淺析電機(jī)調(diào)速模塊的選擇

魏鵬

摘 要：在機(jī)械生產(chǎn)中被廣泛采用的速度控制方法，在不改變同步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的情況下，串聯(lián)轉(zhuǎn)子的阻力速度、斬波串級(jí)調(diào)速以及電磁繼電器的應(yīng)用調(diào)速、液力偶合器調(diào)速、油膜離合器的調(diào)速。改變定子磁極的同步轉(zhuǎn)速，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無(wú)換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。

關(guān)鍵詞：調(diào)速模塊；方法；選擇

1 電機(jī)調(diào)速方法簡(jiǎn)介

從調(diào)速時(shí)的能耗觀點(diǎn)來(lái)看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高速是指當(dāng)轉(zhuǎn)差率不變，因此無(wú)轉(zhuǎn)差損耗控制的方法，如多速度電機(jī)、變頻調(diào)速、滑差損失恢復(fù)（如串級(jí)調(diào)速等）。

（1）變極對(duì)數(shù)調(diào)速方法

這種控制方法的特點(diǎn)與改變定子繞組改變籠型電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù)實(shí)現(xiàn)速度控制，硬的機(jī)械性能，良好的穩(wěn)定性；無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，效率高；接線簡(jiǎn)單、控制方便、價(jià)格低；速度差異較大，無(wú)法順利速度。

（2）變頻調(diào)速方法

變頻調(diào)速是指改變電機(jī)定子供電頻率，從而改變同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制方法。本實(shí)用新型適用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機(jī)。本實(shí)用新型具有調(diào)速范圍大、特點(diǎn)硬、精度高、工藝復(fù)雜、成本高、維修難度大等特點(diǎn)。該方法適用于高精度和良好的調(diào)速。

（3）串級(jí)調(diào)速方法

調(diào)速裝置故障時(shí)可以切換至全速運(yùn)行，避免停產(chǎn)；調(diào)速裝置失效時(shí)，可切換到全速運(yùn)行，避免關(guān)機(jī)，晶閘管串級(jí)調(diào)速功率因數(shù)低，諧波影響較大。該方法適用于風(fēng)機(jī)、水泵、軋機(jī)、礦井提升機(jī)和擠壓機(jī)的使用。

（4）繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法

這種方法簡(jiǎn)單，易于控制，但微分功率消耗的熱量的形式。是一類速度控制，機(jī)械特性柔軟。

（5）定子調(diào)壓調(diào)速方法

調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個(gè)能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。

2 變頻器的選擇

實(shí)現(xiàn)變頻器調(diào)速的關(guān)鍵因素有兩個(gè)。變頻器雖然是交流調(diào)速的最佳方法，但由于大功率電子器件的實(shí)際應(yīng)用。變頻器的調(diào)速直到20世紀(jì)80年代才發(fā)展起來(lái)，二是微處理器的發(fā)展和變頻控制方式的研究，使高頻和高可靠性。變頻調(diào)速的特點(diǎn)是：可以使用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，可以連續(xù)調(diào)速，可以通過(guò)電子電路改變相序，改變旋轉(zhuǎn)方向。本實(shí)用新型起動(dòng)電流小，加減速度可調(diào)，電機(jī)速度快，體積小，防爆容易，保護(hù)功能齊全。變頻調(diào)速應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。它用于機(jī)床和起重機(jī)。變頻調(diào)速必須實(shí)現(xiàn)變頻器的使用，有許多類型的變頻器選擇合適的變頻器是非常重要的。變頻器的主電路是目前用于交直交電壓型逆變器，多數(shù)的整流器、中間電路和逆變器，和逆變器控制主要采用V/F控制3種方式的矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。變頻器的選擇大致分為3類，通用型變頻器、高性能變頻器和專用變頻器。

（1）通用變頻器通常是指一般的V/F控制模式的逆變器，而且還到一個(gè)簡(jiǎn)單的逆變器。這種逆變器成本低，應(yīng)用廣泛。

（2）高性能變頻器通常指變頻器具有矢量控制功能。這種變頻器使自適應(yīng)功能更加完善。

（3）某型變頻器專用變頻器及變頻器的設(shè)計(jì)，如水泵、變頻調(diào)速器、電梯專用變頻器、起重機(jī)專用變頻器、張力控制變頻器等。

綜合本設(shè)計(jì)的要求，我們選擇通用型變頻器。

3 變頻器容量選擇簡(jiǎn)介

變頻器容量的選擇變頻器的容量一般用額定輸出電流（A）、輸出容量（kVA）、適用電動(dòng)機(jī)功率（kW）表示。其中，額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值。

3.1 額定輸出電流

采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)轉(zhuǎn)速，異步電動(dòng)機(jī)確定后，通常應(yīng)根據(jù)變頻器的額定電流或異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)交流異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行值（最大值）來(lái)選擇變頻器。

（1）連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合

由于變頻器向電機(jī)提供的電流是脈動(dòng)電流，所以紋波值大于電源電流。因此，逆變器的容量必須保持在適當(dāng)?shù)倪吘墶Ｒ话隳孀兤黝~定輸出電流（1.05～1.1）倍電機(jī)額定電流（銘牌值）或電機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流。

（2）短時(shí)加、減速運(yùn)行的場(chǎng)合

逆變器的最大輸出轉(zhuǎn)矩取決于逆變器的最大輸出電流。在一般情況下，在短時(shí)間的加速和減速，逆變器被允許達(dá)到額定輸出電流從130%到150%（逆變器容量是不同的）。因此，在很短的時(shí)間內(nèi)，減速，輸出扭矩也可以增加，相反，如果只有一個(gè)小的增加，減速轉(zhuǎn)矩，而且還可以減少逆變器的能力。作為電流的脈動(dòng)的結(jié)果，逆變器的最大輸出電流應(yīng)減少10%，然后選擇。

（3）頻繁加、減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的場(chǎng)合

對(duì)于頻繁加、減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)行曲線。變頻器容量的選定可根據(jù)加速、恒速、減速等各種運(yùn)行狀態(tài)下變頻器的電流值來(lái)確定變頻器額定輸出電流IINV。

3.2 額定輸出電壓

變頻器的輸出電壓按電動(dòng)機(jī)的額定電壓選定。在我國(guó)低壓電動(dòng)機(jī)多數(shù)為380V，可選用 400V系列變頻器。應(yīng)當(dāng)注意變頻器的工作電壓是按U/f曲線變化的。變頻器規(guī)格表中給出 的輸出電壓是變頻器的可能最大輸出電壓，即基頻下的輸出電壓。

3.3 輸出頻率

根據(jù)不同類型的變頻器的最高輸出頻率是不同的，與50Hz、60Hz，120Hz，240Hz或更高。50Hz/60Hz變換器，為了在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速，用于大型通用變頻器的目的幾乎都屬于這一類。在逆變器的頻率上的最大輸出頻率是小容量。在50Hz/Hz的區(qū)域，由于恒定的輸出電壓，恒定功率特性，應(yīng)注意減少在高速區(qū)域中的轉(zhuǎn)矩的60。

考慮到以上幾點(diǎn)，根據(jù)變頻器的使用目的確定變頻器的最大輸出頻率來(lái)選擇。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的熱量較大，考慮到散熱的經(jīng)濟(jì)性，除了小容量逆變器外，幾乎是敞開式結(jié)構(gòu)。當(dāng)變頻器在室外或周圍環(huán)境設(shè)置不良時(shí)，最好安裝在獨(dú)立的磁盤上，采用全封閉結(jié)構(gòu)，帶有冷卻換熱裝置。對(duì)于小容量轉(zhuǎn)爐粉塵、油霧，在許多環(huán)境或皮棉較多的紡織廠均可采用全封閉結(jié)構(gòu)。逆變器容量的選擇是額定電流的選擇。一般的原則是，額定電流必須大于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大電流。由于設(shè)計(jì)是驅(qū)動(dòng)一個(gè)單一的電機(jī)，所以電流等級(jí)的轉(zhuǎn)換器被選定為電機(jī)額定電流的1倍。

綜上所述減速控制模塊選用西門子MM440變頻器作為減速控制模塊。因?yàn)樽冾l控制是目前最簡(jiǎn)單有效的交流電機(jī)速度控制方法。可以實(shí)現(xiàn)高性能高可靠性的控制。

參考文獻(xiàn)

[1]胥青，楊世興.ADμC812與晶閘管控制模塊在直流電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2005，（8）：47-50.

（作者單位：大連建工機(jī)電安裝工程有限公司）