隨著電力電子技術(shù)及新型半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)得到不斷完善和提高，變頻器以其良好的輸出波形、優(yōu)異的性能價(jià)格比在交流電機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。例如: 鋼廠用于軋鋼的大型電動(dòng)機(jī)和中、小型輥道電動(dòng)機(jī)、鐵路及城市軌道交通用牽引電機(jī)、電梯電機(jī)、集裝箱起吊設(shè)備用起重電機(jī)、水泵和風(fēng)機(jī)用電機(jī)、壓縮機(jī)、家用電器用電機(jī)等都相繼使用交流變頻調(diào)速電機(jī)，并取得了良好效果。采用交流變頻調(diào)速電機(jī)比直流調(diào)速電機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：
      1）調(diào)速簡(jiǎn)單容易，節(jié)約能源。
      2）交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、慣量小、造價(jià)低、維修容易、耐 用。
      3）可以擴(kuò)大容量，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速和高電壓運(yùn)行。
      4）可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和快速制動(dòng)。
      5）無(wú)火花、防爆、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
      近年來(lái)，變頻調(diào)速傳動(dòng)裝置以每年13%～16%的增長(zhǎng)率發(fā)展，并有逐步取代大部分直流調(diào)速傳動(dòng)裝置的趨勢(shì)。由于以恒頻、恒壓電源進(jìn)行工作的普通異步電機(jī)應(yīng)用于變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，存在著很大的局限性，為此，發(fā)展了根據(jù)使用場(chǎng)合和使用要求設(shè)計(jì)的專 用的變頻交流電動(dòng)機(jī)。主要有低噪音、低振動(dòng)用的變頻電機(jī)，提高低速轉(zhuǎn)矩特性的變頻電機(jī)，高速變頻電機(jī)，帶測(cè)速發(fā)電機(jī)的電機(jī)以及矢量控制的變頻電機(jī)等 。
      1.變頻電機(jī)主要特點(diǎn)和控制原理
      變頻專 用電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)：
      1）B級(jí)溫升設(shè)計(jì)，F(xiàn)級(jí)絕緣制造。采用高分子絕緣材料及真空壓力浸漆制造工藝以及特 殊的絕緣結(jié)構(gòu)，使電氣繞組絕緣耐壓及機(jī)械強(qiáng)度有很大提高，勝任電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)及抵抗變頻器高頻電流沖擊以及電壓對(duì)絕緣的破壞。
      2）平衡質(zhì)量高，震動(dòng)等級(jí)為R級(jí)（降振級(jí)）機(jī)械零部件加工精度高，并采用專 用高精度軸承，可以高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
      3）強(qiáng)制通風(fēng)散熱系統(tǒng)，全部采用進(jìn)口軸流風(fēng)機(jī)超 靜音、高壽命，強(qiáng) 勁風(fēng)力。保障馬達(dá)在任何轉(zhuǎn)速下，得到有 效散熱，可實(shí)現(xiàn)高速或低速長(zhǎng)期運(yùn)行。
      4）與傳統(tǒng)變頻電機(jī)相比較，具備更寬廣的調(diào)速范圍和更高的設(shè)計(jì)質(zhì)量，經(jīng)特 殊的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步抑制高次諧波磁場(chǎng)，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
      5）具有寬范圍恒轉(zhuǎn)矩與功率調(diào)速特性，調(diào)速平穩(wěn)，無(wú)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。與各類變頻器均具有良好的參數(shù)匹配，配合矢量控制，可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速全轉(zhuǎn)矩、低頻大力矩與高精度轉(zhuǎn)速控制、位置控制及快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制。
      6）變頻專 用電機(jī)可配制剎車器，編碼器，這樣即可獲得精 準(zhǔn)停車，通過(guò)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)高精度速度控制。采用“減速機(jī)+變頻專 用電機(jī)+編碼器+變頻器”實(shí)現(xiàn)超低速無(wú)級(jí)調(diào)速的精 準(zhǔn)控制。
      7）變頻專 用電機(jī)通用性好，其安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，與一般標(biāo)準(zhǔn)型電機(jī)具備可互換性。
      異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，轉(zhuǎn)速正比于頻率，可見(jiàn)改變電源頻率就能改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在變頻調(diào)速時(shí)，希望主磁通保持不變。若主磁通大于正常運(yùn)行時(shí)的磁通，則磁路過(guò)飽和而使勵(lì)磁電流增大，功率因數(shù)降低；若主磁通小于正常運(yùn)行時(shí)的磁通，則電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。
      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。21世紀(jì)初期，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(guò)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(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT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(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。
      2.變頻電機(jī)應(yīng)用
      變頻調(diào)速電機(jī)已經(jīng)成為主流的調(diào)速方案，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。特別是隨著變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)日益廣泛的應(yīng)用，變頻電機(jī)的使用日益擴(kuò)展，由于變頻電機(jī)在變頻控制方面較普通電機(jī)的優(yōu)越性，凡是用到變頻器的地方都有變頻電機(jī)的身影。國(guó)產(chǎn)化高壓變頻裝置的社會(huì)效益顯著，主要有節(jié)能，節(jié)約資源，減少環(huán)境污染。消 除電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)沖擊以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低電動(dòng)機(jī)和設(shè)備故障率。提高控制精度和自動(dòng)化程度
      變頻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)于泵和風(fēng)機(jī)，流體流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，轉(zhuǎn)速降低，電機(jī)功耗以三次方下降，因此變頻調(diào)速的節(jié)電效果非常顯著。如果流量降低，則轉(zhuǎn)速降低，電流降低，而電機(jī)的功耗降低，理論上節(jié)能。如果原本采用風(fēng)門、閥門調(diào)節(jié)，流量降低、壓頭增加，電機(jī)功率減少，這樣，變頻調(diào)速比風(fēng)門、閥門類調(diào)節(jié)節(jié)能。除了節(jié)能增效外，對(duì)于不同負(fù)載，還有一些間接的經(jīng)濟(jì)效益，主要有功率因數(shù)得以提高，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減小啟動(dòng)力矩對(duì)電機(jī)的電氣機(jī)械損傷，控制平滑、穩(wěn)定、精度高。21世紀(jì)，變頻調(diào)速已成為主流的調(diào)速方案，可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。
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