交流电动机变频调速技术的优势与经济性浅析
浅谈交流电机的变频调速
2012年5月（下）工业技术科技创新与应用浅谈交流电机的变频调速王建峰秦庆国李永军任建业（潞安集团王庄煤矿机修厂，山西长治046031）交流电机变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节能效果，被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
1交流变频调速技术的发展与研究现状20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。
在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，成为现代调速传动的主流。
在冶金、交通、机械、电子、石油化工、纺织、制药、造纸、家用电器、电力牵引等工业领域得到了广泛的应用，产生了巨大的经济效益。
同时变频调速传动系统无论在性能、装置体积、设备维护还是在节能乃至环保等方面也都体现了巨大的优势。
从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10-15年。
在大功率交流无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但与国外还有相当差距。
而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷场方面有很大需求。
在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是普通的V/f 控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口。
国内交流变频调速技术产业状况表现如下：1.1变频器的整机技术落后，由于力量分散，也没有形成一定的技术和生产规模。
1.2变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。
1.3相关配套产业及行业落后。
1.4产销量少，可靠性及工艺水平不高。
关于交流电动机变频调速的一些探讨
关于交流电动机变频调速的一些探讨交流电动机/变频调速/罗茨鼓风机1引言交流电动机是电力拖动系统中重要的能量转换装置，其用来实现将电能转换为机械能。
长期以来，人们一直在寻求对电动机转速进行调节和控制的方法，起初由于直流调速系统的调速性能优于交流调速系统，直流调速系统在调速领域内长期占居主导地位，但是，随着电力电子学、大规模集成电路以及计算机技术的飞速发展，各种大功率半导体器件的出现，加之直流调速系统本身的缺陷和局限性，交流调速系统飞跃进步，已经进入了与直流调速系统相媲美、相竞争的时代，并有取而代之的趋势。
目前，交流调速的主要方法之一是变频调速。
变频调速需要为交流电动机提供频率和电压均可改变的交流电源，这种电源称为变频器。
近些年来，变频调速在国内外得到了广泛的应用，特别是在实现风机和水泵类机械流量的调节和控制上引起了人们极大的重视，并且取得了可喜的发展。
2变频调速的基本原理我们知道，交流电动机的同步转速可以表示为：(1)式中n1，交流电动机的同步转速；f，交流电动机定子绕组的供电频率；p，交流电动机定子绕组的磁极对数。
根据异步电动机转差率的定义：(2)可知交流异步电动机的转速为：(3)式中n，交流电动机的转速；s，交流电动机的转差率。
由式(1)和式(3)可知，如果均匀的改变交流电动机定子绕组的供电频率，电动机的同步转速就可以平滑的改变，从而电动机的转速也可以平滑的改变，这样就实现了对电动机转速的调节和控制。
变频调速被人们公认为具有高效率、高精度和宽调速范围的调速性能，因此是交流电动机的一种比较理想的调速方法。
3变频调速的选择原则我国交流电的供电频率为50Hz，变频器的频率变化范围一般在0.5～400Hz之间。
变频调速既可以采用普通的交流电动机加变频器实现，也可以采用变频电动机加变频器实现。
对于前者来说，当由额定工作频率50Hz向下调转速时，长期使用时变频器的频率一般控制在20Hz以上，这是因为普通交流异步电动机的散热主要依靠电动机后面的风扇进行，当转速高时，其散热情况好，当转速很低时（如电源频率在20Hz以下），风扇的性能降低，电动机的散热情况变得恶劣，将会影响电动机的正常使用。
交流电机变频调速原理
交流电机变频调速原理交流电机变频调速原理引言：交流电机是现代工业生产中广泛使用的一种电动机，其工作原理是根据电流的方向和大小来控制转子的运动方式。
然而，交流电机的转速、效率和精确度往往受到电源频率的限制。
为了克服这些限制，交流电机变频调速技术应运而生。
本文将深入探讨交流电机变频调速的原理、应用和优势，并分享个人对这个主题的观点和理解。
一、交流电机基础知识1.1 交流电机的原理交流电机是一种以电动力为动力，通过转子和定子的相互作用来实现动力转换的设备。
它是利用交流电流的方向和大小来控制转子的旋转速度和方向。
1.2 交流电机的分类交流电机主要分为感应电机和同步电机两类。
感应电机是最常见的交流电机，适用于大多数家用电器和工业设备。
同步电机则适用于高精度运动控制和同步功率传输场景。
二、交流电机变频调速原理2.1 变频调速的概念交流电机变频调速是一种通过改变电源频率来控制电机转速的技术。
它通过将交流电源的频率进行调整，改变电机转子的运动方式，从而实现对电机速度的精确控制。
2.2 变频器的工作原理变频器是交流电机变频调速系统中的核心设备。
其工作原理是将电源的交流电转换为直流电，然后再将其转换为可调频率和可调幅度的交流电。
这样，就能够实现对电机转速的精确控制。
2.3 变频调速的优势交流电机变频调速具有如下优势：- 比传统调速技术更加节能高效，可以根据实际需求调整电机转速，避免能耗的浪费。
- 减小了机械设备的开停次数，延长了设备的使用寿命。
- 实现了电机的平稳启动和停止，减轻了电机的冲击和振动。
- 提高了系统的控制精度和变速范围，更好地适应不同负载和工艺要求。
三、交流电机变频调速的应用3.1 工业生产中的应用交流电机变频调速广泛应用于工业生产中，如风机、泵站、中央空调系统等。
它们的调速需求较高，变频调速技术能够满足这些需求，并提高生产效率和降低能源消耗。
3.2 家用电器中的应用变频调速技术在家用电器中也有广泛应用，如洗衣机、空调和冰箱等。
交流电动机变频调速技术的优势与经济性浅析
６） 行 噪 音低 。运 行频 率 下 降 至４ ｚ 运 ０Ｈ 左右 时 ，电机 的 运行 噪 音 明显 下 降 ，低 于 ８ Ｂ，而 低 速运 行时 基本 上听不 到噪音 ，达 ０ｄ 到 ６ Ｂ ５ 以下 ，大 大降 低 了现场 的 噪音 污染 。 ｄ ７） 动部 件 发热小 。由于 电机降 低速 度运行 以及工作 在 高效 转 率 区 ，电机 的温 升和 轴 承温 升 下 降 明显 。 电机 的前 后 轴承 的 温度 都 有相应 的下 降 ，延 长 了风机 系统 的使 用 寿命 。 ８ ）机 械损 耗小 。由于低 负 荷 下转 速降 低 ，减 少 了机 械部 分 的 磨 损 和振 动 。 风机 大修 周 期 延 长 ，可 大 大节 约检 修 费 用 。采 用液 力偶合器每年的维护费用约在５ 万元左右，而采用变频器后 ，这项 费 用可 下降 为数 千元 左右 。
５ 变频调速 技术在发电站 中的经济优势
变 频 调速 技 术 在发 电站 中 主要 用 于各 种 风机 和 水 泵 ，下 面 以 （ 转第 ９页 ） 下 ３
变 换 方 法 ，将 输人 的 ＿频 交流 电变换 成 为 频 率 和幅 值都 可 调 节 的 厂 交 流 电输 出到交 流 电动机 ，实现 交流 电动 机 的变 速运行 。 ２ 变频 调速方式
将 交流 电由固定 的５Ｈ Ｓ 频变换 为可 变频率 主要有 两种方式 ： ０ｚ Ｅ １ 直 接变 换方 式 。它 是通 过 可控 整流 和 可控 逆变 相结 合 ，将 ） 输入 的＿ 频 电 流直 接 强制 转 化 为所 需 频 率 的交 流 输 ，因 而又 称 ＿ Ｉ ＝ 为 “ 一 变频 ”方式 。 交 交 ２）另一 种 称 为 间 接 变 换方 式 ，又 称 为 “ 一 交 变 频 ”方 交 直一 式 。它 是先 将 ：频 交流 电输 入通 过 全控 （ ｒ ： 或半 控／ 控 ）整流 变 换 不
交流电动机的变频调速技术
交流电动机的变频调速技术摘要：交流电动机在现代工业生产、机械制造以及其他多个领域中具有重要的作用，主要是通过电能驱动提供动力，从而带动其他机械设备运行。
为了降低交流电动机运行能耗，同时对其运行速度进行自动化调控，变频调速技术逐渐开始应用，将其与交流电动机进行结合，能够起到良好的控制效果，所以需要掌握该技术的关键应用要点。
因此，本文将对交流电动机的变频调速技术方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，以期能够对相关人员有所帮助。
关键词：交流电动机；变频调速；技术优势；具体应用；优化措施在现代控制理论快速发展的背景下，交流电动机控制模式得以全面创新，多项先进技术的应用，使得交流电动机控制技术不断取得突破，其中变频调速技术的广泛应用，使得具有变频调速功能的交流电动机逐渐取代了直流伺服电动机，成为当前交流电动机的市场主流产品。
通过采用变频调速技术，不仅能够对其控制模式进行优化，实现自动化控制，使得电动机运行效率提高，还能够有效降低交流电动机运行能耗，具有良好的节能效果，为此成为交流电动机相关技术的主要发展方向。
1变频调速技术简要介绍在现代科学技术发展的推动下，受到自动化技术发展的影响，变频调速技术开始应用，在该技术运用过程中，能够对电机转速与电源频率进行按照一定比例进行控制，实现对电机设备的调控目的。
在交流电动机控制领域中，之前主要采用直流伺服电动机，虽然这种电动机控制模式具有许多优势，但是在自动化技术的影响下，直流控制模式的许多问题逐渐暴露，比如控制效率较低、能耗水平较高等，为此变频调速技术逐渐开始应用；变频调速技术不仅能够对电动机运行功率进行调节，还能够起到无功补偿的问题，进而降低无功损耗，具有良好的应用效果，符合现代交流电动机运行的基本需求。
变频调速技术能够对交流电动机的供电频率进行调节，主要是通过分析传感器获取的参数，按照电动机的实际需求对运行功率进行调节，避免其长期处于过高或过低的运行状态，能够全面延长交流电动机使用寿命；变频调速节能技术的应用，能够对交流电动机的交流频率进行调节，最终实现节能能源的目标[1]。
变频调速的主要优缺点
变频调速的主要优缺点一、变频调速的主要优点是：1.可实现平滑的无级调速，且调速精度高，转速（频率）分辩率高。
2.调速效率高。
变频调速的特点是在频率变化后，电动机仍在该频率的同步转速附近运行，基本上保持额定转差率，转差损失不增加。
变频调速时的损失，只是在变频装置中产生的变流损失，以及由于高次谐波的影响，使电动机的损耗有所增加，相应效率有所下降。
所以变频调速是一种高效调速方式。
3.调速范围宽，一般可达 10 ∶ 1 （ 50 ～ 5Hz ）或 20 ∶ 1 （ 50 ～2.5Hz ）。
并在整个调速范围内均具有较高的调速装置效率η V 。
所以变频调速方式适用于调速范围宽，且经常处于低转速状态下运行的负载。
4.功率因数高，可以降低变压器和输电线路的容量，减少线损，节省投资。
或在同样的电源容量下，可以多装风机或水泵负载。
5.变频装置故障时可以退出运行，改由电网直接供电（工频旁路）。
这对于泵或风机的安全经济运行是很有利的。
如万一变频装置发生故障，就退出运行，不影响泵与风机的继续运行；又如在接近额定频率（ 50Hz ）范围工作时，由变频装置调速的经济性并不高，变频装置可退出运行，由电网直接供电，改用节流等常规的调节方式。
6.变频装置可以兼作软起动设备，通过变频器可将电动机从零速起动连续平滑加速直致全速运行。
变频软起动是目前最好的软起动方式，变频器是目前最好的软起动设备。
二、变频调速的主要缺点是：1.目前，变频调速技术在高压大容量传动中推广应用的主要问题有两个：一个是我国发电厂辅机电动机供电电压高（ 3 ～10KV ），而功率开关器件耐压水平不够，造成电压匹配上的问题；二是高压大功率变频调速装置技术含量高、难度大，因而投入也高，而一般风机水泵节能改造都要求低投入，高回报，从而造成经济效益上的问题。
这两个问题是它应用于风机水泵调速节能的主要障碍。
2.因电流型变频器输出电流的波形和电压型变频器输出电压的波形均为非正弦波形而产生的高次谐波，对电动机和供电电源会产生种种不良影响。
交流变频调速技术的优势与应用
交流变频调速技术的优势与应用随着科技的不断进步，交流变频调速技术已经成为了现代工业生产不可或缺的一部分。
本文将从以下几个方面探讨交流变频调速技术的优势以及应用。
交流变频调速技术的优势节能降耗交流变频调速技术可以使电机在工作时能够按照实际的工艺流程和需求进行电源控制，从而有效地节省电能，降低了系统能耗。
同时，变频调速技术还能让设备在启动时慢慢加速，从而有效地减少了机械磨损和设备维护的成本。
扩大功率范围交流变频调速技术能够保证在电机运转时可以在一定程度上扩大功率范围，使得电机具有更加广泛的应用范围。
调控精度高交流变频调速技术可以实现对电机的精确控制，使得电机能够更加稳定地运转。
此外，通过调节控制的参数还可以使得电机在工作中具有更好的静态和动态响应特性。
交流变频调速技术的应用冶金行业在冶金行业中，交流变频调速技术被广泛应用于驱动铸锭机、轧机、热处理设备等各种设备中。
变频调速技术可以实现高速运转和精密控制，从而提高设备效率，降低能耗，减少设备故障率。
纺织行业在纺织行业中，交流变频调速技术被广泛应用于长绸机、短绸机、拉幅机等各种设备。
通过变频调速技术可以实现高速运转和精密控制，从而提高设备效率并且能够更好地保证产品品质。
汽车制造业在汽车制造业中，交流变频调速技术主要应用在汽车制造生产线上的各种设备中，如焊接机器人、抛光机、喷漆机等。
通过变频调速技术可以实现设备高速运转和精密的节能控制，从而提高设备效率，降低生产成本，提高汽车的品质。
医疗行业在医疗行业中，交流变频调速技术主要应用于各种医疗设备中，如CT机、MRI机、超声波等。
通过变频调速技术可以实现设备的正反转、快慢速度的控制，使得设备能够实现更加精确的医疗成果。
结论通过本文的介绍，我们可以看到，交流变频调速技术的优势非常明显，同时在各个领域也得到了广泛的应用。
因此，我们可以看到，交流变频调速技术在现代工业中的地位将会越来越重要。
交流异步电动机变频调速系统
交流异步电动机变频调速系统简介交流异步电动机变频调速系统是一种用于控制电动机转速的技术，通过改变电机供电频率来实现电机的调速。
这种系统由多个元件组成，包括变频器、传感器和控制器等。
工作原理交流异步电动机变频调速系统的工作原理是通过改变电机供电的频率来改变电机转速。
系统中的变频器负责将输入的电源频率转换为所需的输出频率，并通过传感器实时监测电机的转速。
控制器则根据传感器反馈的信号，对变频器进行调整，以实现电机的精确调速。
特点和优势交流异步电动机变频调速系统具有以下特点和优势：1. 节能：通过调整电机转速，系统可以根据实际需要提供恰当的动力输出，减少能源浪费。
2. 精确控制：系统可以通过微调频率来实现对电机转速的精确控制，满足各种应用需求。
3. 可靠性高：系统采用先进的控制算法和监测技术，保证了系统的稳定性和可靠性。
4. 维护成本低：由于系统自动监测电机运行状态，并及时发出报警信号，因此可以降低维护成本和停机时间。
应用领域交流异步电动机变频调速系统广泛应用于各个领域，包括工业制造、交通运输、石油化工等。
常见的应用包括：1. 机械设备：用于控制机器设备的转速和运行状态，提高生产效率和质量。
2. 电梯和升降机：用于控制电梯和升降机的运行速度和平稳性。
3. 水泵和风机：用于控制水泵和风机的转速，以适应不同工况需求。
结论交流异步电动机变频调速系统是一种经济高效、可靠稳定的电机调速技术。
它在提高能源利用率、降低维护成本和实现精确控制方面具有重要意义。
在各个行业中广泛应用，为工业现代化进程提供了强有力的支持。
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交流电动机变频调速技术的优势与经济性浅析
摘要随着计算机技术的发展，变频调速技术得到越来越广泛的应用，本文围绕该技术的理论原理，结合目前在发电站中的应用现状，简要分析了变频调速技术在现代电力行业应用中的性能优势和经济意义。
关键词变频调速；交流电动机；节能
中图分类号TM356 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)072-0117-01
从20世纪70年代开始，计算机技术的飞跃发展使得现代控制理论得以被广泛应用到实际工业生产中。
交流电力拖动系统逐步具备了调速范围宽、稳速范围大、稳速精度高、动态响应快以及在四象限中实现可逆运行等优良性能。
在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性持续得到提升，而价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，因此深受工业行业的青睐。
1 变频调速技术的原理
变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。
交流异步电动机的输出转速由下式确定：
n=60f（1—S）/p （1）
式中：n—电动机的输出转速；
f—输入的电源频率；
S—电动机的转差率；
p—电机的极对数。
由公式（1）可知电动机输出转速与输入的电源频率、转差率、电机极对数之间的关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速（调整p）、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机（调整S）和变频调速（调整f）等。
变频调速器从电网接收工频50Hz的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。
2 变频调速方式
将交流电由固定的50Hz工频变换为可变频率主要有两种方式：
1）直接变换方式。
它是通过可控整流和可控逆变相结合，将输入的工频电流直接强制转化为所需频率的交流输出，因而又称为“交-交变频”方式。
2）另一种称为间接变换方式，又称为“交-直-交变频”方式。
它是先将工频交流电输入通过全控（或半控/不控）整流变换为直流电，再将直流电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。
3 变频调速的节能分析
由于风机（或水泵）等电机拖动设备的负载是平方转矩型，转速n与流量Q、压力（扬程）H以及轴功率P具有如下关系：
Q1/Q2＝n1/n2 （2）
H1/H2＝2（n1/n2）（3）
P1/P2＝3（n1/n2）（4）
假设工况不变或类似：
Q1、H1、P1——风机（或水泵）在n1转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率；
Q2、H2、P2——风机（或水泵）在n2转速时的流量、压力（或扬程）、轴功率。
由公式（2）、（3）、（4）可知，风机（或水泵）的流量与转速成正比，压力（或扬程）与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。
由公式（4）可知，在其它运行条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，节电效果非常明显。
例如工况只需要50％的风量或水量，则可以将电机的转速调节为额定的一半，此时电机消耗的功率仅为额定的12.5％，即理论上节能可达87.5％。
4 变频调速的性能特点
同传统液力偶合器等调速方式相比，变频调速的性能优势非常明显：
1）消除了对电网的谐波污染。
具有拓扑结构与输入变压器副边多级绕组移相整流技术，降低了输出侧的电流谐波，提高了功率因数，无需任何滤波或功率因数补偿。
2）保护功能完善。
同原来的继电保护比较，保护功能更多，更灵敏，瞬间过流保护（超过200%额定电流峰值）10 μs，动作有效过流保护（150%额定电流）3 s动作，过载保护（120%额定电流）1 min动作，大大加强了对电动机的保护。
3）电动机可实现软启动、软停运。
变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网和负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。
同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机、水泵处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提高了设备的使用寿命。
4）调节灵敏，精度高，范围广。
调节调速工段内的设备调节和优化控制由机组DCS完成。
DCS负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入DCS系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。
5）节电效果显著。
实现了挡板、阀门全开，从而减少挡板、阀门节流损失，且能均匀调速，满足调峰需要，节约了大量的
电能。
6）运行噪音低。
运行频率下降至40 Hz左右时，电机的运行噪音明显下降，低于80 dB，而低速运行时基本上听不到噪音，达到65 dB以下，大大降低了现场的噪音污染。
7）转动部件发热小。
由于电机降低速度运行以及工作在高效率区，电机的温升和轴承温升下降明显。
电机的前后轴承的温度都有相应的下降，延长了风机系统的使用寿命。
8）机械损耗小。
由于低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动。
风机大修周期延长，可大大节约检修费用。
采用液力偶合器每年的维护费用约在5万元左右，而采用变频器后，这项费用可下降为数千元左右。
5 变频调速技术在发电站中的经济优势
变频调速技术在发电站中主要用于各种风机和水泵，下面以水泵为例，对变频调速技术在发电站应用的经济性作简要分析。
交流水泵传统上是由恒速电机驱动出口阀及调节阀控制水的流量和压力，通过人为增加阻力和回流的办法调节流量，大量能量损失在调节过程中损失了。
水泵的转速在某一范围内变化时，流量、总扬程、轴功率依次有线性、平方、立方关系。
但对于实际的水泵负载，通常存在一个与高低差有关的实际扬程，扬程越小，轴功率越接近于同转速成立方的定常特性，而且转速控制产生的节电效果也越大。
当采用变频调速时，50 Hz满载时功率因数为接近l，工作电流比电机额定电流值要低许多，这是由于变频装置的内滤波电容产生的改善功率因数的作用，可以为电厂节约容量20%左右。
以一台800 KW的凝结水泵为例，改造为变频无级调节后，每年耗电量大约可降低200万kW/h，节电率大约可达到45%～50%左右。
按该发电站上网电价0.334元/（kW·h）计算，则每年直接经济效益约为0.334X200=66.8万元。