基于变频调速大型电机的发展问题分析

郑 巍

（贵州省节能监测中心，贵州 贵阳 550001）

1 概述

随着自动控制、电力电子等技术的发展，大型电机变频调速凭借着自身的启动和调速等优势，已成为各领域应用最广的调速方式之一。近几年来，大型电机变频调速的高效性、经济性、节能性等都取得了很大的进步。因此，分析大型电机变频调速发展历程及趋势，掌握和探究大型电机变频调速的相关知识，对于实现现代化大型电机变频调速具有重大的意义。

2 变频调速的原理及发展方向

简单的说变频调速的原理就是通过改变频率和电压来进行调速。交流电通过整流变成直流，直流通过晶闸管的频繁关断，使之形成的矩形波近似成交流正弦波。通过改变频率进而控制速度变化，这就是交直交变频。变频调速的发展方向（1）交流变频向直流变频方向转化；（2）控制技术由PWM（脉宽调制）向PAM（脉幅调制）方向发展；（3）功率器件向高集成智能功率模块化发展。

3 大型电机调速系统的组成、技术难点以及传统调速的不足（1）大型电机调速系统的组成。大型电机变频调速系统组成分为调速控制系统（主要由控制电路、转子整流电路、斩波电路、有源逆变电路等部分组成）、电力电子变频器（主要是由晶闸管、门极换向晶闸管和绝缘栅双极晶体管组成）、交流变频装置（主要有宽频电压传感器、宽频电流传感器、宽频功率分析仪等组成）。（2）大型电机调速系统的技术难点。大型电机调速控制系统的难点为协调热连轧机的高精度和高动态的响应指标。大型电机变频调速电力电子变频器的技术难题则是电力电子变频器产生的谐波和无功冲击等。而大型电机变频调速的阻尼绕组事故和其变频理论的一些技术难点有待进行深入研究。（3）大型电机传统调速的不足。大型电机传统调速的不足主要有①大型电机传统调速的效率低、温升范围大。②大型电机传统调速所承受的绝缘强度要较低，尤其是在DTC控制模式下，对大型电机的绝缘强度是个很大的考验。③大型电机传统调速的噪音和电磁振动都比较大。④大型电机传统调速在频繁启动、频繁调速、频繁制动的场合表现的都比较差。

4 基于变频调速大型电机发展及优势

长久以来,为能够实现大型电机的无级调速、平滑调速、宽范围调速以及低耗调速，人们先后采取了很多措施，例如，在调压方面采取水银整流器、闸流管等，在变频装置方面，采取辅助大型电机的串级装置，但都没达到理想结果。到20世纪70年代，由于微电子技术和大规模的集成电路的快速发展，才逐步研制出交流电机的调速装置，其各方面性能较以前有很大的提高。现在的大型电机都成功采用交流调速系统，这也证实交流调速的时代来临。

（1）基于变频调速大型电机的中外合作发展。为了抢先占领市场,很多大型电机企业采取中外相互合作方式，联合竞标的方法。它带来的好处①迅速提升大型电机变频调速的技术水平，使产品尽快达到国外先进水平；②国内市场竟标获胜的概率较高；③实现双赢，国外进行投资监管，国内提供设计、制造方案，又由于国内的劳动力成本较低，这样不仅满足国外对高利润的追逐，而且使国内的很多大型电机企业的变频调速技术得到快速发展。（2）基于变频调速大型电机的优势随着科技的可持续发展，大型电机的变频调速不仅改善了系统运行过程的可靠性还提高了其经济性。在大型电机变频调速运行的过程中，通过对管道的流量和压力的调节，既减少了对管道的冲击力，也降低了阀门管道接口处发生泄漏。从而使整体运行过程的安全性和可靠性得到极大提高。大型电机的变频调速时，在较低负荷状态运转，不仅降低了整个系统运行的噪音，还降低了能耗和污染，对环境优化起了积极作用。

5 新型大型电机变频装置的现代化

新型大型电机变频装置主要包括电动机部分、变频部分、控制系统部分和测速装置等。从成本价格来看交流调速的现代化和变频部分有着密切关系。（1）新型大型电机变频装置的交-交变频器。交-交变频器又称周期变流器,分为非循环电流式和循环电流式。在频率调速的过程中是由交流到交流,没有中间的直流环节，因此有变换频率高、低频波动小等优点。缺点是它的功率因数低、相应的元件多,在整个电力系统发生短路或接地故障时难以继续工作。（2）新型大型电机变频装置的GTO变流器。新型大型电机变频装置的GTO(门极关断晶闸管)变流器是指交-直-交,包括整流、逆变和控制直流电压等。它有功率因数高、结构构造简单、宽频率变换等优点。新型大型电机变频装置的GTO变流器在低次谐波方面具有很大优势,能够很好地抑制谐波。对于大型电机最好是采用GTO-PWM传动方式，这样可以提高调速的响应速率和高轧制板材精度。（3）新型大型电机变频装置的IGBT变流器。新型大型电机变频装置的IGBT变流器由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。它既可以通过自身消弧，还能实现了MOS化。当容量比较小时，采用PIM（工智能电力电子模块)以便提高保护性能。

6 新型大型电机变频调速的展望

新型大型电机变频调速发展方向 ①尽量降低新型大型电机变频调速运营成本；②提高新型大型电机变频调速的元件性能；③使新型大型电机变频调速控制部分智能化；④使大型电机变频调速的变频装置更加清洁化 ⑤提高大型电机变频调速的系统效率；⑥提高大型电机变频调速的堵转强度。

结语

通过对大型电机变频调速发展问题的分析，证实了我国须重视大型电机变频调速技术，不断深入研发向现代化发展的大型电机变频装置，进一步改善大型电机变频装置的性能指标、降低资金成本、减小大型电机变频装置占地面积、优化大型电机变频装置节能性等方向发展。

[1]李智.大型变频调速交流电机现代化[J].电气技术，2004（12）：14-20.

[2]孙景力.大型交流调速电机的新发展[J].电工文摘，2009（03）：05-09.