变频调速技术在电动机调节中的应用

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：变频器主要用于交流电动机转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案。采用变频调速后，通过改变电动机转速来调节流量，一般可节能30%～50%。工艺调速用于许多机械，由于工艺需要，要求电动机调速运行。过去由于交流电动机调速困难，都采用直流电动机调速。直流电动机结构复杂、体积大、维护困难，因此随着变频调速技术的日趋成熟，直流调速逐渐被变频调速取代。

变频器主要用于交流电动机（异步电动机或同步电动机）转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案。除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。电动机调速可分为节能调速、工艺调速、牵引调速和特种调速。

节能调速几乎用在所有的行业中，风机和泵类通用机械都由交流电动机拖动，它的用电量占全国总电量的1/3左右。过去这类电动机都直接接入电网，不能实现调速，由于选择设备时都按最大流量加裕量选取，实际中又不需要这么大，只好采用挡板和阀门来调节，浪费了大量电能。采用变频调速后，通过改变电动机转速来调节流量，一般可节能30%～50%。除节能外，通过调速还能实现工艺优化，带来最大效益。随着变频器价格的降低，投资回收期逐渐缩短，因此越来越多的设备改用变频调速。这类调速的特点是对调速性能要求不高，调速范围小（仅1/3～1/2）。

工艺调速（速度控制）用于许多机械，由于工艺需要，要求电动机调速运行。过去由于交流电动机调速困难，都采用直流电动机调速。直流电动机结构复杂、体积大、维护困难，因此随着变频调速技术的日趋成熟，直流调速逐渐被变频调速取代。这类调速装置的数量不能和节能调速相比，但对调速性能有一定的要求，往往需要进行矢量控制或直接转矩控制。另外为了满足各种工艺要求，变频器中都需要装设一定数量的可自由编程的调节控制功能块或专门的工艺控制可选附件。目前，我国的设备控制水平与发达国家相比还比较低，制造工艺和效率都不高，因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。

以纺织行业为例，我国具有世界最大的纺织产品生产能力，市场范围遍及全球，产业规模庞大，纺织与化纤行业也是变频器应用最多、使用密度最高的行业。在最常见的化纤机械设备中，选用变频器的设备有螺杆挤出机、纺丝机和后加工机等；选用变频器较多的棉纺设备主要有细纱机、粗纱机、精梳机等。这些设备都要求精确速度控制、多单元同步传动或比例同步（牵伸）传动等，应用变频器可以提高工艺要求、提升产品质量，同时减轻了人工的劳动强度、提高了生产效率，可以说，变频器是纺织行业增强国际竞争能力的重要装备。市场调查显示，2003年变频器在纺织与化纤行业的市场规模超过了10亿元。

牵引调速用于运输机械，例如电力机车、轻轨及工程和军事车辆的电驱动。这类驱动过去也多采用直流调速，现在正逐步改为变频调速。与前两种调速用通用变频器不同，这类调速装置由于工作环境恶劣（电压波动、振动、海拔及环境温度范围大等），对产品耐电压波动、结构、冷却等方面都有特殊要求。另一方面牵引负载要求恒功率调速范围宽，相应要求变频器的弱磁调速段要宽，所以牵引调速用的变频器多为专用变频器。有些车辆的电源采用蓄电池，因此对电动机和变频器的重量和效率提出了更高的要求，并且出现了许多电动机和变频器一体化设计的方案，电机也多采用永磁电动机。

特种调速在某些应用场合，对调速精度、调速范围有特殊要求，例如要求极高速度（10⁴r/min以上）、极宽的调速范围（1.5×10⁴或更宽）等，为满足这些要求，电动机和变频器都是特制的。

变频调速技术在电动机调节中的应用

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