淺談異步電機變頻調速

文/何治鋒 楊漢臣

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淺談異步電機變頻調速

文/何治鋒 楊漢臣

撫順煤礦電機制造有限責任公司

文章首先對異步電機的發展歷程以及調速方法進行綜述，總結出交流電機在應用中做出的創新改變，在此基礎上重點探討異步電機變頻調速功能實現的原理。分別從構建靜態等效電路與變頻調速框架等方面進行，并整理出異步電機使用時選擇變頻調速方法的原則，可以作為提升異步電機使用效率的技術參照。

異步電機；變頻調速；等效電路

1 異步電機綜述

1.1 異步電機的發展

異步電機發展初期是實現機械能與電能之間的相互轉換，通過交流電機來完成這一功能，機械動能在運轉中。以作為發電的動力來源。異步電機采用交流電來實現能量之間的轉換，與普通的直流電機相比交流電能夠在短時間內完成交換，并且結構也更加簡單便捷，可以同時滿足高壓電流與電壓電流的交互傳輸。最初交流電采用汽輪發電機來構建動能系統，功率可以達到100萬kw以上，但這一功率在使用中卻難以滿足大型發電廠的運轉需求，動能提供模式發生轉變，將半導體技術應用其中，可以在高壓電流傳輸時營造更穩定的電力基礎。交流電機運行時不僅能夠實現電流電壓的交換傳輸，同時更能通過調速技術來對電流傳輸的速率作出綜合控制。交流電機使用時期組建需要頻繁維修檢測，主要是由于電刷運行中容易產生摩擦，引發電弧造成的打火危險。隨著交流電機構建技術不斷完善這一問題也得到解決，電機的控制技術以及運轉理念均有不同程度改變，技術發展資金已經能夠實現交流變頻調速，可以根據供電使用需求來對頻率做出調控，從而提升發電效率并降低運轉過程中的電能損耗。

1.2 交流電機調速方法

異步交流電機運行中調速是通過變頻功能來實現的，電機的控制系統中應用智能技術，從能量供應需求角度來對頻率做出調控，并檢測電機調頻過程中溫度的升高情況控制內部電能，來確保對外傳輸的電壓可以保持在電力供應系統標準上。交流電機在進行頻率調節以及轉換時可能會產生一部分電能的損耗，對于功率的監測需要實時進行將損耗部分功率引入其中，并通過誤差控制補償來解決這一問題，變頻功能的實現還需要對所輸入的電流做出負載計算。輸入不同電壓計算最終得到的電流，判斷系統誤差補償中所存在的各類隱患，以及需要進一步完善的內容。交流電機調速是通過使用中的電能損耗來進行反饋調節的，在系統框架構建中也會形成完善的回路系統，共同控制系統內部運行速度。以供電損耗為依據所構建的反饋系統，在電能公映時也能自動將誤差補償反饋的其中從而最大程度降低誤差隱患。對于變頻交流電機調速方法的選擇，所構建的控制系統中需要體現出安全控制能力，以免傳輸中產生參數誤差。

2 異步電機變頻調速實現的原理

2.1 異步電機靜態等效電路

實現異步電機的變頻調速，首先需要構建出靜態等效電路，檢測處于靜態環境下異步電機的電流傳輸情況，以及其內部功率損耗情況。等效電路構建中還可以通過假設損耗來完成，分析運行中異步電機可能會產生的電能傳輸需求，不斷構建并完善內部電燈供應體系。構建靜態等效電路后，對電路的穩定性進行檢測，分別模擬不同形態來完成。觀察在何種情況下等效電路會出現電磁干擾，通過這種模擬檢驗可以判斷異步電機接下來需要調整的等效電路模塊，等效電路與互感電流之間的關系需要分別建立在異步電機不同運轉情況下來驗證。等效電路構建期間，充分了解線路系統中存在的問題，最終優化得到的靜態等效電路構建體系，才能為異步電機調變頻調速功能實現營造條件。其次是異步電機運行中，等效電路電能傳輸特征的判斷，了解運行特征才能確定等效電路構建中應該重點強化的控制模塊。

2.2 變頻調速功能構建

構建變頻調速功能需要對電流信息進行轉換，使之能夠轉換成為系統內部可以識別的模式，這樣才能充分判斷處于高速運轉環境中變頻調速間隔的時間周期。異步電機運行中界受到控制指令會對原有運行狀態做出調整改變，進入到與控制指令相一致的模式中，這一過程便是變頻調速功能的具體體現。需要在控制系統內設計穩定的信號傳輸鏈接串口，分別模擬不同狀態下信號傳輸對系統內部控制的要求，并通過電流模擬信號與數據信號之間的轉變，來快速進入到控制模塊內。總控制中心會對所接收得到的數據結果進行短時間運算，快速判斷接下來異步電機運行中需要調整的參數，轉變成為電流信號進入到異步電機運行系統內。信息之間的轉換以及交換傳輸在時間速度上都需要重點控制，這樣才能夠更好地實現數字信號與模擬信號之間的交互，進入到變頻調速功能實現階段。

2.3 變頻調速控制方法

變頻調速控制方法的選擇還需要考慮異步電機使用時的整體需求，考慮異步電機運行中與外界環境之間的融合，以及環境因素對電機電能傳輸帶來的干擾影響。為確保變頻調速任務可以告訴實現，設計調速范圍時更應該結合異步電機主要運行功能模塊來交互轉換，考慮變頻調速功能是否可以實現，以及在變頻調速過程中是否會造成電能的過大損耗。高壓環境下進行異步電機的低頻轉換，需要對電壓平穩的降低，突然之間完成電壓由高至低的轉換，會造成系統傳輸中產生極大峰值與極小峰值之間的電感差，導致短時間內異步電機運行參數傳輸控制不合理。

3 結語

除以上方法，在對異步電機進行調速時，還可以采用定子調速的方法。當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉速。由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，因此最大轉矩下降很多，其調速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速范圍，調壓調速應采用轉子電阻值大的籠型電動機，如專供調壓調速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。為了擴大穩定運行范圍，當調速在2：1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調節轉速目的。以上技術方法在實踐應用時，均會根據電機使用功能與所處運行環境來作出優化調整，確保功能實現可以順利進行，調速功能實現也更加精準，未來技術發展將會向人工智能層面進行。

[1]韓亮.PLC的通訊功能在異步電機變頻調速中的應用[J].工業控制計算機, 2017, 30(5):145-146.

[2]劉彥華,喬建偉, 吳宣東.YVF315～630系列高壓變頻調速三相異步電動機[J].電機與控制應用,2017,44(9):44-47.