源，以上都可輸出4～20mA控制電流。根據(jù)設(shè)定壓力產(chǎn)生的電流信號確定給定值。
變頻器的輸入功率因數(shù)比較高，根據(jù)電源側(cè)的電抗情況，加入交流電抗器或直流電抗器，可以使變頻器的功率因數(shù)達(dá)到0.92以上，與泵用電動機(jī)的功率因數(shù)0.85左右相比，節(jié)約電能也非常可觀。采用恒壓供水，水泵起動為軟起動，對電路影響小，可以減小變壓器的容量，可以減少機(jī)械傳動的設(shè)備損壞，節(jié)約電能。特別適合負(fù)載周期變化特別大的場合，例如生活小區(qū)，白天與深夜的需水量就特別大。對于短時制的工作也非常明顯。
3.3 在我司生產(chǎn)線變頻變壓(交流量)供水的應(yīng)用
變壓供水方式控制原理和恒壓供水相同，只是壓力設(shè)置不同。它使水泵揚(yáng)程不確定，而是沿管路特性曲線移動(如見圖7)。當(dāng)流量由Q2Q1時，自動將轉(zhuǎn)速調(diào)至n2，工況點(diǎn)處于B2點(diǎn)。此時水泵軸功率n2小于恒壓供水泵軸功率N1。變壓供水理論上避免了流量減少時揚(yáng)程的浪費(fèi)，顯然優(yōu)于恒壓供水。但變壓供水本質(zhì)上也是一種恒壓，不過將水泵出口壓力恒定變成了控制點(diǎn)壓力恒定，它一般有兩種形式：
3.3.1 由流量Q確定水泵揚(yáng)程
流量計將測得的水泵流量Q反饋給控制器，控制器根據(jù)H=H0+S•Q2確定水泵揚(yáng)程H，通過調(diào)速使H沿設(shè)計管路特性曲線移動。但在生產(chǎn)實(shí)踐中情況比較復(fù)雜。對于單條管路輸水系統(tǒng)，是可以得到與之對應(yīng)的一條管路特性曲線的。
3.3.2 由最不利點(diǎn)壓力Hm確定水泵揚(yáng)程
即需在管網(wǎng)最不利點(diǎn)設(shè)置壓力遠(yuǎn)傳設(shè)備，并向控制室傳回信號，控制器據(jù)此使水泵按滿足最不利點(diǎn)壓力所需要的揚(yáng)程運(yùn)行、由于管網(wǎng)最不利點(diǎn)往往距離泵站較遠(yuǎn)，遠(yuǎn)傳信號顯得不太方便。
4 結(jié)論
⑴變頻調(diào)速是一種應(yīng)用廣泛的水泵節(jié)能技術(shù)，但卻具有較為嚴(yán)格的適用條件，不可能簡單地應(yīng)用于任何供水系統(tǒng)，具體采取何種節(jié)能措施，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況區(qū)別對待
⑵變頻調(diào)速適用于流量不穩(wěn)定，變化頻繁且幅度較大，經(jīng)常流量明顯偏小以及管路損失占總揚(yáng)程比例較大的供水系統(tǒng)。
⑶變頻調(diào)速個適用于流量較穩(wěn)定，工況點(diǎn)單一以及靜揚(yáng)程占總揚(yáng)程比例較大的供水系統(tǒng)。
⑷變頻變壓供水優(yōu)于變頻恒壓供水。
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