時間：2023-05-31 09:42:23
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇交流電動機的應用，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：變頻；變轉差率；開環和閉環控制
中圖分類號：U264.91+3.4文獻標識碼：A
交流電動機調速方法近年來得到了廣泛的應用，它的慣量小、結構設計簡單、可在惡劣環境中使用，并且維護檢修比較方便、容易實現高速化、高壓化以及大容量化，還具有非常明顯的成本優勢。交流電動機調速技術因其具有優質、節電、降耗、增產的特點已經逐漸成為我國電氣傳動的中樞。
雖然交流電動機調速方法在現實使用中具有明顯的優勢，但是由于很多企業和部門對于交流電動機調速的方法缺乏明確的判斷和認識，對于各種調速方案的使用條件和優缺點認識不夠，在使用過程中出現了一系列的問題，不能使各種調速方案的作用得到最大化的發揮。為了避免這些問題的出現和蔓延，也為了進一步提高對于交流電動機調速方法及其控制方案的理解，本文從交流電動機調速的基本方法及其裝置入手，對交流電動機的調速控制方法及其 特點進行了詳細的分析，并研究了各類交流電動機的調速控制方案的適用場合和條件，為交流電動機調速方案作用的最大化發揮提供了參考和指導。
1 交流電動機調速方法闡述
根據交流電動機的基本轉速公式(下式(1)、(2))可以發現只要改變轉差率S、交流電機供電率F以及極對數P中的任意一個交流電機的轉速就會發生改變，由此引出了三最基本的調節電機轉速的方法，即常說的變頻調速(改變頻率f1)、變轉差率調速（改變s）、變極調速（變極對數p）三種調速方式。
同步電動機轉速公式：N0=60F/P(1)
異步電動機的轉速公式：N=N0(1-S)=60F/P(1-S) (2)
式中： P為極對數；
F為頻率；
S為轉差率（0～3%或0～6%）。
由于電機供電率F的改變比轉差率S和極對數P的改變要簡單得多，所以變頻調速在實際中比另外兩種調速方式的應用要廣泛的多，特別是近年來靜態電力變頻調速器的迅速興起和發展促使了三相交流電動機變頻調速成為當前電氣調速的主流。總的來說，交流電動機的調速方法有不改變同步轉速和改變同步轉速兩種方式。基于此，在生產實際中，不改變同步轉速的調速方法有應用油膜離合器、液力偶合器、電磁轉差離合器等調速以及繞線式電動機的串級調速、斬波調速以及轉子串電阻調速。我們還應該注意到僅僅改變電動機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整，以便使磁通保持在一個恒定位置。
2各種調速方法及其裝置的特征分析
（1）變頻調速
變頻調速是一種改變同步轉速的調速方法，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。它的主要特點如下表1所示：
表1 變頻調速的主要特點
（2）轉子串電阻調速
轉子串電阻調速的原理是轉子串電阻加大了電動機的轉差率，因而串入的電阻越大就會使轉速越低，對設備的要求比較簡單，但是在使用過程中會產生熱量。它的主要特點如下表2所示：
表2 轉子串電阻調速的主要特點
（3）定子調壓調速
定子電壓的改變會產生一系列機械特性各異的曲線，進而產生不同轉速。但是電壓的平方正比于電動機的轉矩決定了該方法的調速范圍不大。基于此，在實際應用中有人提出了轉子電阻值大的籠型電動機或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻能夠擴大其調速范圍的觀點，并得到了證實。調壓調速的核心設備是一個能使電壓發生改變的電源，主要有晶閘管調壓、自耦變壓器、串聯飽和電抗器等幾種，其中以第一種調壓方式為最好。它的主要特點如下表3所示：
表3 定子調壓調速的主要特點
（4）串級調速
串級調速是通過在繞線式電動機轉子回路中聯入可變附加電勢來改變電動機轉差的一種調速方法。在這個過程中可變附加電勢對于轉差功率的吸收能力決定了串級調速的程度，并且根據吸收方式的不同，串級調速又可分為晶閘管串級調速、機械串級調速以及電機串級調速三種形式，第一種為最常用的形式。它的主要特點如下表4所示：
表4 串級調速的主要特點
（5）變極調速
該種方法主要是針對籠型電動機而言的，它改變的是定子繞組的接線方式，因此設備要求比較簡單。它的主要特點如下表5所示：
表5 變極調速的主要特點
參考文獻
[1] 周志敏，周紀海，紀愛華.變頻調速系統設計及維護[M].北京：中國電力出版社，2007：76.
[2] 王曉明.電動機的單片機控制(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和現改造后的高速直流電動機的性能特點進行分析比較并簡單介紹我礦副井絞車現采用的1250KW的直流提升機電控系統。以及高速直流電動機的常見故障及現場日常維護的方法，從而實現我礦副井絞車的安全和高性能運行。
關鍵詞：交流電機 直流電機 電控系統 故障與維護
一、概述
隨著中國經濟的快速發展，各種能源的需求量不斷加大，為了適應發展的需要，煤炭作為目前中國的重要能源，必須加大自身的產量，這樣就造成了原有副井絞車交流電動機的各種弊端暴露出來，為了滿足我礦產煤量的不斷加大對副井絞車運輸能力的需求，現用高速直流電機代替原有的交流電機。直流高速電機具有優良的轉矩速率特性并能在大范圍內平滑的調速，很好的適應了運輸能力增加的需求。
二、交流電動機和直流電動機的簡介
1.原副井絞車交流電動機簡介
我礦副井絞車原交流電動機型號JRZ1000-12，功率1000KW，總重10700Kg，1987年投入使用。隨著我礦的生產能力不斷的提高，該電動機在運行過程中出現故障種類很多而且出現故障頻率也較高，
電氣故障主要有定子繞組單向運行、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的具體缺點
2.1能耗大、控制方式落后
原副井絞車系統采用高壓交流電機切電阻控制方式，提升過程中多余電能通過電阻箱轉換為熱能。電力資源極大浪費。
原副井絞車控制系統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控制隨意調整，速度不穩定，受負載影響比較大。隨著生產任務的不斷加大，副井絞車系統工作任務也不斷增大，從而使受負載影響大的缺點不斷發生。
2.2抱閘系統不完善、維護工作量大
原副井絞車系統的抱閘系統頻繁參與絞車減速控制，使閘盤的磨損異常大，不利于閘盤保養和維護。原副井絞車電控系統柜體較多，自動化程度不高、故障率高、噪音大，從而增大了維護的工作量而且不滿足生產的增大的要求，影響生產任務的順利完成，增大了完成單位生產任務所需要的時間。
三、高速直流電動機在副井絞車中的應用效果
經過我礦及運轉隊專業技術人員的不斷研究并且經過我礦領導的審核最終決定用控制更加方便、性能更加優良的高速直流電動機代替原有的交流電動機，并更換了原有的控制系統采用了更先進的自動控制系統，使我礦副井絞車的控制更加的精密、更加的趨于完善。高速直流電動機具有優良的轉矩速率特性并能在大范圍內平滑的調速，很好的適應了我礦運輸能力增加的需求。我礦現副井絞車高速直流電動機為上海電氣集團電機廠有限公司生產。
主電動機數據：
主電動機型號：Z710-400型直流電動機
主電動機功率：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。
高速直流電動機具有優良的轉矩速率特性并能在大范圍內平滑地調速。能夠滿足我礦生產任務不斷加大的需求。電控系統應用方案
1.高壓供電系統
提升機房兩回～6kV ，50HZ電源分別引自礦井工業場地變電所6kV不同母線段，由兩路高壓電纜分別引向提升設備的高壓進線柜，一路工作，一路備用，故障后手動切換。兩路進線互為閉鎖。選用GG—1ZF型封閉式高壓開關柜，高壓開關柜按4臺配置：高壓進線柜2臺：提供雙進線電源，電纜下進線；主整流變供電2臺。
2.電控系統主回路傳動系統
提升機的驅動裝置應能夠適應提升機的各種工作情況，按照預定的速度和提升要求實現平穩地啟動、運行、減速、制動、停車。在整個循環中，應使鋼絲繩的振動最小，井口停車必須準確無誤誤差不超過±20mm。驅動電動機及其供電裝置應有足夠的過載能力，以適應副井提升負載變化大的特點。最大過載能力不低于額定值的2倍。
調節系統采用SIEMENS 6RA70裝置實現數字式速度、電流、位置閉環控制，全數字調節的動、靜態技術性能滿足提升機四象限運行要求，并滿足提升工藝要求的過載能力和安全系數，具有優良的動、靜態品質指標。
3.上位監控系統
工控機和彩色終端組成上位機監控系統，監控系統通過與PLC通訊采集數據實現多畫面實時監控，多參量數碼及曲線顯示和記錄，各種故障的報警及記錄。
監控畫面主要有；電控系統構成，系統狀態圖，速度曲線，電流曲線，圖形化安全回路圖，當前故障報警，歷史故障記憶，故障判斷及診斷，生產報表的完整資料。
四、采用高速直流電動機所帶來的好處
1.降低了能量損耗
原副井絞車系統采用高壓交流電動機切電阻控制方式，提升過程中多余電能通過電阻箱轉換為熱能。電力資源極大浪費。
副井絞車更換為高速直流電動機電控系統后克服了能耗問題。
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控制隨意調整，速度不穩定，受負載影響比較大。隨著生產任務的不斷加大，副井絞車系統工作任務也不斷增大，從而使受負載影響大的缺點不斷發生。
副井絞車更換為高速直流電動機電控系統后。高速直流電控系統采用無極調速控制方式，絞車提升過程中，提升速度由絞車司機控制隨意調整。加/減速時速度平穩變化。速度不受負載所影響。
3.抱閘系統得到了優化
原副井絞車系統的抱閘系統頻繁參與絞車減速控制，使閘盤的磨損異常大，不利于閘盤保養和維護。
高速直流電控系統報閘系統只起到定位作用。不參與速度控制。減小了閘盤的磨損，提高了閘盤的使用率，節約了大量的資金。
4.減小了維護工作量
原副井絞車電控系統柜體較多，自動化程度不高、故障率高、噪音大，從而增大了維護的工作量而且不滿足生產的增大的要求，影響生產任務的順利完成，增大了完成單位生產任務所需要的時間。
高速直流電控系統柜體少，自動化程度高，故障率低，噪聲小。提高了系統長時間穩定運行的能力，保證了我礦副井絞車的運輸能力。
關鍵詞：動車組；電機牽引；交流傳動；技術應用
上世紀90年代初，交流電動機牽引開始逐漸代替動力牽引和直流電牽引模式應用于高速鐵路的驅動系統當中。交流電動機可分為同步電動機和異步電動機。同步電動機最早應用于法國，其特點是機器運轉穩定性較高，但是其必須在定子和轉子的同步轉速下才能實現轉矩，這就使它的適用性大大降低。在此基礎上異步電動機應運而生。異步電動機的結構簡單，轉矩條件也相對較低，并且運行效能較高，彌補了同步電動機的不足。此外異步電動機還可以根據運行環境的不同衍生出所需產品，實用性極高。時至今日，異步電動機仍為電動機產品的首選。
1 動車組交流傳動系統的構成
在全世界范圍內，各國高鐵及動車組的牽引控制系統都采用交流方式進行動力的傳送。其構造部件如下：
1.1 交流牽引電機
鐵路列車和動車組系統中多使用三相交流電機。三相交流電機是異步交流電機的一種，它的構造最為簡單，轉速極高，黏著性好，牽引力強，具有較好的制動性，是同步直流電機所不可比擬的。目前各個國家還在進一步提高交流電動機的性能和技術研發水準，我國也在不斷加大研發力度，以求開創交流電機在我國應用的新局面。
1.2 變流裝置
在工業領域，三相交流電機的應用十分廣泛，高鐵和動車組上就是用三相交流電機作為機車的牽引裝置。為了配合三相交流電機的使用，最大程度的發揮牽引效能，就需要配備專門的交流裝置。這種裝置結構較為繁復，所需功率極大，是專門應用于鐵路運輸系統的，它的作用就是將原有的單向交流電轉化為系統需要的三相交流電。其特點具體歸納如下：（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矩的干擾。（2）承載力和適應性強。可以應對多種突發狀況，如電壓不穩，車輪側滑等，保持電機牽引的穩定和可靠性，進而實現動車車體運行狀態在可控范圍。（3）操控特點不同于直流裝置，牽引效能的好壞受制于多種因素，如轉矩需要達到一定標準才可啟動等等。（4）變頻幅度大，可根據實際情況不同進行頻率的隨時調整，最低點為0.4Hz，最高可達200Hz。在此過程中，變化的穩定性高，不會產生較大的起伏。（5）動車供電系統在供電時，輸出功率要盡可能平穩，不要產生太大波動，功率參數保持在1左右最好，以最大限度緩解對整個控制系統的負面影響。（6）變流裝置的牽引效能較直流裝置好，對材料的浪費率低，穩定性高。（7）系統在檢測，調試，安裝和故障修理時更容易。（8）交流設備體積小巧，抗震性強，適用于動車組的運行環境。9）可進行能量和動力的雙向轉換。
2 交流傳動技術在動車運行過程中的控制策略
2.1 交流傳動控制策略
交流機車一般可分為兩類，其中單項工頻機車的控制系統多采用交-直-交的方式進行電流的傳輸和控制。這種方式又包含兩種控制方法：網側變流器控制和電機側逆變器控制。
（1） 網側變流器控制。網側變流器是動車組電機傳動系統的主要部件，它的工作原理為通過調節變流器的輸出電壓來實現對電流大小的控制，是將交流電轉化為直流電的設備。相對其他變流器，其優點是在列車運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行需要穩定的電壓作為前提保障，網側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行時對電壓的要求。所以電機網側變流器適用于以單項交流電位主控制系統的動車組，要根據需要合理配備網側變流器。（2）電機逆變器控制。電機側逆變器是將直流電轉化為交流電的電機設備，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。動車電機牽引設備中包含有異步牽引電機，其要和配套的電機逆變器結合使用。動車的牽引控制具有特殊性，牽引系統是通過三相交流電的傳動得以實現的。
2.2 交流異步電機控制技術
異步電動機較傳統的交流電動機而言更具有動態性，它可以將交流電傳動系統轉化為直流電傳動系統，易于操控，擴大交流電系統的使用范圍。異步電動機可通過調整電壓和電頻生成動車組系統中的三相交流電。它通過調控定子電流和定子電壓使之發生變化，進而改變轉子磁鏈和電磁轉矩。現階段異步電機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到矢量變換的目的。（2）自適應控制方法，能夠克服參數的變化自動適應電流的轉變。（3）直接轉矩控制方法。
3 交流電動機的運行原理及實際運用
交流電動機對于日常生活的意義十分重大，它覆蓋了工農業機械設備，科技國防等各個領域，尤其在與人們生活息息相關的家用電器領域，其應用更為廣泛。交流電動機包括同步電動機和異步電動機兩大類。同步電動機的調速靠改變供電電壓的頻率來改變同步轉速。由于中間環節是直流電壓，在電壓型逆變器中電力半導體器件始終保持正向偏置，由于采用了晶閘管器件，就必須進行某種形式的強迫換流。根據換流方式的不同，電壓型逆變器的種類很多，其中帶有輔助晶閘管單獨關斷的并聯逆變電路，即著名的麥克墨萊電路在機車傳動中有一定的代表意義。麥氏電路是借助輔助晶閘管接通L、C振蕩換流電路，使導通的晶閘管中的負載電流降到零并承受一定時間的反向電壓的一種強迫換流電路。交流調速系統主要是針對異步電動機而言，它是交流傳動與控制系統的一個重要組成部分。對于鐵路牽引，要求傳動系統按照一定的控制方式（如恒力矩和恒功率） 運行，同時又不斷地迅速地加速或減速。
動車機車牽引系統多為閉環的傳動方式，這樣可以更好的保持動車在運行過程中牽引系統控制的有效性和平穩性。傳動裝置通過變矩器進行變速變矩，達到機車動力的傳動效果。一般情況下，傳動過程中可以采用以下方法進行變矩：第一種方法是直接控制轉矩。通過比對實測的轉矩與原有的轉矩之間的信號差異，進而導入新的轉矩信號，實現轉矩的目的。還有一種方法是參考其他的系統信號值，將這些相關值進行檢測對比，生成轉矩信號，間接實現系統的轉矩。這兩種轉矩方式的應用范圍都較為廣泛，適用于各種類型的列車。尤其是直接轉矩的方式更加受到人們的稱贊。科技的進步使得近年來交-直-交變頻調速系統不斷涌現新的調速方式，如電壓、頻率協調控制的變頻調速系統，轉差頻率控制的變頻調速系統，諧振型變頻調速系統，矢量控制的變頻調速系統和直接轉矩控制的變頻調速系統等。
4 結束語
上文系統闡述了動車組動力傳動技術和傳動系統的運行原理。迄今為止，越來越多的國家在發展高鐵項目時都采用交流傳動技術，該項技術能夠更快的實現電流的變矩，牽引功率高，有利于提高電機的牽引效能，實現運輸系統的跨越式發展。
參考文獻
[1]李芾，安琪，王華.高速動車組概論[M].西南交大出版社，2008.
關鍵詞：異步電機；工作原理；運行維護
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A
收錄日期：2014年5月14日
電能是國民經濟中應用最廣泛的能源，而電能的生產、傳輸、分配和使用等各個環節都依賴于各種各樣的電機；電力拖動是國民經濟各部門中采用最多最普遍的拖動方式，是生產過程電氣化、自動化的重要前提。由此可見，電機及電力拖動在國民經濟中起著極其重要的作用。
一、電機的分類
（一）按工作電源分類。根據電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。
（二）按結構及工作原理分類。電動機按結構及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。
（三）按起動與運行方式分類。電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉式電動機和分相式電動機。
（四）按用途分類。電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其他通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫療器械、電子儀器等）用電動機。控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。
（五）按轉子的結構分類。電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。
（六）按運轉速度分類。電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。調速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無級變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。
二、電動機技術發展現狀
電動機的功能是將電能轉換成機械能，它可以作為拖動各種生產機械的動力，是國民經濟各部門應用最多的動力機械。在現代化工業生產過程中，為了實現各種生產工藝過程，需要各種各樣的生產機械。拖動各種生產機械運轉，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、調節性能好、耗損小，能實現遠距離控制和自動控制等一系列優點，因此大多數生產機械都采用電力拖動。
按照電動機的種類不同，電力拖動系統分為直流電力拖動系統和交流電力拖動系統兩大類。
縱觀電力拖動的發展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個生產領域。在交流電出現以前，直流電力拖動是唯一的一種電力拖動方式，19世紀末期，由于研制出了經濟實用的交流電動機，致使交流電力拖動在工業中得到了廣泛的應用，但隨著生產技術的發展，特別是精密機械加工與冶金工業生產過程的進步，對電力拖動在起動，制動，正反轉以及調速精度與范圍等靜態特性和動態響應方面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術上難以實現這些要求，所以20世紀以來，在可逆，可調速與高精度的拖動技術領域中，相當時期內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速系統。
雖然直流電動機具有調速性能優異這一突出特點，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，電動機的使用環境也受到了限制（如不能在有易爆氣體及塵埃多的場合使用），其電壓等級，額定轉速，單機容量的發展也受到了限制。所以，在20世紀六十年代以后，隨著電力電子技術的發展，半導體交流技術的交流技術的交流調速系統得以實現。尤其是七十年代以來，大規模集成電路和計算機控制技術的發展，為交流電力拖動的廣泛應用創造了有利條件。諸如交流電動機的串級調速，各種類型的變頻調速，無換向器電動機調速等，使得交流電力拖動逐步具備了調速范圍寬，穩態精度高，動態響應快以及在四象限做可逆運行等良好的技術性能，在調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速性能優良，維修費用低等優點，將廣泛應用于各個工業電氣自動化領域中，并逐步取代直流電力拖動而成為電力拖動的主流。
三、異步電機的發展
異步電機是一種交流電機，也叫感應電機，主要作電動機使用。它有如下優點：結構簡單、運行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用，而且有較高的效率和相當好的工作特性。異步電機主要的缺點是：目前尚不能經濟的在較大范圍內平滑調速以及它必須從電網吸收滯后的無功功率，雖然異步電機的交流調速已有長足進展，但成本較高，尚不能廣泛使用；在電網負載中，異步電機所占比重較大，這個滯后的無功功率對電網是一個相當重的負擔，它增加了線路損耗、妨礙了有功功率的輸出。當負載要求電動機容量較大而電網功率因數又較低的情況下，最好采用同步電動機來拖動。
異步發電機的發展對發電機產業產生了較大的沖擊力。主電容器是用來使發電機建立空載電壓的電容器，一般是將它們聯結成一組，并接于發電機出線端。附加電容器要根據實際負荷的大小進行投，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電機由空載至滿載，維持發電機額定電壓不變的電容器。
2010年我國異步發電機行業面對新的發展形勢，因為新進入企業不斷增多，上游原材料價格持續上漲，發電機租賃行業發展的也相當不錯。導致行業利潤降低，因此我國異步發電機行業市場競爭也日趨激烈。必需并聯恰當數值的勵磁電容。固然受金融危機影響使得異步發電機行業近兩年發展速度略有減緩，但跟著我國國民經濟的快速發展以及國際金融危機的逐漸消退，我國異步發電機行業重新迎來良好的發展機遇。異步發電機在水輪機的驅動下，當其轉速達到額定值時，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，便成為一臺異步發電機，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。對于感性負荷則應將其附加電容器并接在負荷之上，隨負荷的投入而投入。面臨這一現狀，異步發電機行業業內企業要積極應對，注重培養立異能力，不斷進步自身出產技術，加強企業競爭上風，與此同時異步發電機行業內企業還應全面掌握該行業的市場運行態勢，不斷學習該行業最新出產技術，了解該行業國家政策法規走向，把握同行業競爭對手的發展動態，只有如斯才能使企業充分了解該行業的發展動態及自身在行業中所處地位，并制定準確的發展策略以使企業在殘酷的市場競爭中取得領先上風。
關鍵詞：交流調速；半導體；電動機；變頻
提高交流傳動系統的性能，國內外有關研究工作正圍繞以下幾個方面展開：采用新型功率半導體器件和脈寬調制（PWM）技術 采用新型功率半導體器件和脈寬調制（ ） 功率半導體器件的不斷進步，尤其是新型可關斷器件，如 BJT（雙極型晶體管） 、 MOSFET（金屬氧化硅場效應管） 、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）的實用化，使得開關高頻 化的 PWM 技術成為可能。目前功率半導體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能 化方向發展。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節采用大電感作儲能元件， 無功功率 將由大電感來緩沖，它的一個突出優點是當電動機處于制動（發電）狀態時，只需改變網側 可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側的再生電能方便地回饋到交流電網， 構成的 調速系統具有四象限運行能力， 可用于頻繁加減速等對動態性能有要求的單機應用場合， 在 大容量風機、泵類節能調速中也有應用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環節采用大電容 作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對于負載電動機而言，電壓型變頻器相當于一個 交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅動多臺電動機并聯運行。電壓型 PWM 變 頻器在中小功率電力傳動系統中占有主導地位。 但電壓型變頻器的缺點在于電動機處于制動 （發電） 狀態時， 回饋到直流側的再生電能難以回饋給交流電網， 要實現這部分能量的回饋， 網側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、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”） 。網側變流器采用 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可調，輸入電流（網側電流）波形基本為正弦，功 率因數保持為 1 并且能量可以雙向流動的特點， 代表一個新的技術發展動向， 但成本問題限 制了它的發展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數低的缺點，只 能用于低速（低頻）大容量調速傳動。為此，矩陣式交-交變頻器應運而生。矩陣式交-交變 頻器功率密度大，而且沒中間直流環節，省去了笨重而昂貴的儲能元件，為實現輸入功率因 數為 1、輸入電流為正弦和四象限運行開辟了新的途徑。 隨著電壓型 PWM 變頻器在高性能的交流傳動系統中應用日趨廣泛，PWM 技術的研究 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 率器件開關頻率相關的諧波成分， 諧波電流引起的脈動轉矩作用在電動機上， 會使電動機定 子產生振動而發出電磁噪聲， 其強度和頻率范圍取決于脈動轉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 還容易引起電動機的機械共振，導致系統的穩定性降低。為了解決以上問題，一種方法是提 高功率器件的開關頻率， 但這種方法會使得開關損耗增加； 另一種方法就是隨機地改變功率 器件的導通位置和開關頻率，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，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達到抑制電磁噪聲和機械共振的目的，這就是隨 機 PWM 技術。
應用矢量控制技術、直接轉矩控制技術及現代控制理論 應用矢量控制技術、直接轉矩控制技術及現代 現代控制理論 交流傳動系統中的交流電動機是一個多變量、 非線性、 強耦合、 時變的被控對象， VVVF 控制是從電動機穩態方程出發研究其控制特性，動態控制效果很不理想。20 世紀 70 年代初 提出用矢量變換的方法來研究交流電動機的動態控制過程， 不但要控制各變量的幅值， 同時 還要控制其相位， 以實現交流電動機磁通和轉矩的解耦， 促使了高性能交流傳動系統逐步走 向實用化。 目前高動態性能的矢量控制變頻器已經成功地應用在軋機主傳動、 電力機車牽引 系統和數控機床中。此外，為了解決系統復雜性和控制精度之間的矛盾，又提出了一些新的 控制方法，如直接轉矩控制、電壓定向控制等。尤其隨著微處理器控制技術的發展，現代控 制理論中的各種控制方法也得到應用， 如二次型性能指標的最優控制和雙位模擬調節器控制 可提高系統的動態性能，滑模（Sliding mode）變結構控制可增強系統的魯棒性，狀態觀測 器和卡爾曼濾波器可以獲得無法實測的狀態信息，自適應控制則能全面地提高系統的性能。
廣泛應用微電子技術 廣泛應用微電子 電子技術 隨著微電子技術的發展， 數字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到很大提高， 這使 得全數字化控制系統取代以前的模擬器件控制系統成為可能。 目前適于交流傳動系統的微處 理 器 有 單 片 機 、 數 字 信 號 處 理 器 （ Digital Signal Processor--DSP ） 專 用 集 成 電 路 、 （Application Specific Integrated Circuit--ASIC）等。
開發新型電動機和無機械傳感器技術 交流傳動系統的發展對電動機本體也提出了更高的要求。 電動機設計和建模有了新的研 究內容，如三維渦流場的計算、考慮轉子運動及外部變頻供電系統方程的聯解、電動機阻尼 繞組的合理設計及籠條的故障檢測等。
為了更詳細地分析電動機內部過程， 如繞組短路或轉子斷條等問題， 多回路理論應運而生。 隨著 20 世紀 80 年代永磁材料特別是釹鐵硼永磁的發 展， 永磁同步電動機（Permanent-MagnetSynchronous Motor--PMSM）的研究逐漸熱門和深 入，由于這類電動機無需勵磁電流，運行效率、功率因數和功率密度都很高，因而在交流傳 動系統中獲得了日益廣泛的應用。此外，開關變磁阻理論使開關磁阻電動機 （Switched Reluctance Motor--SRM） 迅速發展， 開關磁阻電動機與反應式步進電動機相類似， 在加了轉子位置閉環檢測后可以有效地解決失步問題，可方便地起動、調速或點控，其優良 的轉矩特性特別適合于要求高靜態轉矩的應用場合。 在高性能的交流調速傳動系統中， 轉子 速度（位置）閉環控制往往是必需的。
參考文獻：
[1]《計算機操作系統教程》張堯學清華大學出版社（第二版）
關鍵詞：三相異步電動機；通用變頻器；PWM技術；全數字化控制系統
中圖分類號：TM921
文獻標識碼：A
文章編號：1009-2374（2012）21-0010-03
近年來，隨著能源日益減少，新型節電設備的不斷更新和科學技術的飛躍發展，合理化的設計和節電設備的日益廣泛應用，給人們工作和生活帶來了更多的方便。
1 交流電動機調速系統的發展過程
1.1 交流電動機勵磁調速
早期用原動機來驅動一臺發電機，而通過控制發電機的勵磁來調節發電機的輸出電壓，借此來調節被驅動電機的轉速和電機有功功率輸出，還可以關閉和起動電機。
1.2 電流電動機可控整流調速
隨著科學技術不斷發展，發明了通過晶閘管的導通時間來控制電壓（可控整流技術）。首先是調速系統響應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問題。可控硅調速是用改變可控硅導通角的方法來改變電動機端電壓的波形，從而改變電動機端電壓的有效值，達到調速的
目的。
1.3 內容摘要
1.3.1 變頻調速方法
變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統主要通過變頻器進行，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，目前國內大都使用交流－直流－交流變頻器。
變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數），通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。
1.3.2 變極對數調速方法
這種調速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數達到調速目的，本方法適用于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。
變頻器調速的特點是平穩、可根據需要調節速度，是未來交流電動機的發展方向。
2 交流電動機調速系統方案論證
2.1 單片機調速
隨著全球范圍的數字化控制系統的發展，人們對數字化信息的依賴程度也越來越高。實現調速系統全數字化控制不僅能使交流調速系統與信息系統緊密結合，而且可以提高交流調速系統自身的
功能。
由于交流電機控制理論不斷發展，控制策略和控制算法也日益復雜。擴展卡、濾波器、FFT、狀態觀測器、自適應控制、人工神經網絡等均應用到了各種交流電機的矢量控制或直接轉矩控制當中。因此，DSP芯片在全數字化的高性能交流調速系統中找到施展身手的舞臺。在交流調速的全數字化的過程當中，各種總線也扮演了相當重要的角色。STD總線、工業PC總線、現場總線以及CAN總線等在交流調速系統的自動化應用領域起到了重要的作用。
2.2 PWM調速
PWM控制是交流調速系統的控制核心，它可以完成任何控制算法的最終實現。
關于PWM控制方案已經在各領域有了多個版本的應用，尤其是微處理器技術應用在PWM技術之后，總是不斷有新的技術更新，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用，說明這項技術的應用空間十分廣泛。其中，空間矢量PWM技術以其電壓利用率高、控制算法簡單、電流諧波小等特點在交流調速系統中得到了越來越多的應用。V/f恒定、速度開環控制的通用變頻調速系統和滑差頻率速度閉環控制系統，基本上解決了異步電機平滑調速的問題。然而，當生產機械對調速系統的動靜態性能提出更高要求時，上述系統還是比直流調速系統略遜一籌。原因在于，其系統控制的規律是從異步電機穩態等效電路和穩態轉矩公式出發推導出穩態值控制，完全不考慮過渡過程，系統在穩定性、起動及低速時轉矩動態響應等方面的性能尚不能令人滿意。
異步電機是一個多變量、強耦合、非線性的時變參數系統，很難直接通過外加信號準確控制電磁轉矩，但若以轉子磁通這一旋轉的空間矢量為參考坐標，利用從靜止坐標系到旋轉坐標系之間的變換，則可以把定子電流中勵磁電流分量與轉矩電流分量變成標量獨立開來，進行分別控制。這樣，通過坐標變換重建的電動機模型就可等效為一臺直流電動機，從而可像直流電動機那樣進行快速的轉矩和磁通控制即矢量控制。
3 交流電動機調速系統主電路設計
綜合設備除了計算機外，其他設備的傳動、機床、機器人和自動裝置的傳動、電動汽車以及火車傳動等，都離不開調速系統。經過漫長的發展，交流調速電氣傳動已上升為電氣調速的主導潮流，一步一步取代傳統的直流調速傳動。
變頻器對變換的逆變電源成為變頻電源的形式，主要是利用了電機調速用的變頻調速器，從而使普通的交流穩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有的交流電網電源變換成所需要頻率的穩定的純凈的正弦波電源的效果，理想的交流電源的特點是頻率的穩定。異步電動機與同步發電機同軸連接，通過變頻器控制電動機的轉速可以準確控制發電機輸出電流的頻率大小，而同步發電機輸出電壓幅值E與磁通Φ有關，因此調節勵磁單元所提供的勵磁電流即可以控制發電機輸出電壓的幅值，最終達到電壓、頻率分別可調，波形為正弦波。
PLC是整個控制系統的核心，它可以給變頻器輸出轉速信號，控制電機的轉速；可以按照擬定的控制策略給出勵磁單元控制信號，實現與發電機同步電頻可調。從而實現整個變頻電源輸出頻率、幅值的連續可調。同時，與觸摸屏進行實時通訊，為觸摸屏的顯示提供數據，并對于觸摸屏輸入的信息進行處理等，更加人性化。
變頻恒壓供水節制系統通過測到的管網壓力，經變頻器的內置PID調節器運算后，調節輸出頻率，實現管網的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網壓力極限信號）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生，泵的啟停將聯動其出口閥門。
假定系統由四臺水泵、一臺變頻器、一臺PLC和一個壓力變送器及若干輔助器件構成。安裝于供水管道上的壓力變送器將管網壓力轉換成0～5V或4～20mA的電信號；變頻調速器用于調節水泵轉速；PLC用于邏輯切換。如果1#水泵到50Hz但實際值沒達到設定值時，1#水泵轉到工頻，約10秒后，變頻器帶2#水泵加速，如果還沒達到設定值時，2#水泵轉到工頻，約10秒后變頻器帶3#水泵加速，加到某一頻率值，實際值得到設定值時，變頻器開始減速到0Hz后，1#工頻泵停機，2#工頻泵停機，保持實際值不變，夜間用水量較少時，管網中剩一臺變頻泵而且頻率下降到約35Hz，實際值≥設定值時，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，這時水泵全部休息，管網壓力由氣壓罐供水狀態，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，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。如此循環往復工作，大大節約了日趨緊張的用電。
此外，上面所說的系統還配備了輔助電路，以保障自己主動節制系統出現故障時可通過人工調節體式格局維持系統運行，包管連續生產，使整套系統正常運行。
參考文獻
[1] 王占奎，等．交流變頻調速應用例集[M]．北京：科學出版社，1995．
關鍵詞：項目教學法 電工技能 項目設計 實施與評價
一、項目教學法概述
項目教學是教師與學生為了完成一個完整的教學或學習項目而共同進行的教學活動。項目教學法的實踐性及自主性強，適合于技能學習，可有效促進學生創造力的發展。項目的設計與實施可根據學生專業、知識基礎以及與相關學科的聯系，設計得具有針對性。在項目教學法的具體實踐中，教師充當向導和顧問，學生作為學習的主體，通過完成項目，把理論與實踐有機地結合起來，既提高技能水平，又培養合作、探究、解決問題等綜合能力。項目教學法是師生共同完成項目，共同取得進步的教學方法，在職業學校、職業教育中有其獨特的優勢。
二、電工技能課程實施項目教學法的條件
1.師資條件
對于中職學校來說，給學生傳授技能是第一要務。而技能的傳授，必須依靠有豐富實踐經驗的教師，特別是在企業中從事過專業技術工作的教師。他們既要有較強的理論知識，又要較強的動手能力。雙師型電工教師是適合人選。
2.設備條件
要順利開展電工技能的項目化教學，學校學校必須有專門的電工技能實訓室，較完善的電工器材和檢測儀器、多媒體平臺等。
三、項目的選定與設置
1.選定與設置的原則
項目的選定與設置必須在教學大綱的范圍之內，符合專業特點，必須是電工技能中基本的技能范圍，其內容必須是學生應知應會的專業基本技能，并符合以項目為導向，以實際操作能力為核心的原則。
2.選定與設置的項目
項目一：用電安全與人工急救（4學時）。
知識目標：觸電的危害、形式、原因及預防措施。能力目標：口對口人工急救法和胸外心臟擠壓法。
教學情景創設與教學資源準備：三相四線電源、心肺復蘇模擬人2臺。
項目二：電工技能基本操作工藝（8學時）。
知識目標：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：導線的電氣連接，常用電工工具使用，電氣設備緊固埋設工藝。
教學資源準備：電筆、電烙鐵、沖擊鉆、壓接鉗、電工刀、導線、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學時）。
知識目標：常用儀表的型號、結構、測量范圍等。能力目標：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、電動機絕緣電阻。
教學資源準備：萬用表、鉗表、兆歐表、直流電源、電動機、三相四線電源等。
項目四：電氣照明與內線工程（8學時）。
知識目標：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：室內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。
教學資源準備：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實訓（8學時）。
知識目標：單相電動機規格型號意義、原理及技術要求。能力目標：單相機電動機的檢測方法，單相電動機的啟動和連接方法；常用單相電動機如電風扇、洗衣機電動機的檢測。
教學資源準備：電工儀表、單相電動機、單相電源。
項目六：三相交流電動機（10學時）。
知識目標：三相電動機的規格、型號，原理及技術要求。能力目標：三相電動機的性能檢測，三相電動機的故障分析與處理。三相交流電動機首、尾端的判別，極數判別，三相電動機的連接方法。
教學資源配置：萬用表、兆歐表、三相交流電動機、三相四線電源、電工工具。
項目七：三相交流電動機的控制電路安裝（16學時）。
知識目標：三相交流電動機的控制基本要求及安裝規程。能力目標：工藝布線，三相交流電動機的正反轉，Y-降壓啟動，能耗制動等電路的安裝及通電試車調試。
教學資源的準備：三相電線電源、三相交流電動機、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。
每個項目的實施，都以學生為主體，以項目為中心，教師在過程中指導和監控，學生在教師的指導下學習，在電工實訓室內應用電工設備完成。
四、電工技能課程項目教學法的實施
1.教學環境的創設
在電工技能的項目化教學中，教學環境的創設很關鍵。因為整個教學過程在一體化教學情景中進行。為提高學生的學習興趣，應以現實生活、生產中的實際應用喚起學生的學習熱情。例如，在電氣照明與內線工程項目教學中，以日常的家庭照明為例，如日光燈的故障與檢測，雙聯開關的作用及應用等引起學生的學習興趣，將學生所學的知識與現實聯系起來，能激發學生學習的自覺性。在單相電動機項目化教學中，以電風扇、洗衣機電動機為例引入學習項目，激發學生的學習動機，使學生在學習過程中更有目的性和針對性。在整個教學過程中，把教師的“講”與學生的“練”有機地結合起來。項目教學的情景應盡可能與電工操作的實際貼近。
2.教學過程的互動
項目教學法不再以教師為主導，而是以項目為導向，是以學生為主體的討論式、探討式和應用式的教學，強調實用性與技能性。師生的互動是完成學習項目的關鍵環節。學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一個引導、解惑的角色，創設目的明確、接近生產實踐的學習環境。在教學實踐中，必須十分注重理論與實踐相結合，營造良好的互動氣氛。在課堂中充分發揮專業技能操作能力，做到講解清晰、演示準確，并結合條理的板書。語言表達要準確生動、語調抑揚頓挫，吸引學生的注意力。同時，在教學過程中更多地應用啟發教學，讓學生開動腦筋，共同探討。還應靈活采用角色轉換、你問我答、分組討論、巡回指導等相互交流的辦法，使課堂氣氛活躍，提高學生學習積極性。
五、項目教學法在電工技能教學過程中的實時評價
項目教學法是一體化教學的主要形式。而一體化教學是復合型的教學方法。現場教學、情景教學、講授、演示、個別輔導等方法也應結合到項目教學中。電工技能的項目教學的實施，正是通過項目的設計與實施，結合其他教學方式得以順利進行。教師通過具體項目的要求，講解相關理論知識，演示操作方法，學生根據項目要求，運用技能知識，完成具體的操作或電路連接。教師在學生的項目作品完成后作出評價，例如給學生的布線工藝評分，對連接的電路通電試車，使學生對自己的學習成果有具體量化認識，從而提高學習積極性。在電工技能項目化教學實踐中，可通過對學生學習紀律、學習氣氛、學生專業動手能力是否提高、學生與教師的交流互動情況、實習報告的完成情況、學習心得體會以及實踐考核成績等方面進行總結與評價。實踐證明，學生樂于接受項目化教學方法，在學習過程中是主動和積極的，對專業的興趣和技能的掌握都有較大提高。
【關鍵詞】直流調壓調速系統;變流變頻調速系統;工程機械;電氣傳動
1.引言
隨著我國計算機一級半導體元件技術的不斷提高，現代電氣的調速方式也在不斷地更新換代，交流變頻調速方式便是其中的一員。變頻調速在分類上又有交―直―交型、交―交型、電壓源型、脈寬調制型、電流源型、VVVF型、矢量型等等方式。但是在傳統的直流調速F-D機組系統也通過過渡形成了晶閘管模擬式、晶閘管部分數字式和全數字式系統。想要探討直流調壓調速系統和變流變頻調速系統這兩類被廣泛應用的調速方式的優劣，則必須要通過具體設備的使用工況和工藝要求而定。
2.直流調壓調速系統和變流變頻調速系統介紹
2.1 直流調壓調速系統
經歷了現代科技發展的變革，對整流器的更新、以晶閘管整流裝置代替了老舊的直流發動機電動機組以及水銀整流裝置等一系列發展，使得直流電氣傳動產生了翻天覆地的變化。直流調速指的是通過人為或是自動對直流電動機的轉速進行改變，從而滿足工作機械的需求，通過改變電動機的參數或電壓改變電動機的機械特性，從而達到改變電動機的機械特性和工作機械特性的交點，讓電動機能夠使穩定運轉的速度發生變化[1]。因為直流發動機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的平滑調速，在軋鋼機、礦場卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、金屬削床機、造紙機、高層電梯等一些需要更高性能可控電力拖動的領域中得到了廣泛的應用。今年來，交流調速系統發展很快，然而直流拖動系統無論是在理論上還是在實踐上都有著比較成熟的技術，并且從反饋閉環控制的角度來看，它又是交流拖動系統的基礎，所以直流調速系統在生產以及生活中起著極為重要的作用[2]。
2.2 變流變頻調速系統
變流變頻調速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調速目的的技術。電動機有直流電動機和交流電動機。人們想要讓簡單可靠價廉的籠式交流電動機也能像直流電動機那樣調速，定子調速、變極調速、滑差調速、轉子串電阻調速和串極調速等交流調速方式就在這樣的背景下應運而生;并相繼出現了滑差電機、繞線式電機、同步式交流電機等。但其調速性能都無法和直流電動機相比。直到20世紀80年代，由于電力電子技術、微電子技術和信息技術的發展，才出現了變頻調速技術。作為當代電機調速系統的主流，采用變頻調速技術的交流電機以體積小、保護系統齊全、可靠性高、操作簡單快捷等以往調速系統所不具備的優點而受到廣泛地使用和推崇。采用變流變頻調速系統的電動機被廣泛地運用在鋼鐵、有色、石油、紡織、機械、化工、建筑、煤炭、電力、航海、電動機車和養殖等行業之中，并且很受歡迎。隨著我國的數字控制技術以及電力電子技術的發展，交流電機變頻調速系統的應用范圍和比較還會逐漸增加。
3.直流調壓調速系統和變流變頻調速系統各自的優點和缺點
站在技術角度來說，數字化微處理器的功率半導體變流技術使現代直流和交流調速都達到了很高的水平，其技術也相應地較為成熟。
3.1 直流調壓調速系統的優點和缺點
直流調速系統通過采用直流電機，以及晶閘管變流的方式，將交流電轉變為直流電。除此之外，直流調速系統還可以通過對電流的線性度以及直流電壓進行改變，從而達到對電流給定速度和轉矩信號，從而便可以對電機的輸入電壓和電流進行改變，實現電動機的調速。
直流調壓調速系統的優點主要有：
（1）具有良好的起動與制動功能，對于在大范圍內進行平滑調速有著較大的優勢。
（2）與同功率系統相比，其過載能力較強，通常都在百分之兩百左右。
（3）動態反應快，抗干擾能力強。
（4）在四象限的工況下，同功率的系統元件比較少，所以直流調速系統的可靠性較高。
直流調壓調速系統的缺點有：
（1）在對直流電動機進行修理時，費時費力，不僅對技術的要求很高而且成本也比較高。
（2）電機的防護等級很難進行提高。
3.2 變流變頻調速系統的優點和缺點
變流變頻調速系統采用的是交流鼠籠電機裝置和交流變頻調速裝置，該系統在進行運行速度的調節時，需要改變頻率。
變流變頻調速系統的優點有：
（1）與直流調壓調速系統相比，因為采用了交流鼠籠電機的原故，故維修相對簡單，防護等級也較高。
（2）對電壓等級沒有什么特俗的需求。
（3）該系統的風機、泵類的負載較小，所耗費用不高。
（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去替代原有的三點樞直流電機，在電機的功率都為12120kW的情況下，交交變頻同步電機對于空間的占用率僅為原來的三分之一。
變流變頻調速系統的缺點有：
（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）與直流調壓調速系統相比，在四象限工況下，變流變頻調速系統的系統可靠性較低，并且造價偏高。
4.交流電機與直流電機的特性
通過分析可以得出交流電機與直流電機具有以下特性：
（1）交流電機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;而直流電機則可以在一定的基速范圍內被設計成任意一檔速度。
（2）在任何補償的情況下，直流電機的弱磁速度方位與其基速相比總是在1：3～1：5范圍之內。
（3）同機座號的交流電機，最大扭矩與速度的平方呈反比，因而限制的了功率;而同機座號的直流電機，限制功率的原因主要是換向器的換向能力。
（4）如果電機在低速的情況下運營了較長的時間，或是該設備的恒功率運行范圍較大時，使用直流電機會更加具有優勢。
（5）交流電機與直流電機相比，其在輸出最大功率時，速度范圍會比較窄。
（6）同頻率交流電機的轉動慣量與自重與直流電機相比較大，所以交流電機在啟動與制動頻繁場合的機械設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，因為產生的電磁干擾較大。
（2）若在使用調速器輸出相同的電流時，變頻器對半導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.結語
在目前市場上，消費者容易受到諸如，變頻調速比直流電機更易于維護，耗費的費用更少，結構也相對簡單的說法的影響，從而受到誤導。在上文中我們已經對直流調壓調速系統和變流變頻調速系統進行了詳盡的分析，可以得知這樣的觀點過于片面，沒有足夠的科學依據。在實際上，兩種系統各有各的特長與缺點，其使用也是因情況而定。
參考文獻
[1]張柳芳.直流晶閘管變流器和交流頻率變換器的比較設計[J].新探平頂山師專，2008（5）.
一、運用現代化教學手段，直觀演示
多媒體集聲、像、圖、文于一體，具有直觀性強、可操作性強的特點。在講解電動機結構與原理時，教師可將事先拍攝好的現場電動機維修過程及常用類型的電動機結構圖制成課件在課堂上播放，并結合課件向學生講解電動機的基工作原理，從而讓學生更好地掌握和理解相關知識。
二、電動機應用實例解析
下面就一起來看一下單相交流電動機和三相換向電動機的應用。單相交流電動機一般可分為兩大類(見圖1)：一類是不帶離心開關的單相電動機，另一類是帶離心起動開關的單相電動機。單相電動機的功率雖然略小，但是卻是市場占有量最多的，因此研究單相電動機的調速具有重要的現實意義。我們可通過調壓調速的方法對其進行調速。而用這個方法(就是改變電動機的轉差率)，穩速性能差，調速范圍小，一般在70%與100%之間，但是加上了轉矩的特性差，卻總是無法滿足使用的需要。三相交流換向器電動機（見圖2）一般在電線、塑料制品和橡膠這類電纜行業中使用較多，其所有調速的功能都集中在電動機本身，并且電氣控制設備也很簡單，能在規定的調速和接近恒定轉矩的情況下從零調速至高于同步轉速，盡管這種電機的結構復雜，電動機維修量較大，換向比較困難，但因其具備上述種種優點，大多現場技術人員都覺得用于塑料擠出機、橡膠時，三相交流換向器電動機優于滑差電機和直流電動機。需要注意的是，電動機運行時雖然允許在邊緣有輕微的火花，但是火花卻不能過大，萬一發現火花太多應馬上調查原因，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節繞組脫焊。教師在講解相關電動機知識時，必須提醒學生這一點。
三、結語
隨著社會的進步和經濟的飛速發展，電動機應用的領域和范圍不斷擴大，其重要性已不言而喻。在今后的教學工作中，我們必須努力跟上新時代的步伐，不斷總結經驗、不斷探索、不斷創新，以尋求更多更好的教學方法，優化電動機結構與原理教學，使之邁上一新臺階。
作者：劉光輝單位：內蒙古呼倫貝爾市海拉爾區第一職業學校
關鍵詞：直流調速 教學 重點
隨著現代工業自動化控制和電力電子技術的迅速發展，變頻調速逐步得到了應用，有些院校認為，變頻調速具有調速的平滑性，且可實現節能降耗，因此可以取代直流調速，于是就把直流調速這門課程（或章節內容）刪除了。可是作為20世紀60年代開始應用的晶閘管整流裝置的直流調速系統，已向著大功率化、高頻化、集成化的方向發展，直流調速系統的應用還是具有廣泛性的。
一、直流調速低頻啟動轉矩控制精度無法取代
變頻調速只能應用于調速，而對力矩是無法做到精確控制的。其原因是變頻調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基本上都是鼠籠式的，一頭負載，一頭要有單獨的冷卻風扇，編碼器一般要安裝在負載側，或是輸出軸側。由于減速機齒輪本身有間隙，就易產生檢測誤差，而在編碼器安裝時又產生一定的安裝誤差，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，在一些計算中已經忽略了一些因素，變頻器在運行時的某些狀況下可能導致這些因素不容忽略，這也是導致控制精度降低的一方面原因。
直流調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，盡管目前的變頻調速具有矢量控制，也就是運用現代控制理論，通過矢量轉換，將交流電動機中耦合的電樞電流和勵磁電流解開，從而對其進行控制，也就是仿真直流調速的原理，但是要做到相當于直流調速的控制特性還是很困難的。因此在軋機、橡膠機械、光纜線纜設備等要求低速度、力矩很高的情況下，直流調速的應用還是具有廣泛性的。特別是現在可以采用的擴容技術，使得直流調速的應用空間比較大。
二、直流調速具有無可比擬的優越性
首先，調速性能好，調速范圍廣，易于平滑調節。直流電動機具有響應速度快，從零速度到額定速度能夠維持額定力矩的能力，所以能夠進行從零速到額定速度無級調速（力矩不變），其范圍可達1：10000左右。而對于變頻調速而言，如果進行無級調速其力矩是隨著電動機的速度變化而變化的，一般當低于30Hz的時候運行就不穩定了。所以說直流調試比交流調速應用范圍更廣。
其次，啟動、制動轉矩大，易于快速啟動、停車。直流電動機的轉矩只與電樞電流和磁場有關，與轉速無關。而交流電動機與電壓大小有關，與定子和轉子的間隙大小有關。
第三，過載能力強，能承受較頻繁的沖擊負荷。直流過載能力可達200%，而交流過載能力在120%。
第四，具有較強的機械特性，穩定性好。交流電動機的變頻調速在低頻率的時候輸出轉矩很小，特性隨著頻率的降低逐漸變軟，無法適應低轉速高輸出轉矩的要求，而直流電動機啟動轉矩大，使用調壓調速固有的機械特性不變，可以依然保持較硬的機械特性曲線。
第五，線路簡單、控制方便。
第六，國內外控制方案成熟。
第七，控制系統總體造價相對低廉，設計、制造、安裝調試周期短。
三、直流調速教學的重點
基于以上所述直流調速的優點，在軋機、橡膠機械、光纜線纜設備、碼頭起重、紡織印染、造紙印刷等行業還是具有較廣泛的應用范圍的。因此，眾多的企業需要這方面的維護保養人員，而這些人員除具有必要的專業技能外，還需要較強的專業知識。這是因為隨著電子技術的發展，直流調速系統從早期的分立電力電子元件結構（如晶閘管），朝著大功率化、高頻化、集成化的方向發展（如MOS功率場效應晶體管和功率集成電路），從單一的單結晶體管觸發電路，發展到集成觸發電路和數字觸發電路，無處不體現對維護人員的專業理論、專業技能的要求。因而在專業教學中，我們還應當注重直流調速的教學。
【關鍵詞】變頻器；恒壓供水；PLC
1 供水系統分析及變頻器的特點
人們在生活和工農業生產中離不開水，水是生命存活的必備資源，是關系到人類幸福指數的核心物質。隨著社會的發展，人口數量不斷增加，城市人口逐年提高，住宅樓向高層化、集中化進展，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。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。
社會的發展也伴隨著科技的創新，居民用水面臨的上述問題能夠得到很好的解決。為此，設計出變頻器恒壓供水方式。恒壓供水，是供水系統保持供水壓力恒定，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中的水壓基本恒定，滿足終端用水客戶的需求。
變頻技術是應交流電動機無級調速的需要而誕生的，變頻器是把電網提供的工頻（50赫茲）交流電變換成輸出頻率連續可調的交流電，以實現交流電動機平滑變速運行的設備。（三相異步電動機轉速公式為：n=60f/p（1-s），f即為電源頻率P為電機極對數 s代表轉差率）交流電動機變頻調速技術是一項廣泛應用的節能技術，它可以實現設備的軟起動和軟停止，降低對電網的沖擊，同時也降低了設備的故障率，大幅減少了電能的消耗，同時減少了機械磨損，確保系統安全穩定、長周期運行。
2 變頻恒壓供水系統的硬件組成及控制原理
變頻恒壓供水系統是由壓力傳感器、變頻器、可編程序控制器（PLC）、水泵機組及若干輔助部件構成的閉環控制系統。
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換成電信號的器件。是使用最為廣泛的一種傳感器，應用于各種工業自控環境中。壓力傳感器的精度直接影響系統的控制質量。變頻供水系統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的核心控制部件。PLC是以微處理器為基礎，綜合計算機、通信、聯網以及自動控制技術而開發的新一代工業控制裝置。它使用可編寫程序的存儲器來存儲指令，實現邏輯運算、順序控制、計數、計時和算術運算功能。PLC的工作原理也就是通過對外部輸入的狀態進行檢測、并對輸入的數據進行運算和處理后，再輸出控制量。它具有編程簡單易學、工作可靠性高、安裝維護方便等特點。
變頻器 是一種將電網供電頻率50Hz的交流電轉換成輸出頻率連續可調的交流電的電氣設備，是輸出頻率可調的電源。因為異步電動機的轉速公式為n=60f/P（1-s），從中可以看出，改變電動機供電電源的頻率f，可以實現電動機的無級調速。在恒壓供水系統中變頻器接收來自傳感器采集的壓力信號，通過變頻器內部自帶的采樣程序及PID閉環程序與用戶設定的壓力構成閉環， 對終端設備電機（水泵）進行控制，以達到水泵恒壓力供水的要求。供水系統中可以一臺變頻器控制多臺電動機（水泵）即水泵組的運行，也可以每臺變頻器只控制一臺電動機（水泵）運行。
水泵組 把電動機和水泵連成一體，通過調節電動機的轉速來控制水泵水量和水壓的變化，是恒壓供水系統的執行機構。恒壓供水系統中通常設置多臺水泵（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，以供維修和調節水量之用。水泵組中的水泵統一協調工作，以滿足供水需要。
2.2 變頻器恒壓供水系統的控制原理
壓力傳感器檢測管網壓力，將壓力信號轉換為標準電信號送進變頻器的模擬量輸入端，與設定的壓力值進行比較，并通過變頻器內置的PID運算將結果轉換為頻率調節信號，以調整水泵電動機的電源頻率，進而實現控制水泵轉速，調節了供水系統的供水量，達到恒壓供水的目的。
自動運行時，由PLC控制電動機的工頻運行和變頻運行繼電器，依據條件進行增泵升壓和減泵降壓控制。每次運行先啟動1#泵，當用水量增高水壓下降，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制將1#泵切換至工頻電網恒速運行，同時啟動2#泵并進入變頻運行，系統恢復對水壓的閉環調節，直到水壓達到設定值為止；如果用水量繼續增加，當2#泵加速運行變頻器輸出頻率達到工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制切換至工頻電網恒速運行，同時3#水泵啟動變頻運行，系統對水壓閉環調節，直到水壓達到設定值為止；當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定值，停止該水泵的運行，系統恢復對水壓的閉環調節，使壓力重新達到設定值；當用水量繼續下降，每當減速運行變頻器輸出頻率降至啟動頻率時，則將此泵停止運行，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。
系統還設置了手動運行模式，該模式主要用于系統出錯或是變頻器的故障檢修。
3 變頻器恒壓供水的優勢
1）采用變頻器恒壓供水系統，實現了真正意義上的無人值守全自動供水控制；
2）電動機啟動電流從零逐漸增加到額定電流，啟動時間相應延長，對電網沒有較大的沖擊；
3）系統實現了軟啟動，消除啟動電流大的沖擊，減輕了機械啟動轉矩對電機的機械損傷，延長了電機和泵的使用壽命；
4）可以消除啟動和停機時的水錘效應；
5）系統可以按照需求來設定壓力，系統根據設定的壓力自動調節水泵轉速和水泵運行臺數，使設備運行在高效節能的最佳狀態，從而達到了節水節電節省人力的節能目的。
【參考文獻】
[1]張威.PLC與變頻器項目教程[M].機械工業出版社.
[2]張娟，呂志香.變頻器應用與維護項目教程[M].化工工業出版社.
[關鍵詞] 變頻器 泵調速 恒壓供水 節能
據我司兩條生產線統計資料，我廠現有約257臺水(藥品)泵（文章中全部簡稱為水泵）和54臺風機在運行，總計年用電量可達約2000萬度。泵和風機均屬于葉片式流體機械；由流體機械理論，在相似工況下，水泵、風機的流量，揚程和功率分別與其轉速的一次方、二次方和三次方成正比。如轉速下降一半，其功率可下降到原來的1/8。 近幾年變頻調速在供水系統發展很快，但在實際應用中仍然存在著較大的盲目性，導致節能效果不盡人意。本文針對變頻器變頻調速在工業水泵節能方面的一些看法。
1 變頻器原理
變頻器是利用電力半導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，其外形及內部配線如圖1、2。我司現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換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機，如圖3所示。
從圖3可以看到變頻器主要由主電源進線回路、整流器、直流環節、逆變器、控制回路構成。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，中間直流環節為濾波、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生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網從而影響其他的受電設備，需要根據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，當變頻器到電機的距離較遠時，應該安裝濾波器。在控制回路中裝有控制卡，控制卡上有控制逆變器產生脈沖序列的微處理器，通過它可將直流電壓轉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的正弦脈寬調制（SPWM）控制方式
其特點是控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產業的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態轉矩能力和靜態調速性能都還不盡如人意，且系統性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。
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，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成三相調制波形，以內切多邊形逼近圓的方式進行控制的。經實踐使用后又有所改進，即引入頻率補償，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，以提高動態的精度和穩定度。但控制電路環節較多，且沒有引入轉矩的調節，所以系統性能沒有得到根本改善。
2.3 電流矢量控制（VC）方式
矢量控制變頻調速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的定子電流Ia、Ib、Ic通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1、Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1（Im1相當于直流電動機的勵磁電流；It1相當于與轉矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過相應的坐標反變換，實現對異步電動機的控制。其實質是將交流電動機等效為直流電動機，分別對速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場兩個分量，經坐標變換，實現正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統特性受電動機參數的影響較大，且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。
2.4 直接轉矩控制（DTC）方式
1985年，德國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉矩控制變頻技術。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。直接轉矩控制直接在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩。它不需要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉變換中的許多復雜計算；它不需要模仿直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型。
2.5 矩陣式交―交控制方式
VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉矩控制變頻都是交―直―交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數低，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，即不能進行四象限運行。為此，矩陣式交―交變頻應運而生。由于矩陣式交―交變頻省去了中間直流環節，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。其實質不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉矩直接作為被控制量來實現的。 矩陣式交―交變頻具有快速的轉矩響應（
3 變頻器在我司生產節能中的應用
在供水(藥品)系統中，變頻調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，前者應用得更廣泛，而后者技術上更為合理，雖然實施難度更大，但代表著水泵變頻調速節能技術的發展方向。我司生產線是由許許多多相互獨立又相互關聯的主要生產及輔助系統組成。在此章節中我以變頻器在我司不同系統中的應用，按照其系統特性與作用的不同，具體論述一下變頻器在一些典型系統中的應用，分以下三節：排污系統、恒壓供水、變頻變壓(交流量)供水系統。
3.1在我司環境部門排污系統中的應用
我司環境部門排污系統的設備是全天候運轉的，而且潛污泵是污水處理的核心設備，進出水泵房潛污泵揚程不一致，系統運行效率低。這是因為系統單機選型匹配不當、系數裕度過大和不合理的調節方式所造成。參數裕度過大由兩方面造成：一是設計規范的裕度系數過大，“寬打窄用”；另一是系統中單機選型過大，向上靠檔、寧大勿小。由于水泵類大多為平方轉矩負載，軸功率與轉速成立方關系，所以當水泵轉速下降時，消耗的功率也大大下降。經測算，當機泵的流量由100%降到50%時，若分別采用出口和入口閘閥的節流調節方式，則此時電機的輸入功率分別為額定功率的84%和60%，而此時機泵的軸功率僅為12.5% ，即損失功率分別為71.5%和47.5%，這說明即使機泵的設計效率為100%，在不采用先進的調節措施時，其實際的運行效率可能只有百分之十幾或更低。在節流調節方式中，電動機、水泵等長期處于高速、大負載下運行，造成維護工作量大，設備壽命低，并且運行現場噪聲大，影響環境。
解決這個問題方法是通過用變頻器對潛污泵進行調速。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速。這樣既可以減小設備的投入, 又可以減小電機起動對電網的沖擊電流影響。潛污泵起動時的急扭和突然停機時的水錘現象往往容易造成管道松動或破裂，嚴重的可能造成電機的損壞，且電機起動 / 停止時需開啟 / 關閉閘閥來減小水錘的影響，如此操作一方面工作強度大，且難以滿足工藝的需要。在潛污泵安裝變頻調速器以后，可以根據工藝的需要，使電機軟啟 / 軟停，從而使急扭及水錘現象得到解決。而且在流量不大的情況下，可以降低泵的轉速，一方面可以避免水泵長期工作在滿負荷狀態，造成電機過早的老化，而且變頻的軟啟動大大的減小水泵啟動時對機械的沖擊。并且具有明顯的節電效果。變頻潛污泵的節電原理就是用調速控制代替閘閥控制流量，這是一個節電的有效途徑。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。如果采用調速控制同樣流量減半輸出時，轉數由 n1 降至 n2 ，按水泵參數比例定律畫出 n2 時的特性曲線，C點為新的工況點，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，節省的功率耗損 N 與面積 BH2H3C 成正比，可見節電效果十分顯著。
3.2 在我司生產線恒壓供水系統中的應用
（1）在我司生產線供水系統中，采用變頻調速、微電腦控制器及邏輯控制元件可以達到管網恒壓變量供水。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上，用于檢測用戶端水壓。壓力設定值與所測管網壓力在調節器中進行比較，其誤差信號作為變頻調速的速度給定。變頻調速器輸出頻率可變的電力給水泵電機，使水泵轉速相應變化。管網壓力保證了恒定。
（2）但在我司生產線供水系統中多采用一用一備水泵運行方式，控制主回路見圖6：
①變頻器類型的選擇要根據負載的要求來進行，泵類負載的轉矩與轉速成平方比，低速下負載轉矩較小，通常可以選擇普通功能型U/f變頻器。泵類一般運轉方式為連續型，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――負載所要求的電動機的軸輸出功率KW，
η――泵用電動機的效率（通常約0.85）
COSφ――電動機的功率因數（通常約0.75）
UM――電動機電壓V
IM――電動機電流A，功頻電源時的電流
K――電流波形的修正系數（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的額定功率。當泵低速運行時，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，功率因數取決于諧波而不是電容含量。
②微電腦選擇。恒壓供水系統實際上是一個單閉環系統，微電腦控制器實際上是一個外置PID控制器，輸出信號4―20mA，給定信號4―20mA，反饋信號同上。利用變頻器內部PID，可以省掉調節器，壓力傳感變送器信號直接輸入到變頻器內。相應接線端子見變頻器操作手冊。也可外置PID調節器，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。根據設定壓力產生的電流信號確定給定值。
變頻器的輸入功率因數比較高，根據電源側的電抗情況，加入交流電抗器或直流電抗器，可以使變頻器的功率因數達到0.92以上，與泵用電動機的功率因數0.85左右相比，節約電能也非常可觀。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，可以減少機械傳動的設備損壞，節約電能。特別適合負載周期變化特別大的場合，例如生活小區，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 在我司生產線變頻變壓(交流量)供水的應用
變壓供水方式控制原理和恒壓供水相同，只是壓力設置不同。它使水泵揚程不確定，而是沿管路特性曲線移動(如見圖7)。當流量由Q2Q1時，自動將轉速調至n2，工況點處于B2點。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程的浪費，顯然優于恒壓供水。但變壓供水本質上也是一種恒壓，不過將水泵出口壓力恒定變成了控制點壓力恒定，它一般有兩種形式：
3.3.1 由流量Q確定水泵揚程
流量計將測得的水泵流量Q反饋給控制器，控制器根據H=H0+S•Q2確定水泵揚程H，通過調速使H沿設計管路特性曲線移動。但在生產實踐中情況比較復雜。對于單條管路輸水系統，是可以得到與之對應的一條管路特性曲線的。
3.3.2 由最不利點壓力Hm確定水泵揚程
即需在管網最不利點設置壓力遠傳設備，并向控制室傳回信號，控制器據此使水泵按滿足最不利點壓力所需要的揚程運行、由于管網最不利點往往距離泵站較遠，遠傳信號顯得不太方便。
4 結論
⑴變頻調速是一種應用廣泛的水泵節能技術，但卻具有較為嚴格的適用條件，不可能簡單地應用于任何供水系統，具體采取何種節能措施，應結合實際情況區別對待
⑵變頻調速適用于流量不穩定，變化頻繁且幅度較大，經常流量明顯偏小以及管路損失占總揚程比例較大的供水系統。
⑶變頻調速個適用于流量較穩定，工況點單一以及靜揚程占總揚程比例較大的供水系統。
⑷變頻變壓供水優于變頻恒壓供水。
參考文獻
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