变频电机十篇

变频电机篇1

【关键词】变频器；绝缘；变频电动机保护装置；差动保护；后备保护

0.引言

据相关资料统计，截止2007年底，我国的各类电动机的装机容量约为5.8亿千瓦，而高压电动机的总装机容量在2.9亿千瓦左右，其中70%左右是拖动风机、泵类的电动机，装机容量在2.03亿千瓦，这些电动机大都由6kV驱动，它们大多工作在高能耗、低效率状态。在我国火力发电厂中，各类泵和风机的用电量占火力发电厂自用电量的85%左右，例如引风机、送风机、循环水泵等，尤其是风机的裕量明显过大，如果采用挡板调节，即使在机组满负荷输出的挡板开度也较小。如可根据所需的流量调节转速，就可获得很好的节电效果，一般可节电20%～50%。

美国电力研究院早在1981就开始研究电力电子调速传动在电厂大型异步电动机上的应用，并在风机和泵类负载大型异步电动机进行变频调速现场试验，对大型变频调速装置的经济性和运行可靠性得出肯定的结论。目前我国大型异步电动机应用变频调速还刚刚起步，但国外已经广泛使用，而且随着电力电子器件的发展，高压变频装置的型式多种多样。通过长期的运行实践表明：应用高压大功率变频调速系统的经济效益良好、其可靠性也可以得到保证。

目前，进行变频控制改造后，国内外的大型电动机进行变频改造后，变频运行工况对电动机的本体绝缘带来了一些问题，导致电动机的绝缘过早被破坏；同时，由于高压电动机可以进行宽范围的频率调速，给原有的高压电动机保护配置带来了影响。尤其对作为大容量高压电机主保护的纵联差动保护影响最大，同时也缩小了原装设于高压开关柜上的电动机综保保护装置的保护范围，不能为变频电动机提供必要的保护。

本文，会简单分析变频运行工况下，电动机绝缘特别是匝间绝缘过早破坏的问题，同时指出现阶段电动机保护方面存在的问题，重点建议增设变频差动保护和变频后备保护，以及配套使用宽频低频CT，从而给予变频运行的电动机完善而可靠的保护。

1.变频电源给电动机的绝缘带来危害

国内外，大批变频调速电机绝缘过早破坏的现象不断出现，有些变频电机的寿命只有1到2年，甚至有些在试运行期间电机绝缘就被击穿破坏，而且击穿通常发生在匝间绝缘。虽然，针对此问题，业内采取了一些应对措施，但是并不能说变频技术的使用对电动机本体的绝缘影响就可以减缓或者忽略。变频器没有影响到电动机的短期绝缘性能，但是显著的降低了电动机的寿命[1]，对于电动机而言，每年大约承受3000亿次脉动电压的冲击。

研究当前国内电厂所进行的电动机变频改造项目，发现基本是在普通电动机上进行，而现用的电动机大都是老系列产品，绝缘水平很差，当把这些电动机改用逆变器控制做变速电动机使用时，在绝缘可靠性方面就会产生很大的问题，这一点需要正视和重视。在笔者和很多电厂用户的交流中发现，很多技术人员觉得变频运行的电动机，处于低电压、小电流环境中，故障发生几率会大大降低，其实是不合适的，电力逆变技术的应用给电气绝缘技术带来了新问题，需要更多的认识和研究。

正是如此，所以在条件允许的情况下，应该使用专用的变频电动机，另外，同时必须完善电动机在变频运行工况下的保护功能，来更多的避免变频电源对普通电动机绝缘造成的破坏。

1.1 SPWM变频器对电动机的绝缘影响

SPWM 波形上升时间非常短，一般为50ns～0.1μs ，脉冲电压在电机线圈中的分布非常不均匀，在电动机绕组的首端几匝绕组上承担了约75%-80%[2]的过电压幅值，这样首匝绕组承受的匝间电压过高，甚至超过平均匝间电压10倍以上，再加上电机端子上约2倍的过冲电压，将会引起电动机内部匝间局部放电，从而导致绝缘性能变坏使得寿命变短。

图1 冲击电压在电动机线圈上的分布[3]

具有急陡前沿脉冲的电压波施加在交流电动机绕组上时，其电压分布与施加普通工频电压不同，这时电动机绕组的各个线圈上所分布的电压是不均匀的，越是靠近电源侧的线圈，其所分布的电压值越高。

1.2变频器到电动机连接电缆的长度形成的过冲电压

脉冲波在电缆中的传播脉冲波进入电缆后沿电缆传播，当遇到波阻抗不相等时就会产生反射与透射。如电缆与电动机相连时，电动机为感性阻抗，其波阻抗远大于电缆的波阻抗，因此脉冲波在电动机端会产生反射与透射[2]。

由于电动机与电缆的阻抗不匹配而产生折射和反射，反射波和折射波使电动机端子上的电压产生了振荡过电压，此过电压有时是50Hz 电压的2倍之多，过冲电压的出现将会引起电动机内部匝间局部放电，从而导致电动机绝缘的损伤。

1.3温升对电动机绝缘的伤害

变频器输出的SPWM脉冲电压谐波成分丰富，脉冲频率高且上升沿陡直，这种状况与用50Hz的交流正弦波驱动电动机的状况大不相同，在能量转换过程中，电动机内部将不可避免地产生损耗，使电动机的温度升高。当温升超过最高容许工作温度时，电动机的使用寿命将大幅缩短。

对于变频器供电的电动机而言，由于高次谐波的存在，电机内部会产生以下附加损耗：①高次谐波带来的定子和转子附加铜损耗；②高次谐波带来的定子附加铁耗；③高次谐波带来的附加杂散损耗；④三相异步电动机在高频下运行时，集肤效应使转子电阻增加导致转差铜耗显著增加。这些高次谐波电压和电流产生的附加损耗，致使电动机温升增大，效率降低，输出功率减小。另一方面，对于普通标准电动机而言，冷却风扇直接安装在转子轴上，转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低频运转时冷却效果大幅下降，更会加剧电动机温升的提高。

2.变频改造对电动机保护的影响

变频装置的应用对于高压电动机的保护产生了很大的影响，尤其对作为大容量高压电机主保护的纵联差动保护影响最大。因为常规差动保护装置是针对不调速的电机而设计的，不能适用于宽范围调速的高压变频电动机[4]，所以目前进行变频改造的高压电机一般都取消了差动保护，而改装灵敏度较差的电流速断保护，这对于高压电机保护来说是不够的，也不符合国家继电保护规程的规定。

我国的继电保护设计规范，对3kV及以上异步电动机的主保护做了如下的规定：当发生电动机绕组及引出线的相间短路时，2MW以下的电动机宜采用电流速断保护作为主保护；2MW及以上的电动机或电流速断保护灵敏系数不满足要求时，应装设纵联差动保护作为主保护[10]。

根据以上的规定，高压电动机以纵联差动保护或者电流速断保护作为主保护，以过负荷保护、低电压保护和单相接地等保护作为后备保护。电流速断保护的特点是快速可靠、简单经济，但整定值要躲开电动机的启动电流，而且如果高压变频器带有输入变压器和大容量电容，则电流速断保护还需要躲开变压器的励磁涌流和电容冲击电流，该电流可以达到额定电流7倍，导致速断保护的灵敏度低[5] [6]。纵联差动保护的特点是灵敏度高，它的整定只需要躲开启动时因为两侧电流互感器不一致而产生的不平衡电流。

高压变频改造的影响对于电流差动影响最大，其主要原因是变频器的工作频率范围很宽泛，在低频情况下容易引起常规CT饱和，电流测量值偏差较大。同时常规的电动机差动保护是按照工频50Hz设计的，不能适用于宽频率工作范围。在此情况下，传统的电流差动保护不得不退出运行，而改用灵敏度较差的电流速断保护作为变频电动机的主保护。

基于变频电源对普通电动机主绝缘和匝间绝缘的危害很大[7] [8]，所以给变频运行下的保护装置提出了更多的技术要求，需要更完善可靠的电动机保护，在差动主保护设置的前提下，还应该考虑匝间绝缘故障的逻辑判断，比如设置变频电动机的匝间保护。

3.保护功能设置

3.1差动保护

图2 电动机工频及变频工况下保护配置图

为了保证内部故障时差动保护灵敏动作，同时防止外部故障时及电动机起动时暂态不平衡电流引起的误动，北京四方公司CSC236D/B变频电动机保护装置，包含变频差动保护和变频后备保护，从而给予变频运行电动机完善的保护。

同时，专门研发设计适用于变频电动机的宽频率范围的CT，此 CT在宽范围都有良好的线性度，完全满足变频电动机保护采样的需要[9]。

3.2后备保护

为了变频运行时，有相应的后备保护反映电机的各种异常运行状态，需要设置有速断过流、过流保护和负序保护功能，用于检测电机的堵转、匝间等故障。

后备保护实时检测变频电动机运行频率，并计算对应的电流有效值，判别电机状态。当电机工频启动时，对应的保护功能退出，此时考虑采用电机原综保装置来完成后备保护。

当电动机在变频方式运行时，如果发生匝间故障，故障电流水平与发生故障时刻频率的大小有关系，为了提高负序电流保护对匝间故障的灵敏度，设置有多段定值，检测不同频率下的匝间故障。

4.结语

通过以上几方面的研究，我们可以得出如下结论：

1）电力逆变技术的应用给电气绝缘技术带来了新的问题，需要更多的认识和研究。国内外，大批变频调速电机绝缘过早破坏的现象不断出现，有些变频电机的寿命只有1到2年，甚至有些在试运行期间电机绝缘就被击穿破坏，而且击穿通常发生在匝间绝缘；

2）在笔者和一些电厂用户的交流中发现，部分技术人员觉得变频运行的电动机，处于低电压、小电流环境中，故障发生几率会大大降低，觉得没有必要安装变频电动机保护，这其实是不合适的；

3）在条件允许的情况下，现场需要进行变频改造的的电动机，应该使用专用的变频电动机，从电动机本体绝缘及结构等方面给予重视；

4）基于以上分析的研究，必须增设变频电动机保护装置，其包含变频差动保护和变频后备保护，来更好的保护变频运行的电动机。

5）北京四方公司CSC236D/B变频电动机保护装置，包含变频差动保护和变频后备保护，经过现场的实际使用，装置运行良好，可以给予变频运行电动机完善的保护。

参考文献：

[1] 亨都，电动机因经受变频器快速脉冲而产生的匝绝缘老化，绝缘材料通讯，2005，5

[2]于钦学，任文娥，SPWM变频调速电动机线圈局部放电的测量，电工技术学报，2006，21（1）

[3]孙雅玲，冲击电压对高压交流电机定子绕组匝间绝缘的影响，防爆电机，2005，40（122）

[4]张超，张艳艳，黄生睿.大容量变频器对电动机继电保护的影响EJ3，继电器，2007，35（17）

[5]马晋辉，高压变频器工频旁路设计及保护配置整定，继电保护与自动装置，2008，27（13）

[6]张继业，高压变频装置对电动机及继电保护影响的探讨，第二届工业企业节电技术研讨会论文集

[7]陈迎松，变频电源对普通电动机绝缘的危害，漯河职业技术学院学报（综合版），2004，3（2）

[8]孙雅玲，大型交流变频调速同步电机绝缘体系及应用，大电机技术，2003，1

[9] CSC236DB变频电动机保护说明书

[10] SFW继电保护技术规程GB14285-2004（2005，9，26）

变频电机篇2

随着工业智能化的进一步发展，工业生产中对电动机的控制向着高频化和控制精确化的方向发展，而目前市场上已有最高变频3000kHz的变频器，对同样的二极异步电动机进行调速，最高可达18000r/min，在不增加机械增速装置的前提下，提高了设备运行的可靠性。

2变频技术

在煤矿机电设备中的应用变频技术的主要应用对象是电动机驱动的各种设备，在煤矿机电设备中主要包括风机系统、提升系统、压缩机系统、采煤机系统、煤炭输送系统、各类泵等。

2.1风机系统的改进

以某矿井主通风机的变频改造为例，在改造之前，风机设计裕量过大，即使通过调节叶片或者改变管网特性依然远远超过所需风量。利用变频器Harvest-A06/120进行改造，主要参数为：输入频率为45～55Hz，额定输入电压6000V±10%，输出频率范围0.5～120Hz。在利用电压源型串联多电平脉宽调制高压变频器进行改造后，风机效率由45%提高到78%以上，年均用电量减少920000kWh，同时该矿井风机系统可实现软启动，大大降低了对电网的冲击以及对设备的损坏，降低了人工成本。

2.2空压机系统的改进变频技术

对于空压机启动方式的变革具有重要的意义。传统的直接启动方式在启动瞬间会产生较大电流，不利于设备的正常使用寿命的保持。采用变频技术可以降低瞬时大电流对于设备的危害，延长使用寿命。空压机中压风系统的调节一般采用的是压力闭环控制的变频系统，主要利用系统压力检测来对空压机负荷进行调整，当系统内部压力发生变化时，变频系统会根据反馈的压力数值进行补偿调整，最终保持系统内部压力的恒定。采用此种方式进行压风系统的调节，与传统方式相比，响应速度更快，同时能够更加精确地控制风力，保持压风系统较高的可靠性。以唐山矿业某井空压机变频改造为例，对泵房进行变频改造，采用三套ACS800变频控制柜，利用一台PLC集控柜进行控制。其主要参数为：三相输入电压U3in=（380～415）V±10%，U5in=（380～500）V±10%，输出频率0～±300Hz，DTC（直接转矩控制）控制。通过该控制系统，可以实现空压机的一拖三变频调速运转，能够保持系统内的恒定压力控制，实现设备安全可靠运行。与改造前相比，年均可节省电费50余万元；可实现设备自0Hz起的软启动，设备检修周期延长，降低了检修成本。同时还实现了对设备保护功能的进一步完善，完善了设备超压保护、防自启动保护等多种功能，改善了设备的工作环境。

2.3采煤机的改进提高采煤机对工作环境的适应性

是采煤机改进的主要方向。工作环境愈加复杂，使传统采煤机的不适应性更加突出。电牵引采煤机在适应性方面有很好的表现，已在许多矿山中得到应用。采煤机的变频调速能力是其工作性能的一大指标。与传统滑差调速相比，变频调速将采煤机的变速性能实现了质的飞跃。能量回馈型四象限变频器在采煤机中的应用是煤矿机电设备改造的向前迈进一大步的标志，它标志着井下采煤机由“一拖二”向“一拖一”的进步，提高了煤矿开采效率，同时降低了采煤机的故障率以及维修成本。由PLC控制的MG700-WD交流变频调速采煤机，能够将采煤机事故率控制在较低的范围内，同时由于PLC程序的开放性，可以更好地进行人机对话，能够在故障发生时较为准确地定位故障位置。对于采煤机变频调速系统，除去目前市面上已有的成熟产品外，还有很多学者对不同类型的变频调速控制方式进行了研究，目前已有一定的理论基础，有待于在实际生产中进行试验以及普及。以ALPHA6900系列变频器在采煤机中的应用为例，可实现主从控制功能，同时还可以实现四象限运行，通过PLC控制电路，对变频器的输入输出端口进行实时监控，采集包括转速、转矩等在内的多种信息，确保系统运行的稳定性。其中，采用ALPHA6900系列变频器的电气控制系统可以分为一拖一单/双电机控制方式，通过采煤机工作环境的变化，对其牵引电机的转速进行调整，实现对采煤机设备的有效保护。

3结语

变频电机篇3

关键词：伺服；变频；电机

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2010）11-0245-01

伺服是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的一个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（必要时需进行无级调速）。但伺服是将电流环、速度环或者位置环都闭合才能进行的控制。另外，伺服电机的结构与普通电机结构也是有区别的，要满足快速响应和准确定位。伺服电机主要由定子和转子构成，定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机内部的转子是永久磁铁，驱动gS控制的u／V／W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较来调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数)。普通电机主要由转子、定子整流器、前后端盖和带轮等组成。要满足快速响应和准确定位，目前比较通用的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺的限制，很难达到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格又及其昂贵，这样在现实条件下多采用交流异步伺服，这时的驱动器就是由高端变频器和带编码器反馈闭环进行控制的。两者都有一些共同点，交流伺服的本身就是在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节。变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管（IGBT，IGCT等）通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形，类似于正余弦的脉动。由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了。但交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓的“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已经在转动时，如果控制信号消失，它应能够立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如果控制信号消失，往往仍继续转动。

简单的变频器只能调节交流电机的速度，可以开环也可以闭环，主要由控制方式和变频器决定的。现在很多的变频已经将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量。市场上大多数能进行力矩控制的变频器都是采用这样方式控制力矩，UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置，采用反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节，这样既可以控制电机的速度也可控制电机的力矩，而且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加。

变频电机篇4

关键词：印刷机主电机；变频调速；变频器；变频改造

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0122-02

目前，随着变频器的广泛应用，印刷机的主电机调速大多都采用了变频调速，变频调速应用于印刷机具有节能、可靠、控制简单的优点。而老的印刷机还在用电磁调速方式，本文通过实例介绍了将老式印刷机主电机电磁调速改造成变频调速电气部分的实践全过程，具有很高的实用价值。

一、印刷机主电机调速工艺及变频改造方案

印刷机是由主电机通过皮带传动、齿轮传动、链条传动带动整机，使各滚筒、牙排、机构之间由机械的连接配合协调动作，控制了主电机就控制了整机的运行状态。老式印刷机主电机采用电磁调速方式，耗电量大，并且传动电机传动部分发热量大，夏季还需要增加散热装置，又加大了耗电量，而变频调速节能、可靠、改造简单。

印刷机主电机调速功能主要有两个：一是初始调整印刷时使用的低速，一般3000转/小时，这个速度操作者可以任意调整；二是调整好之后的定速印刷，一般7000转/小时，这个速度是调试时设定好的，操作者不可以调整。另外，老式印刷机还配有一个小功率的低速电机用于正向点动和反向点动。

主电机是11KW鼠笼式电机，我们的改造方案如下：

1．拆除原电磁调速装置，保留原主电机和离合器；拆除原低速电机；主电机通过轴与原结构相连，直接驱动主轴与整机。

2．加装一台安川G7，15KW变频器，功能配置有：启动、初始低速调整时用的速度调节旋钮、定速按钮、正点按钮、反点按钮，另外还有变频器的报警信号和报警复位按钮和急停。

二、变频器设计

（一）电气原理

右图是根据工艺及改造方案设计的变频器控制端子回路图，KM1和KA3是原图纸中用于主电机启动的接触器和原来用于定速的中间继电器的接点。这里用于主电机的运行信号和定速信号的输入。101RW和102RW用于初始调整时的速度调节，101RW为主调节电位器，102RW用于零位和最大值的补偿调节电位器。101SB~104SB是按钮，分别用于故障复位、正向点动、反向点动和急停。1HL是变频器报警时的故障指示灯。

（二）电机自学习

变频器一般分为普通V/F型变频器和矢量型变频器，我们选用的安川G7系列变频器是一款矢量型变频器，V/F型变频器用于一般负载，如泵、风机和其他的普通负载。这种控制方式缺点是在低速和负载改变时力矩特性不好。而矢量型变频器具有V/F控制所不能比的力矩特性。电机自学习是用于矢量控制时，自动设定电机所必须的参数，如电机等效电路数据、磁化特性等。自学习模式可分为：旋转型自学习、停止型自学习和只对线间电阻的停止型自学习。除特殊情况外，一般选用旋转型自学习。我们也选用了旋转型自学习，步骤如下：

1．将电机与负载脱开；

2．使变频器在自学习模式下；

3．一一输入电机铭牌参数；

4．按“确定”，电机由变频器控制开始通电，由静止到慢慢旋转到快速旋转再到停止。

电机停止后，自学习就完成了。

（三）主/辅速切换

如前所述诉，印刷机主电机有四个速度，初始调整速度、定速、正点和反点，其中“正点”、“反点”优先于其他速度，而初始调整速度和定速则需要进行主/辅速切换。安川变频器设有主/辅速切换功能。

电机启动时运行的速度为主速，按下按钮切换后的速度是辅助速。印刷机开机速度是初调低速，而定速是在调整完成后切换的速度，因此变频器上电位器101RW的模拟量输入为主速，定速按钮切换的是辅助速。

1．首先设置主速，安川变频器模拟量输入端口有三个：A1是主速频率指令电压输入；A2是主速频率指令电流输入；A3是辅助频率指令。我们的模拟量输入为电压主速指令，因此选用A1 端子（见图1）。

2．然后设置辅助速，安川变频器用S5端子作为主/辅速2段速切换输入，因此我们选用S5作为定速的按钮输入，由于定速是不需要操作者调整的速度，因此，我们只要在S5对应的多段速指令一的速度参数中设定好速度所对应的频率，这样在S5端子接通时，电机将自动切换为定速，主/辅速的切换就实现了。

三、结语

变频电机篇5

关键词 ：电动机 变频 轴电流 轴电压

【分类号】：TM344.6

一、变频电机轴电流分析：

1、 变频电机轴电流产生原因及危害

电动机运行时，转轴两端之间或轴与轴承之间产生的电位差叫做轴电压，若轴两端通过电机机座等构成回路，则轴电压形成了轴电流。轴电压是伴随着旋转电机的产生就存在的。一般工频电机轴电压产生的原因有以下几种：①磁不平衡产生轴电压：电动机由于扇形冲片、硅钢片等叠装因素，再加上铁芯槽、通风孔等的存在，造成在磁路中存在不平衡的磁阻，并且在转轴的周围有交变磁通切割转轴，在轴的两端感应出轴电压。② 静电感应产生轴电压：在电动机运行的现场周围有较多的高压设备，在强电场的作用下，在转轴的两端感应出轴电压。③外部电源的介入产生轴电压：由于运行现场接线比较繁杂，尤其大电机保护、测量元件接线较多，哪一根带电线头搭接在转轴上，便会产生轴电压。④其他原因： 如静电荷的积累、测温元件绝缘破损等因素都有可能导致轴电压的产生。以上原因归根到底还是磁通脉动造成的。且在正弦波（工频）供电的情况下，如果设计和运行条件正常的电机，转轴两端电位差很小，其危害尚不严重。

目前，广泛应用的变频电机大都采用PwM变频电源供电，这时电机的轴电压主要是由于电源三相输出电压的矢量和不为零的零序分量产生。变频器PwM脉宽调制导致调速驱动系统中高频谐波成份增多，这些谐波分量在转轴、定子绕组和电缆等部分产生电磁感应，电机内分布电容的电压祸合作用构成系统共模回路，这种共模电压以高频振荡并与转子容性藕合，产生转轴对地的脉冲电压，该电压将在系统中产生零序电流，电机轴承则是这零序回路的一部分。

轴电流是轴电压通过电机轴、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产生的。在正常情况下，电动机的轴电压较低，轴承内的汕膜能起到绝缘作用，不会产生轴电流。但当轴电压较高，或电机起动瞬间油膜未稳定形成时，轴电压将使油膜放电击穿形成回路产生轴电流。轴电流局部放电能量释放产生的高温，可以融化轴承内圈、外圈或滚珠上许多微小区域，并形成凹槽，从而产生噪声、振动，若不能及时发现处理将导致轴承失效，轻微的可运行上千小时，严重的甚至只能运行几小时，给现场安全生产带来极大的影响。同时由于轴承损坏及更换带来的直接和间接经济损失也不可小计

2 、变频电机轴电压的限值

如前所述，几乎所有的电机运转时或多或少都会产生轴电压，电动机所容许的轴电压或轴电流的大小与轴承状况、油膜厚度、电机运行状态、安装质量、现场运行环境和轴电流流经路径的阻抗等许多因素有关。因此，轴电压的限值难以具体规定。目前，国内或IEc还没有对轴电压或轴电流限值的明确规定。只有个别厂家或研究机构对轴电压等提出一些诸如“电机出厂空载轴电压要限制在350mV以王如果超过该值，轴承必须绝缘”的规定。

二、 措施和对策

轴电压是伴随设备的设计、制造、安装、运行而产生的，对于用户而言，一般无法避免。但轴电压造成损害必须具备2个条件：一是轴电压存在；二是轴承的绝缘（油膜）破坏，给轴电流提供了通路，二者缺一不可。既然轴电压无法避免，那就应把重点放在轴电流的防治工作中。

1、当用变频器供电时，系统正确接地、合理选用平波电抗器、dV/dt滤波器以及考虑变频器与电机间电缆的驻波效应，尽量缩短变频器与电动机间的电缆长度（一般推荐50m一150m，视电机容量、电压、系统设计而定）等措施都能减小轴电流。2、电机系统可能包括4处接地点，其一为电机非负荷侧轴端安装的辅助装置如测速计、编码器等；其次是电机两端轴承；再者为电机联轴器到机械设备。在电机运转情况下当轴电压形成之后，如果轴承绝缘被破坏，在转轴与机座之间形成了通路，即两轴承间或前轴承与辅助装置间通过机座、大地构成轴电流回路，轴电流也就产生了。因此，当轴电压较高时，电机不但要一端轴承绝缘，还应特别注意电机辅助装置一定也要绝缘。

3、电机轴承绝缘，通常是采取非负荷侧电机轴承绝缘，电机轴承绝缘形式多样，一般有：采用绝缘轴承、电机“轴”绝缘、轴承室绝缘、电机端盖绝缘和电机轴承座绝缘，而采用绝缘轴承是最简单的方法。但是绝缘轴承价格昂贵且供货周期很长因此有很大的局限性。电机“轴”绝缘其实是电机转子轴肩与轴承内圈配合处喷涂绝缘涂层，同时轴承内圈两侧垫好绝缘纸，使得轴承与轴绝缘。这是一种较新的轴承绝缘设计，但工艺复杂、不易推汽而轴承座绝缘只适用于大型单独轴承座式电机。因此，目前最常用的轴承绝缘方式是轴承室绝缘和端盖绝缘。这两种方法是利用轴承室与端盖结合处或端盖与机座结合处绝缘，而最终使得轴承绝缘。这类绝缘设训要特别注意结合处因脏污短路影响绝缘，以及固定螺钉和定位销钉等的套管和垫片的绝缘。

4、在轴端安装接地碳刷，以降低轴电位，使接地碳刷可靠接地，并且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以此消除轴电流。

5、为防止磁不平衡等原因产生轴电流， 往往在非轴伸端的轴承座和轴承支架处加绝缘隔板，以切断轴电流的回路。

变频电机篇6

【关键词】星三角起动器； 变频器； 大功率电动机； 星形联接； 三角形联接

中图分类号：TN77文献标识码： A 文章编号：

引言

变频器控制柜在许多应用场合，不仅有变频器自动软起动功能，还应有工频电压手动直接起动功能。就变频器的输出与电动机的联接是三角形接法，是软起动方式。而实际的风机、水泵类变频器控制柜要求有手动直接起动功能。对于15KW以下的电动机，可用工频电压直接起动，电动机联接采用三角形接法，与变频器的输出同电动机的联接一样。在控制电路中，有2个工频电压与变频器输出电压相切换的互锁交流接触器即可。而对大于15KW的电动机，手动起动需要用降压起动方式或另接软起动器。手动方式是在变频器有故障时才使用，用得很少；接软起动器成本太高，可用体积小、价格低的星三角起动器。而变频器与电动机的联接是星形接法，变频器与电动机的联接是三角形接法。怎样才能使这两种接法协调节换？本文介绍在实际中采用的方法。

星三角起动器的起动过程分析

虽然星三角起动器电动机采用星形接法，但是在起动延时后仍要切换到三角形接法。据此，在控制电路上作改进，让变频器工作时输出为星三角起动器的三角形接，手动接工频电压时又切换为星形接法。

星三角起动器控制电路如图1所示。起动时按下起动按钮1，KM1的线圈通电，KM1的主常开触头闭合，KM1的辅助常开触头闭合，KM2的线圈得电，KM2的辅助触头闭合，自保。KM2的主常开触头闭合。同时，KM1的辅助常闭触头断开，KM3的线圈未得电，其主触头仍处于断开状态，电动机在星形接法下降压起动。经过一段时间的延时，KM2的延时继电器的常闭触头断开而常开触头闭合，KM1的线圈回路断开，KM1的主常开触头断开，KM1的辅助常闭触头闭合，KM3的线圈得电，KM3的主常开触头闭合。电动机则变成三角形接法，电动机在全电压下运行。

只要控制星三角起动器的工作状态，当变频器输出时，星三角起动器使电动机处于三角形接法。接380V工频电压输出时，用手动起动，星三角起动器处于通常的工作装，就使电动机处于星形接法，这样，电动机的三角形接法对应变频器的输出电压，电动机的星形接法对应工频电压。

控制电路的联接

变频电机篇7

摘 要：本文以某热电厂2×600MW机组引风机变频器改造为例，探讨了风机变频节能改造问题。变频切换工频运行动态试验结果表明，变频技术在节能降耗中优势显著，具有良好的直接与间接经济效益，值得在实践中进一步推广应用。

关键词：热电厂；风机；变频技术；节能改造

一、引风机变频调速方式特点

从实质上来说，对引风机进行变频调速，就是利用电力电子技术，来调整频率，使其能依据实际需求调整驱动发电机速度，从而实现风扇转速调整。变频调速技术已经被广泛的应用到异步电机中，且具有高电压、大容量变频技术发展趋势，优势非常明显。第一，速度快且稳定性高。逆变器自身具有比较高的转换效率，结合三相异步电动机的滑差与变急速运行，变速平滑度高。第二，电流控制。变频调速方法能够零速零电压启动，频率与电压间可以确立稳定的关系，这样变频器就可以按照 V/F 以及矢量控制方式来带动负载作业。对引风机进行变频调速技术改造，可以降低启动电流，并提高绕组承受能力，提高设备运行稳定性，降低后期维护难度。第三，自动控制。利用变频技术可以提高点对点硬线连接效果，实现了对燃烧过程的自动控制。通过高速通信连接变频器系统，可提高设备运行可靠性，降低设备维护难度。第四，可靠保护。变频改造后，设置的变频器本身具有欠电压、过电压、过温、断相、接地与短路保护，且还具有电动机过温保护，这样可以最大程度上来降低运行故障的影响，并能有效缩短故障处理所需时间。

二、引风机变频节能设计改造技术要点

（一）变频器

在改造过程中，为降低变频器出线侧输出电压高次谐波，一般选择在变频器输出端并联的电力电容器，但可能会导致输出端被电流冲击，而影响运行可靠性。针对此问题，可以选择串联电抗器，即在变频器输出端串联一个电感，同样可以达到降低谐波的效果。尽量不要在变频器输出端设置电磁开关来控制电机启停，一般除了设置一台具有多台电机拖动系统的变频器外，应由变频器来控制电机运行，或者根据需要利用键盘面板进行操作。

（二）负荷匹配

在不同负荷条件下，为确保风机获得最佳节能效果，在进行变频调速设计时，需要合理选择设备型号，保证其容量与实际负荷相匹配。包括风机与所配电机的匹配，一般应将裕量控制在10%以内。

（三）抗电磁干扰

电磁干扰会影响电机运行效率，为达到良好的频调速设计效果，还要重视抗电磁干扰处理，例如选择硬件与软件相结合的抗干扰方法，以及根据实际生产需求选择屏蔽、隔离、滤波、接地等技术。

三、节能改造方案设计与实施

（一）系统概况

某热电厂2台600MW亚临界燃煤空冷汽轮发电机组，锅炉采用北京巴布科克・威尔科克斯有限公司技术设计制造的B&WB-2080/17.5-M型锅炉，为亚临界参数，一次中间再热、自然循环、平衡通风、锅炉房紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型汽包锅炉；汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂制造的ZKL600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式直接空冷汽轮机；发电机采用哈尔滨电机有限责任公司生产的QFSN-600-2YHG型氢冷发电机。引风机为上海电机厂生产的静叶可调轴流风机，型号为YKK1000-8，额定电流332A，额定电压10k V，电机功率5 000kW。

（二）变频器控制方案

1、电气一次系统设计方案

本工程设计依系统要求，采用“一拖一自动旁路”电气回路设计，单套变频器带一台引风机工作，每台机组配置两套变频器。

图中QF1、QF2和QF3是三台断路器，可实现远方或就地合分操作。QF3和QF2具有电气闭锁，保证不能同时合闸。当变频器故障时，回路可以自动切换至QF3旁路，使电机可以在工频电源下正常工作，自动或手动断开QF1和QF2，隔离变频器，保证检修人员安全情况下进行检修。此种设计可以满足两种风机运行方式，即变频运行方式和工频运行方式。变频运行方式：主开关合闸，QF1、QF2闭合，QF3断开，并且变频器合闸；工频运行方式：主开关合闸，QF1、QF2断开，QF3闭合；

2、DCS 逻辑控制策略

（1）模拟量控制。引风机调节被控对象为锅炉炉膛压力，改造前通过PID 调节器计算指令驱动引风机静叶执行器，并且设计有指令偏置自适应回路，设定两侧风机指令偏置防止风机失速。改造后保留原静叶模拟控制回路，作为工频工况炉膛压力控制方案。增加变频器模拟量控制回路，当引风机变频运行时，根据炉膛压力与设定偏差，通过新的PID 调节器计算指令驱动变频器动作，改变风机出力，作为变频工况炉膛压力控制方案。工频和变频两种自动控制方式由运行人员选择，但是互相闭锁，不能同时投入两种自动状态，保持控制方式的独立性，防止相互耦合。变频运行时，限制风机静叶开度上限为75%，规程规定静叶固定保持在此开度，允许变频器投自动。

（2）“变切工”逻辑。当变频器故障或跳闸不能维持正常运行时，必须由程序立即自动切换至旁路工频运行，联锁断开 QF1 和QF2，然后自动合闸 QF3，同时自动将该侧的引风机入口调节挡板执行器指令降至负荷对应开度，对应关系见表1。在切换过程的时间内不会发生引风机停运信号，完成变切工动作；若在规定时间内没有完成，则判定为变切工失败，断开高压主开关，如果负荷在50%以上还要发生引风机RB。

引风机高压主开关合闸信号和变频器运行记忆信号（QF1合闸、QF2合闸、与变频器运行三个信号），作为自动变切工允许条件。另外，QF3 合闸、变切工失败、变频器远程停止、高压主开关分闸、工频运行信号，任一条件满足作为变频器运行记忆的复位条件。可以产生自动变切工的条件包括：①变频器重故障；②QF1分闸；③QF2分闸；④变频器未运行。

（三）变频切换工频运行动态试验结果

经过变频切换工频运行动态试验验证，“变切工”逻辑正确，变频器运行稳定，在变频器故障等极端工况下，引风机能自动维持机组安全运行。而且，风机耗电量降低明显。

四、节能效果分析

（一）直接经济效益

自设备调试完毕后，系统一直稳定投运，经统计，平均节约厂用电率0.25%左右，节能效果明显。如果按照年发电任务量50亿k W・h，上网电价0.37元计算，5 000 000 000k W・h×0.25%×0.37 元=462.5 万元，即每年可以节约用电成本462.5万元，一年即可收回设备投资。

（二）间接经济效益

通过采用变频转速调节取代挡板机构调节，减小了节流损失和执行机构的磨损，延长了执行挡板的使用寿命。由于变频器具有优良的特性，降低了风机启动负荷冲击，减轻了风机的振动，有效提高了风机和电机的使用寿命。变频器调节特性优于静叶挡板调节装置，能更好地控制锅炉炉膛压力，有利于炉膛燃烧安全稳定。

参考文献：

变频电机篇8

[关键词]变频器；电机控制；应用

中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0246-01

一、变频器工作原理

变频器的核心是电力电子器件及控制方式。电力电子器件就是在电路中起通断作用并实现各种变流的器件，变频器就是这种变流的装置，它随着逆变器件的发展而发展。变频器用不同的控制方式得到的调速性能特性及用途是不同的。控制方式大体分为开环和闭环控制，开环控制有u/f（电压与频率）成正比例的控制方式；闭环有转差频率控制和各种矢量控制。

变频器电路方式有交―交变频和交一直一交变频两种电路。基本工作原理为整流器将交流变为直流，平滑波电路将直流电平滑，逆变器将直流电逆变为频率可调的交流电。

1.交一交变频器是指无直流中间环节，直接将电网频率的电压变换为频率比电网频率低而可变的输出电压的变换器。

2、交一直一交变频器的工作原理。目前应用最广泛的是交一直一交变频器。其工作原理是先将三相或单相不可调工频电源经过整流桥整流成直流电，再经过逆变桥把直流电逆变成频率任意可调的交流电，以实现无级调速。交一直一交变频器的主电路有电压型变频和电流型变频。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器；电流型是指将电流源的直流变换为交流的变频方式。控制方式也分为电压控制和电流控制两种。这两种方式不管主电路方式是电压型还是电流型都可以适用。

二、变频器的应用及效能

目前，变频器适用领域不断扩大，所采用的技术也不断拓宽，主电路采用了栅极一控制极新技术，集电极一射极问的饱和电压Uce（sat）大为降低，从而开发出第四代IGBT，即使普通的通用变频器也进入了矢量控制的新时代。只要用户选用一种备用电路板，就可使通用变频器变成一个带速度传感器PG（脉冲发生黝的矢量控制变频器。传感器装置多采用高分辨率的16位数字编码器，信号的并行传送方式改为串行传送。在智能化方面，新开发的变频器可以事先对变频器的一些部件，如电容的电容量、总运行时问及环境湿度进行测定，综合评估来预告该部件的寿命等，一般通用变频器都装备有带RS- 485的标准功能，通过专用的开放总线方式运行。

采用变频器对机械设备变频调速运转可以达到节能效果，采用多台电动机以比例速度运转可以达到省力自动化的效果，对电动机增速运转可以达到提高产量的效果，采用高频电动机进行高速运转可以达到提高产量的效果，在恶劣的环境中可以取代直流电动机减少维修，选择无级的最佳速度运转可以提高产品的质量，采用空调压缩机调速运转来进行连续温度控制，可以达到提高舒适性的效果。

三、变频器在电机控制中工作原理

一般来说，变频技术应用于电机的控制中，这样可以使系统达到稳定系统速度，电流流量负荷降低。采用变频控制技术不仅有利于电机的稳定运行，更可以得到较好的节能效果。

通常，变频控制系统的硬件组成主要有以下几个部分：智能PID控制器、电源切换柜、变频器和异步电机组成。在变频系统中安装电源切换柜，主要是为了加大系统安全系数。当变频系统出现故障时，仍能保证电机的正常运行；变频器的主要作用就是控制电机的转速，实现变频节能技术；智能PID控制器卞要作用是，通过相关算法保持电机输出的转速恒定。

变频控制系统是通过安装在压缩空气系统总管上的速度传感器检测到电机速度的变化传给PID控制器，PID控制器按照设定电机速度输出一个电流信号送到变频器。当速度传感器检测到的电机速度信号大于电机速度设定值时，PID控制器输出的信号减弱，使变频器输出频率降低，异步电机转速降低；当速度传感器检测到的电机速度信号小于目标速度设定值时，PID控制器输出的信号增强，使变频器输出频率增加，异步电机速度转速上升，从而达到稳定电机输出速度的目的。电机变频控制电动机转速和电源频率的关系为：。其中：为电动机转速；为电动机转差率；为电源频率；为电动机极对数。

PID控制器由比例单元，积分单元，和微分单元组成，其控制规律为：

其中，为积分时间和微分时间，为比例系数。这三个参数的取值优劣将影响到PID控制系统的控制效果的好坏。比例增益的作用是为了及时的反映控制系统的偏差信号，一旦系统出现了偏差，比例调节作用立即产生调节作用，使系统偏差快速减小；积分环节的引用是为了消除系统稳态误差，提高系统的无差度，以保证实际值对设定值的无静差跟踪；微分环节作用的引入，主要是为了改善控制系统的响应速度和稳定性。微分作用能反映系统偏差的变化规律，预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用。

四、变频器在电机控制中功能特点

变频器功能是在大功率整流元件的基础上发展起来的，将变频、微电子、机电结合起来它先把50HZ的交流电整流成直流电，然后通过可控整流元件把直流电变成可控的交流电，以驱动电机运转，达到控制电机启、停及故障报警输出等目的。

1、变频器的启动频率可调启动时，电机频率从0.02HZ-50HZ缓慢启动，启动电流从0到额定电流时也缓慢变化，大大降低了电机的启动电流通过试验及调整。

2、加速时间任意设定。加速时间指电机启动从转速为0到额定转速所用的时间，可调范围为0-6500s加速时间越长，启动越平稳，但到达额定电流所用时间就越长。通过加速时间设定后，在电机启动时，声音从小到大，转速平稳通过采用变频器这种启动方式，对电机启动非常有好处，大大延长了电机的使用寿命；无变频器，电机自启动时，启动瞬间声音较大，发出尖锐的噪声同时转速也不稳定，这种启动方式将会造成电机损坏并降低电机的使用寿命。

3、基准电压和基准频率可调变频器输出电压可在50-460V之间任意选择；运行频率可在30-120HZ之间任意选择，输出电压和运行频率可以在特定条件和特定要求下运行。

4、运行指令选择共有操作面板控制、外部端子信号操作控制（外部命令）、串行通信（远方命令）控制3种运行指令。

5、频率指令设定方法的选择。有操作面板外部模拟信号（（0―5V）外部模拟信号（0-10V或电位器），外部模拟信号（4-20mA）、步进设定、二进制设定、装置内部设定、串行设定等，特别是外部模拟信号控制非常有用。电机频率可以根据被控制设备的变化而变化，如有些压力要求特别严格的条件下，保持某一特定压力，变频器会在外部模拟信号控制命令下变频运行，常用的外部信号为4-20 mA电流。

五、变频器在电机保护方面的主要功能

应该说，变频器的变频启动和变频运行，本身就是对电机最好的保护，另外，它还有二次保护系统所具有的所有保护，主要包括以下几项。

1、过电流限制（防止失速）。当电流超过设定的电流值时，可改变频率的变化率来限制电流的增加。加速时，当输出电流达到设定值，暂时降低频率的上升或降低频率变化率，防止失速，以限制电流值来进行加速；恒速时，若电机过载，输出电流达到设定值，就进行频率的降低，当过载状态解除以后就返回到设定的频率。

2、过电流保护。当电流过大，超过变频器的容许值范围时，保护电路就发生动作，使变频器停机（变频器自动判断，不需用户设定）。

3、过电压保护。因电机反馈的再生能量过大而使变频器的直流环路电压超过规定值时，保护电路动作，使变频器停机如果电机减速中的再生能量过大，超过制动电阻的消费量，使变频器直流电压进一步上升，此时就会截止频率的下降而让频率上升，以防止过电压跳闸；再生能量开始减少时，率则变缓，并再次开始减速。

另外还有欠压保护、过载保护、进线断相保护、外部热敏器动作保护、CPU异常保护等，这些都能起到保护电机的作用。

六、结语

变频技术随着微电子学、电力电子技术、电子计算机、自动控制理论的发展已经进入一个崭新的时代，特别是在节能领域的应用更是一枝独秀。变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，在电机控制的应用，大大延长了电机的使用寿命，提高了设备安全稳定运行的可靠性。

参考文献：

[1] 黄运.基于DSP的交流异步电机调速控制器的研究「D].武汉理工大学，2009.

[2] 翟红存.基于DSP的交流电机变顿调速系统研究和实现[D].南京航空航天大学，2009.

[3] 温江，张忠海.变频器在交流电机调速系统中的应用[J].一重技术，2006 （6）.

变频电机篇9

关键词：变频技术；煤矿机电设备；实际应用；探索

中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2016)06-0161-02

引言

煤炭行业的发展证明中国整体经济实力不断提高，相关技术与设备朝节能、高效、安全、经济等方向发展。以往煤矿生产环境较差，大功率设备非常多，影响工作效率，而且，设备损耗较高，与当下“建设环境友好型社会、实现绿色环保、节能减排”理念不符。变频技术无论在日常的生活中，还是在煤炭行业的发展中均发挥了重要作用，它的应用理应得到重视并进一步开发。

1变频技术相关理论

变频技术对于人们的生活来讲是一种提高，极大地改变了人们的生活品质，不仅如此，变频技术在工业领域更是起到了不可替代的作用，为其发展带来极大的便利。变频技术的产生主要是由于当时需要对电流频率进行调节，在20世纪60年代之后，电子器件得到发展，由晶闸管到绝缘栅双极型晶体管控制品闸管，这对变频技术的发展起到了促进作用。一直到70年代—80年代变频技术发展成为以PWM-VVVF调速模式为核心，并对此模式进行优化与研究，使得变频技术得到了完善[1]。变频技术的操作是在电压保持不变的基础上，改变交流电频频率，从而实现设备自动化操作。在整个操作过程中，变频器主要是利用电力半导体自身的通断作用，将原有的无法改变频率的交流电改变为可以变化的交流电，继而形成变频调速。变频器主要包含的元器件是键盘、电源板、主板、电机、电容器等[2]。变频器运行的技术原理见图1～图2。在传统的电气设备中，如果电流频率无法改变，那么运转时的转速也就无法改变，会缩短设备寿命，浪费大量能源。变频技术恰恰可以解决此类问题，改变设备运转速度，调节设备，保证运行的技术性与效率性。

2变频技术在煤矿机电设备中的应用

在煤矿生产工程中，变频技术的主要优势在于：a)调速。能对提升机的运行进行调速，保证机器运行稳定性，减少设备的受损情况；b)节能。变频技术可以调节风机、压缩机等设备流量，减少电能流失，从而起到节能效果；c)变频技术让生产更为标准，缩小机电设备的体积等。变频技术在煤矿机电设备中的具体应用在于以下几方面：a)在采煤机中应用变频技术。采煤机是矿井采煤的重要设备，其工作环境非常恶劣，主要特点就是粉尘四起、湿度较高、空间较小等。一旦采煤机发生故障直接会导致采煤工作“滞留”，产生经济损失。变频技术为采煤机的运行提供了变频调速的可能，从原始的“一拖二”转变成为“一拖一”，让能量回馈型四象限变频器成为应用的主角。这样不仅提高了采煤的科技性，更能减少机械设备的损耗，延长使用寿命，让整体操作趋于简便、安全、可靠[3]；b)在胶带输送机中应用变频技术。胶带输送机本身具有高压、高功的特点，它的存在就是保证煤炭运输正常进行。在传统运输当中，很多胶带运输机都会处在空载、轻载等环境中，这样直接会造成资源浪费，启动时配合液力耦合器，导致启动电流过大，极易造成电机失控事故的发生。而且大电流还会对机械设备的内部造成冲击，瞬间提升设备温度，造成设备过热损耗[4]。变频技术的应用（四象限变频调速技术）直接保护输送机，保证电流输送稳定，这样可以有效防止失控现象的出现，提高运行效率，实现节能、安全等运行目标；c)在通风机中应用变频技术。通风机无法随机变频一直都是煤矿设备运行的困扰之一，变频技术的出现直接解决了此问题，降低了其工作强度，不仅减少了设备的损耗与故障维修率，更重要的是减少了电网设备的破坏，让通风机更趋于正常化运转。以忻州窑矿的通风机为例，该风机的型号为BDK40-6-No17，该矿对此风机进行变频改造。改造前，总风量为2970m3/min，输入功率154kW。经过测量，矿井在生产时只需要2100m3/min，使用风门进行调节可以将其调整到为2100m3/min，但是从实际角度出发，风门可节约15%能源，电机的输入功率高达132kW，每年所使用的电费为57.4×104元（理论值）。改造后，为在满足需求的基础上实现节能，该煤矿决定使用200kW的变频调速器进行调节。经测试，变频输出的频率大约为39Hz，输入电压约为400V，只要电流在输入时达到110A就能让风量达到2100m3/min。这个时候电机的功率大约为75kW，其数值大幅度下降，计算后得出每年消耗的电费约为32.8×104元，总体节约24.5×104元，即节约了43%的电能；d)在提升机中应用变频技术。由于提升机运行时的环境较为复杂，要求每一个参与生产的提升设备都要保持良好的性能，这样才能满足生产要求。提升机一般会高频率、高反复启动，相关的调速任务非常多，久而久之导致提升机故障率较高，寿命较短。变频技术的应用可以满足其运行要求，同时也可保护提升机本身。经过变频之后的提升机，可以减少在调速过程中电阻的损耗，而且位于减速器下方时，其电动机也会运行，将电能消耗情况传递给电网[5]。变频技术是提升设备性能的最佳方式，其内部软件可以帮助设备完成调速工作，降低故障率，实现节能化。目前，“风光提升机变频器”是最新的应用产品，它具有兼容性、安全性、经济性等特点，深受中国煤矿生产企业的欢迎；e)在水泵中应用变频技术。水泵的作用在于输送液体，在煤矿设备中还有一项功能是液体增压。在之前的运行中，水泵空转时间较长，在不断启用、停用过程中不仅耗能大，而且事故频繁。变频技术的应用让水泵转数有所下降，延长使用寿命的同时降低维修频率与维修费用。同时，变频器的使用还能减少电网冲击，当水泵出口阀处于全开状态时直接消除之前由于阀门节流产生的巨大的噪音，这也是对工作环境的一种改善。总体来看，变频技术确实可以提高其运行效率，减少事故的发生。中国矿业大学曾设计井下排水泵站监控系统，这有效地增强了水泵性能。其原理在于利用变频器控制水泵启停减速，保证井下液位稳定、不变，继而减少水泵的空转时间，这样既提高了其安全性，又实现节能的目标。通过对水泵进行变频改造，经过改造后的水泵，其功率由原先的260kW降至190kW，电流由开始的400A降至310A，频率从50Hz降至40Hz，以上数据充分证明其变频改造可以减少功率损耗。经过一段时间的测算之后，矿井每月平均可节约27%的电能，效果非常显著。

3结语

变频技术在煤炭领域的应用越发广泛，具有非常大的潜力。在提倡节能环保的现在，煤炭行业要实现绿色发展，获得长足进步，就必须灵活应用变频技术，提高机电设备的应用效率，为企业与社会提供更优质的服务，提高中国整体的效益水平。

参考文献：

［1］张华，龙坤.电气工程安全问题及质量控制探讨［J］.中国新技术新产品，2010(18)：148.

［2］张和平.变频技术在煤矿机电设备中的应用分析［J］.技术与市场，2015(5)：169.

［3］张鹏飞.变频技术在煤矿机电设备中的应用［J］.能源与节能，2013(9)：119-121.

［4］温勇.煤矿机电设备中变频节能技术的应用分析［J］.河南科技，2013(8)：117-118.

变频电机篇10

一、传统电动机保护配置

异步电动机的故障有定子绕组相间短路故障、绕组的匝间短路故障和单相接地故障；不正常运行状态主要有过负荷、堵转、起动时间过长、三相供电不平衡或断相运行、电压异常等。因此，对于高压电动机，根据规程以差动保护或电流速断为主保护，以过负荷保护、过流保护、负序保护、零序保护及低电压保护等作为后备保护。

二、目前变频器电动机保护配置

发电厂为保证系统的可靠性，高压电动机一般采用变频器带工频旁路，以便即使在变频器检修时也可通过工频旁路，保证电动机的正常运行。现场高压电动机变频器改造的示意图，其中K1、K2开关保证变频器检修时，与主回路无接触点，此时K3开关闭合，电动机通过旁路运行。

当电动机通过旁路运行，此时由厂用电中高压母线工频电压直接驱动电动机，进线开关QF处保护装置的保护对象是开关出线以及电动机本体。因此，此时应该按照常规电动机保护的要求配置电动机保护，有差动保护要求的，需要配置电动机差动保护。

当旁路开关K3断开，电动机由变频器拖动时，进线开关QF处保护装置的保护对象是开关出线以及变频器。由于目前发电厂使用的变频器一般由整流变压器、控制柜等部分构成，即进线开关QF处保护装置的保护对象是开关出线以及整流变压器。此时电动机成为与厂用电母线隔离后高压变频器的负荷，因而电动机的保护应由高压变频系统的控制器实现。对于6～10 kV整流变压器，一般对其配置常规变压器后备保护，在整定时和常规变压器略有差异。此时电动机常规差动保护由于开关处电流和电动机中性侧电流频率不一致，无法进行差动保护，只能退出。

目前一般变频器电动机保护配置有：电动机保护测控装置、电动机差动保护装置、变压器保护测控装置。电动机保护装置和变压器保护装置通过旁路开关进行功能的投退：即旁路开关断开，此时为变频器拖动电动机方式，变压器保护装置投入，电动机保护装置和电动机差动保护装置退出；当旁路开关闭合，此时为工频电网直接拖动电动机，电动机保护装置和电动机差动保护装置投入，变压器保护装置退出。

目前此种保护配置方式主要存在两个问题：

（1）对于2 000 kW以上的电动机，需要配置差动保护。因此，在变频器拖动电动机情况下，电动机差动保护退出，保护的可靠性受到影响。

（2）任意时刻，变压器保护装置、电动机保护装置只有一台投入使用，降低了装置的使用效率。

三、变频器电动机差动保护

文献提出采用磁平衡差动保护来实现，但实际中存在几个问题：

1、目前发电厂使用的电动机基本上都无法提供磁平衡差动所需要的中性侧电缆引出。

2、磁平衡差动的电流是在变频器下方，非工频电流。对于微机保护，按照工频50 Hz整定的定值不适用于非工频情况。

由于差动保护的两侧电流必须为同一频率下电流。可考虑在变频器下方、电动机上方加装一组CT，即CT2，此组CT可安装于变频器柜中，由CT2和CT3两组电流构成差动保护。

常规差动保护为相量差动，其原理是用傅里叶算法，根据一个周波的采样点计算出流入和流出电流的实虚部，再计算出差动和制动电流的幅值、相位后用相量比较的方式构成判据。由于电流非50 Hz工频，因此在进行傅里叶计算时需要通过频率跟踪保证计算结果的正确。由于变频器下方无电压引入，因此通过常规的电压跟踪频率方式无法实现。有厂家提出利用电流跟踪频率，但由于电流跟踪频率存在较大的误差，容易引起保护的误动、拒动，在实际中并不采用。

对于差动保护中采用的采样值差动，为微机保护中所有通道采样为电流在同一时刻的瞬时值：当被保护设备没有横向内部故障时，各采样电流值之和为零；当发生内部故障时，各采样电流值之和不为零。采样值差动保护就是利用采样值电流之和按一定的动作判据构成。

与常规相量差动保护相比，采样值差动具有动作速度快、计算量少等特点，是微机差动保护领域的一个突破，己应用于母差、变压器等保护中。采样值差动不涉及傅氏计算，变频器所带来的谐波也不会影响其计算精度，因此，对工作于25～50 Hz的高压变频电动机，其差动保护可以利用该算法实现。

四、变频器电动机后备保护