大功率交流電機變頻調(diào)速技術(shù)的研究

王浩

摘 要：由于我國面臨的能源需求供給嚴(yán)重不足，促生了節(jié)能環(huán)保概念的誕生。而在大型機械設(shè)備運轉(zhuǎn)中，運用大功率的交流電機進行變頻調(diào)控，來達到節(jié)能減排被證明是一種有效的途徑。同時這項技術(shù)涉及到了科技發(fā)展水平和國防建設(shè)等諸多方面，因此對于此項技術(shù)的研究和運用具有十分重要的實際意義。

關(guān)鍵詞：大功率 交流電機 變頻調(diào)速技術(shù) 應(yīng)用 節(jié)能減排

中圖分類號：TM32 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0034-02

大功率交流電機的變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛，同時其所需要的核心技術(shù)具有很高的前瞻性和專業(yè)性。這項技術(shù)長期被外國所掌握并壟斷。為了打破這種壟斷，發(fā)展我國自主的交流電機的變頻調(diào)速技術(shù)，研發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，并在實際中推廣開來，推進我國整體科技化水平向前發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義。該文將就此項技術(shù)在實際中幾個方面的應(yīng)用為例，來闡述此項技術(shù)的研究和應(yīng)用對于我國的各方面所具有的重要意義。

1 大功率交流電機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的組成部分

1.1 交流變頻電機

由于目前國際國內(nèi)對于大功率的交流電機的研究還處于初始階段，因此，大功率交流電機在變頻調(diào)控過程中使用的主要是同步電機[1]。其本身具有動態(tài)性能優(yōu)異、變頻時所具有的容量小、功率因數(shù)較高等特點。因為其承載能力較高，在運用的時候?qū)τ陬A(yù)設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)，還是能夠及時有效的完成。

1.2 大功率的電力電子變頻器

隨著科技的不斷向前發(fā)展，電力電子變頻器的功率隨著器件材料的改進也是越來越大，這樣在需要進行的交流電機變頻調(diào)速的操作過程中，所能輸出的功率才能達到系統(tǒng)的要求，以滿足其應(yīng)用過程中動能的負荷?？梢哉f，在這項技術(shù)的應(yīng)用過程中，這個硬件設(shè)備的品質(zhì)決定了其最終技術(shù)所能達到的高度和效果[2]。因此，對于相關(guān)材料的開發(fā)和整合利用，是滿足日益變化的電器元件的需求的先決條件。

1.3 進行調(diào)速所需要運行的控制系統(tǒng)

由于交流電機的磁場定向控制理論的提出和完善，對于交流電機調(diào)控系統(tǒng)的效能大大提高，最終超過了直流調(diào)速所達到的效果，為其最終成為變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵部分提供了堅實的基礎(chǔ)[3]。這方面技術(shù)由于被掌握在少數(shù)的國家和企業(yè)手中，因此，我國在進行自主化研究和開發(fā)的過程中，能夠借鑒的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗比較少，就需要我國在這方面的研究所投入的人力物力資源較大，關(guān)注和重視程度也較高，來盡早攻破這個難題，早日開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的操作運行系統(tǒng)。

2 大功率變頻調(diào)控技術(shù)在世界范圍內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 軋鋼設(shè)備中，大功率變頻調(diào)控技術(shù)的使用

大型軋鋼設(shè)備由于在生產(chǎn)過程中所具有的精度和通用性都比較高，對于各方面的生產(chǎn)要求，都能得到滿足。因此，對于一個國家的工業(yè)化水平的發(fā)展和進程占有者舉足輕重的作用[4]。由于軋鋼設(shè)備的傳動系統(tǒng)所需求的功率很高，對于傳動過程中的過載能力要求很苛刻，這一領(lǐng)域長期被直流電機所占據(jù)，但是直流電機具有的先天缺陷，就導(dǎo)致了無法為其提供穩(wěn)定的功率輸出，造成了資源的浪費和動能的流失，矛盾比較突出。交流電機的出現(xiàn)并得到不斷的完善，最終取代了直流電機的位置，同時以交流電機為主體的大功率交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)完美的解決了軋鋼設(shè)備所需要的大功率穩(wěn)定輸出的問題，使得軋鋼設(shè)備的發(fā)展和進步明顯，為一個國家工業(yè)化建設(shè)起到了促進的作用[5]。

2.2 加熱爐傳動系統(tǒng)中的廣泛運用

冶金領(lǐng)域中，加熱爐的正常運轉(zhuǎn)能夠為社會提供源源不斷的成品，同時對于原料的深加工，也可以帶動相關(guān)附屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，帶來額外的經(jīng)濟效益。是冶金行業(yè)中不可或缺的設(shè)備。但是，由于加熱爐在正常運轉(zhuǎn)過程中，對功率的要求比較嚴(yán)格，這樣在生產(chǎn)中才能夠保持連貫性。加熱爐在運行的時候是用熱力來融化鋼坯，進行煉化和雜質(zhì)的剝離，產(chǎn)生的熱能較高，在液態(tài)雜質(zhì)的蒸發(fā)過程中，帶走了大量的熱量動能，造成了資源的浪費。生產(chǎn)過程中，由于功率因素的制約，首先要滿足日常的生產(chǎn)，因此，相關(guān)的雜質(zhì)剝離設(shè)備就無法安裝和運行。大功率的交流變頻技術(shù)在其中除了能夠提供功率的穩(wěn)定輸出外，還可以滿足相關(guān)設(shè)備在雜質(zhì)的吸出和剝離過程中對于功率的需求。節(jié)約了能源在使用過程中不必要的消耗，和尾氣、廢棄物對于環(huán)境的污染和破壞，對于日常生產(chǎn)和環(huán)境保護起到了促進的作用。

2.3 交通運輸業(yè)中，主要是船舶的廣泛應(yīng)用

由于船舶，尤其是大型的遠洋貨輪在國際貨物運輸中成為了主要載體，因此提高遠洋船舶在實際中的運輸效率就成為了主要的難題[6]。船舶本身對于功率要求比較大，因為經(jīng)常需要做變向機動，瞬間的功率輸出較高。在機組的運行中，保證功率的變頻輸出就是重中之重。由于船舶長期漂泊于海上，海況較差、環(huán)境濕度等變化明顯、氣候跨度比較大等特點，這就要求其為機組配備的交流電機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，要具有這較好的適應(yīng)性和可靠性，畢竟，在茫茫大海上，動力是生存的至關(guān)重要的因素。交流電機變頻調(diào)速技術(shù)使得船舶在動力方面沒有了后顧之憂，只要進行簡單的維護，就可以保證長時間、高負荷運轉(zhuǎn)，同時在機動時又能滿足功率的需求，在船舶運輸行業(yè)中發(fā)揮著不可估量的作用。

不難從以上幾個方面看出，交流電機變頻技術(shù)在諸多領(lǐng)域中的地位和作用。因此，掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，推動國家戰(zhàn)略安全和經(jīng)濟發(fā)展都有著不可忽視的作用。此項技術(shù)長期的被壟斷，就要求我們從基礎(chǔ)開始，逐步的探索出具有我國特色，適應(yīng)我國需要的創(chuàng)新理念，來應(yīng)用到實際中，打破壟斷主義對我國發(fā)展需求的枷鎖[7]。

3 我國在交流電機變頻調(diào)速技術(shù)領(lǐng)域所取得的顯著成果

3.1 研究出獨特的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水冷式變頻器的模塊結(jié)構(gòu)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，我國對這方面的研究也在充分運用其出色的運算能力來建立相關(guān)模塊結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)。在參考了世界上比較先進的設(shè)備構(gòu)成后，設(shè)計出了一套獨特的具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的模塊結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中，采取了相當(dāng)廣泛的設(shè)計思路和理念，充分的發(fā)揮了主觀能動性，合理的利用了現(xiàn)有資料和結(jié)構(gòu)空間，采取了多項措施來改進水路結(jié)構(gòu)，解決了其水冷的過程中發(fā)生的密封性問題。同時采用模塊化設(shè)計，大大簡化了工藝和流程，規(guī)范了相關(guān)部件的規(guī)格，極大的壓縮了交流電機變頻器的空間，有效的對其小型化、精確化、功率密度進行了優(yōu)化，達到和超過了世界總體水平。endprint

3.2 研發(fā)了多核心數(shù)字化控制系統(tǒng)

實際中，脈沖信號由光纖進行傳導(dǎo)，最終到達功率模塊，在控制系統(tǒng)與高壓柜之間實現(xiàn)了安全隔離和數(shù)據(jù)信號的有效傳輸，同時多核心的運用，使其在出現(xiàn)不同級別的問題時能夠自主運算，得出問題相對應(yīng)的等級，通過顯示屏體現(xiàn)在操作者面前，使得操作者能夠?qū)ο到y(tǒng)產(chǎn)生的軟件問題和硬件問題進行及時的維護和修復(fù)，各系統(tǒng)之間的實時通訊，極大的加強了相關(guān)系統(tǒng)的互聯(lián)性，極大的促進了我國在交流電機變頻調(diào)控領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展，取得了長足的進步[8]。

3.3 掌握和建立了一套具有我國特色的變頻器試驗標(biāo)準(zhǔn)

由于經(jīng)濟全球一體化進程的加快，使得我國在這方面都能夠得到更多的相關(guān)資料方面的幫助，在充分借鑒和參考了國外大功率變頻器相關(guān)理論和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對其標(biāo)準(zhǔn)化建立規(guī)則的深入研究并做總結(jié)后，得出了我國自主的變頻器實驗標(biāo)準(zhǔn)，填補了該領(lǐng)域的空白，為其日后發(fā)展提供了基石。

4 結(jié)語

綜上所述，大功率的交流電機變頻調(diào)控技術(shù)的興起和應(yīng)用，在諸多領(lǐng)域內(nèi)都起到了十分重要的作用。在我國由于開展研究和應(yīng)用的時間尚短，同時國外對相關(guān)技術(shù)的壟斷現(xiàn)象比較嚴(yán)重，就導(dǎo)致了我國只能采取摸著石頭過河，邊探索邊發(fā)展的模式。因此，在面對探索的過程中暴漏出來的問題，新障礙的產(chǎn)生，要保持一個平和的心態(tài)去應(yīng)對，做到不氣餒、不焦躁，在科學(xué)研究的領(lǐng)域里，沒有一步登天的可能。只有自身端正態(tài)度，擺好心態(tài)，相信在變頻調(diào)控技術(shù)中，取得成就只是時間早晚的問題。

參考文獻

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[5] 李崇堅.大功率交流變頻調(diào)速技術(shù)在軋機傳動裝備中的應(yīng)用[C]//中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會.節(jié)能環(huán)保和諧發(fā)展—— 2007中國科協(xié)年會論文集（一）.中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會.2007：7.

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