变频电机特点及其应用
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【摘要】本论文通过对变频电机的特点分析、应用方式及前景、应用实例的分析研究，分析出变频技术在偶然间断的运行行业有极大的应用前景，对其安全性和成本都有很好的改良；最终确定变频驱动在我国港口建设中应用前景良好，具有极大的可开发性。
【关键词】变频电机;特点;应用
变频技术，就是通过改变用电设备的供电频率，进而达到控制设备输出功率的目的。变频技术随着微电子学、电力电子、计算机和自动控制理论等的发展，已经进入了一个崭新、逐渐成熟的技术，其应用亦进入了一个新的高潮。应用该技术可通过变频调速改变轴输出功率，从而达到减少输入功率节省电能的目的，是感应式异步电动机节能的重要技术手段之一[1]。
变频电机将“专用变频感应电动机+变频器”共同使用进行交流调速，从而使机械自动化程度和生产效率大为提高，目前正取代传统的机械调速和直流调速方案。变频调速已广泛应用于各行各业无级变速传动。特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用，变频电机的使用也日益广泛起来。由于变频电机在变频控制方面较普通电机的优越性，因此用到变频器的地方都不难看到变频电机的身影[2]。
随着中国加入世界贸易组织，我国港口的吞吐量在不断攀升，因此我国港口运输中皮带机运输运用越来越多。但是传统的直起高压电机由于无法自动调节速度，使得港口耗电量居高不下。随之而来的是我国电力资源供应的不足，为节约电力资源同时改造我国皮带运输中存在的问题，笔者对变频电机进行了简单的陈述并对其成功应用实例进行了分析，希望对我国港口建设有所帮助。
1大功率电机驱动方式
目前应用最广的大功率电机的起动方式主要有：串自耦变压器起动、磁控软起动、液阻软起动、变频器起动、固态软起动等[3]。
1.1串自耦变压器起动
该起动方式起动电流小、平均起动电磁转矩小、连续及频繁起动性能低、抽头难以固定、难以保证电机的最佳起动性能、对工况变化不可能做到最佳的适应性调整，因此不适合应用作为皮带传送的起动方式。
1.2磁控软起动
该方法起动开始时电抗器的电抗值较大，在软起动过程中，通过反馈调节使电抗值逐渐减小，及至软起动完成后旁路。该起动方式存在起控电压高，有较大的电流冲击、体积较大、工作时的噪音较大等问题。
1.3液阻软起动
液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。它的阻值正比于相对的二块电极板的距离，反比于电解液的电导率。这种起动方式存在液阻箱容积大、控制功能低下、保护功能不全、维护困难、安全性差等问题。
1.4交流变频器起动
该方式为高效节能的起动和调速方式，通过改变电动机定子端的频率与电压实现起动与调速，具有调速范围大、精度好、效率高、节能效果好等特点，应用范围广泛，可应用于扶梯、传送带等。
2变频电机特点
普通电机是根据相应的功率设计的，只有在额定的情况下才能稳定运行。变频电机稳定运行需要克服低频时的过热与振动，因此变频电机具有以下特点：
①应用高分子绝缘材料和真空压力浸漆制造工艺以及特殊的绝缘结构，使电气绕组绝缘耐压及抗机械强度方面有了很大提高，可防止由于马达高速运转、变频器高频电流冲击以及电压对绝缘物质的破坏。
②平衡质量高，震动等级为降振级，机械零部件加工精度高，并采用专用高精度进口轴承，可以高速运转。
③强制通风散热系统，强劲风力，可保障马达在任何转速下均得到有效散热，可实现高速或低速长期运行。
④采用电磁设计，减少了定子与转子的阻值；具备软启动功能，可适应不同工况条件下的频繁变速，从而做到节能。
3.变频电动机的应用实例
3.1变频技术在煤炭行业上的应用
以新柳煤矿主矿井的原煤产量提升至400万t的技改项目为例。主井皮带原本由2台315kw/6kv高压异步电动机并联拖动，采用交流绕线式电机串电阻调速系统。该调速系统调速平滑性差；低速时电阻上消耗的转差功率大，节能效果差；起动过程和调速换挡过程中电流冲击大；中高速运行振动大，安全性较差。该调速系统在解决电机间同步，以及出力不均的问题时能力明显不足。
经过对国内外多家电机厂商的综合比较，并同各方面专家进行多次的研讨后，最终确认了日本明电舍的vt710高压变频器驱动装置的系统方案。在施工过程中建立了以辊筒的一致性线速度为给定、以功率平衡分配为最终控制对象，构成速度和电流双闭环主辅同步控制系统，采用vt710的转矩自动平衡控制模式，从而达到了理想的同步控制效果。
通过调试和运行，该系统满足了电压波动大、负载变化大、平滑起停等多单元同步运行的现场要求，具有以下优点:①安全性能增强
启动平稳，由主机控制将3台电机同时启动，能够自动达到功率平衡。实现了软启动，软停止。启动过程中几乎无冲击，降低了电机的噪音和故障率。并且3台变频器运行电流相差均在1A以内，实现了自动功率平衡调整。②节能效果明显，大大降低了用电量，节约了电费。
实际测量中，空载运行电流为15A，重载运行电流为40-50A。3台电机每小时至少能节约电能270-350kw.h，按0.5元/kw.h计算，一天运行20h，每年可减少电费支出100万元左右。在煤量不正常的情况下降频使用，节能效果更加显著。
3.2变频电机在自动扶梯节能中的应用
目前常规的自动扶梯空载时仍以额定速度运行，因此会造成耗能大，机械磨损大，使用寿命低等问题。如果扶梯在无人空载时停运或缓行，不但会减少用电量，而且可有效延长扶梯的使用寿命。经过试验证明，在扶梯电气控制线路改造中应用变频电机后，采用变频调速方式控制自动扶梯运行，使扶梯具备平稳启动、节能运行。当乘客走近时，扶梯启动以正常速度运行；乘客离开后，扶梯减速变为慢速运行或停止，等待下一位乘客。如果乘客连续不断，扶梯便连续以正常速度运行，直到最后一位乘客离开扶梯。
以石家庄中心线商业街扶梯改造为例，该商业街有扶梯32部，每部扶梯耗电量为8kW/h，每天运转12小时，而且均以恒定速度运行，在大多数情况下，扶梯较多地运行于1/3额定载客量以下，每部扶梯每天无人空载时间累计约8小时。改造前根据计算，一台8kW的电动机，每天运行12 小时，每度电费为0.8元，那么它每天的电费为76.8元，那个整条商业街扶梯总共需2457.6元/天；经过改造后如果每天慢速运行的时间为全天的50%的话，那么每架扶梯每天慢行所耗费的电费为19.2元，整天电费为57.6元，整条商业街电费为1843.2元。由此可知经过改造后整条商业街每天可节省614.4元，电费节省25%左右。
3.3变频电机在化工行业的应用
变频技术在化工行业最成功的案例为2006年北京利德华福电气技术有限公司的技术人员成功将一台1000kW/6kV的HARSVERT-S高压变频调速系统应用于巨化股份公司合成氨厂的同步电机上。
3.4变频电机在轧钢厂的应用
攀枝花钢铁公司2000年1月利用热连轧厂年修改造时间，拆除旧电动机及电气设备，安装调试变频电机，并于当年3月5日试车成功。改造后的传动系统动态响应大大提高，由300ms提高到100ms，节约电力15％，新增效益上亿元，大大增强了公司热轧板产品的市场竞争能力。如果我国改造100台套轧机的大功率电动机，以平均每台4000kW计算，电动机设备装机容量可达80万千伏安，年节电可达6.3亿度(kw・h)。
4 结论
港口建设本身虽然建设投入非常大，但投产后年收益较高，因此港口运行考虑的难题为如何降低港口的无效的消耗，其中电力为最主要问题。传统直起高压电机，在初期投资成本方面有优势，投资较低，但后期运行电量消耗大。而变频电机在初期投资方面较大，但后期运行电量消耗较少。港口是一个需要长时间连续运作才能将成本转化为收益的行业，其中无故障的运行为首要前提，因此，港口传送带驱动方式上的选择关系到成本的转化速度。
通过对不同行业中变频驱动的应用可知，变频驱动对偶有间断的运送有极大的降低成本的功能，因此在港口中传送带驱动选择变频驱动可有效的降低成本，变频节电的效果相当明显。
参考文献
[1]王文良,赵纯禹.浅谈恒转距变频调速电机设计特点[J].机械管理开发,2010,25(4):22-23.
[2]倚鹏(主编).高压大功率变频器技术原理与应用[M].北京:中国邮电出版社,2008:2-3.
[3]王德选,陈秀玲.浅谈变频器的优点与发展[J].民营科技,2011,2:21.
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