大功率交流电机变频调速技术的研究

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摘 要：由于我国面临的能源需求供给严重不足，促生了节能环保概念的诞生。而在大型机械设备运转中，运用大功率的交流电机进行变频调控，来达到节能减排被证明是一种有效的途径。同时这项技术涉及到了科技发展水平和国防建设等诸多方面，因此对于此项技术的研究和运用具有十分重要的实际意义。

关键词：大功率 交流电机 变频调速技术 应用 节能减排

中图分类号：TM32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0034-02

大功率交流电机的变频调速技术的应用范围十分广泛，同时其所需要的核心技术具有很高的前瞻性和专业性。这项技术长期被外国所掌握并垄断。为了打破这种垄断，发展我国自主的交流电机的变频调速技术，研发相应的控制系统，并在实际中推广开来，推进我国整体科技化水平向前发展具有重大的现实意义。该文将就此项技术在实际中几个方面的应用为例，来阐述此项技术的研究和应用对于我国的各方面所具有的重要意义。

1 大功率交流电机变频调速控制系统的组成部分

1.1 交流变频电机

由于目前国际国内对于大功率的交流电机的研究还处于初始阶段，因此，大功率交流电机在变频调控过程中使用的主要是同步电机[1]。其本身具有动态性能优异、变频时所具有的容量小、功率因数较高等特点。因为其承载能力较高，在运用的时候对于预设目标的实现，还是能够及时有效的完成。

1.2 大功率的电力电子变频器

随着科技的不断向前发展，电力电子变频器的功率随着器件材料的改进也是越来越大，这样在需要进行的交流电机变频调速的操作过程中，所能输出的功率才能达到系统的要求，以满足其应用过程中动能的负荷。可以说，在这项技术的应用过程中，这个硬件设备的品质决定了其最终技术所能达到的高度和效果[2]。因此，对于相关材料的开发和整合利用，是满足日益变化的电器元件的需求的先决条件。

1.3 进行调速所需要运行的控制系统

由于交流电机的磁场定向控制理论的提出和完善，对于交流电机调控系统的效能大大提高，最终超过了直流调速所达到的效果，为其最终成为变频调速系统的关键部分提供了坚实的基础[3]。这方面技术由于被掌握在少数的国家和企业手中，因此，我国在进行自主化研究和开发的过程中，能够借鉴的相关技术和经验比较少，就需要我国在这方面的研究所投入的人力物力资源较大，关注和重视程度也较高，来尽早攻破这个难题，早日开发出具有我国自主知识产权的操作运行系统。

2 大功率变频调控技术在世界范围内相关领域的应用

2.1 轧钢设备中，大功率变频调控技术的使用

大型轧钢设备由于在生产过程中所具有的精度和通用性都比较高，对于各方面的生产要求，都能得到满足。因此，对于一个国家的工业化水平的发展和进程占有者举足轻重的作用[4]。由于轧钢设备的传动系统所需求的功率很高，对于传动过程中的过载能力要求很苛刻，这一领域长期被直流电机所占据，但是直流电机具有的先天缺陷，就导致了无法为其提供稳定的功率输出，造成了资源的浪费和动能的流失，矛盾比较突出。交流电机的出现并得到不断的完善，最终取代了直流电机的位置，同时以交流电机为主体的大功率交流电机变频调速系统完美的解决了轧钢设备所需要的大功率稳定输出的问题，使得轧钢设备的发展和进步明显，为一个国家工业化建设起到了促进的作用[5]。

2.2 加热炉传动系统中的广泛运用

冶金领域中，加热炉的正常运转能够为社会提供源源不断的成品，同时对于原料的深加工，也可以带动相关附属产业的发展，带来额外的经济效益。是冶金行业中不可或缺的设备。但是，由于加热炉在正常运转过程中，对功率的要求比较严格，这样在生产中才能够保持连贯性。加热炉在运行的时候是用热力来融化钢坯，进行炼化和杂质的剥离，产生的热能较高，在液态杂质的蒸发过程中，带走了大量的热量动能，造成了资源的浪费。生产过程中，由于功率因素的制约，首先要满足日常的生产，因此，相关的杂质剥离设备就无法安装和运行。大功率的交流变频技术在其中除了能够提供功率的稳定输出外，还可以满足相关设备在杂质的吸出和剥离过程中对于功率的需求。节约了能源在使用过程中不必要的消耗，和尾气、废弃物对于环境的污染和破坏，对于日常生产和环境保护起到了促进的作用。

2.3 交通运输业中，主要是船舶的广泛应用

由于船舶，尤其是大型的远洋货轮在国际货物运输中成为了主要载体，因此提高远洋船舶在实际中的运输效率就成为了主要的难题[6]。船舶本身对于功率要求比较大，因为经常需要做变向机动，瞬间的功率输出较高。在机组的运行中，保证功率的变频输出就是重中之重。由于船舶长期漂泊于海上，海况较差、环境湿度等变化明显、气候跨度比较大等特点，这就要求其为机组配备的交流电机变频调速控制系统，要具有这较好的适应性和可靠性，毕竟，在茫茫大海上，动力是生存的至关重要的因素。交流电机变频调速技术使得船舶在动力方面没有了后顾之忧，只要进行简单的维护，就可以保证长时间、高负荷运转，同时在机动时又能满足功率的需求，在船舶运输行业中发挥着不可估量的作用。

不难从以上几个方面看出，交流电机变频技术在诸多领域中的地位和作用。因此，掌握具有自主知识产权的变频调节技术，推动国家战略安全和经济发展都有着不可忽视的作用。此项技术长期的被垄断，就要求我们从基础开始，逐步的探索出具有我国特色，适应我国需要的创新理念，来应用到实际中，打破垄断主义对我国发展需求的枷锁[7]。

3 我国在交流电机变频调速技术领域所取得的显著成果

3.1 研究出独特的具有自主知识产权的水冷式变频器的模块结构

随着计算机技术的不断发展与更新，我国对这方面的研究也在充分运用其出色的运算能力来建立相关模块结构和系统。在参考了世界上比较先进的设备构成后，设计出了一套独特的具有我国自主知识产权的模块结构。该结构中，采取了相当广泛的设计思路和理念，充分的发挥了主观能动性，合理的利用了现有资料和结构空间，采取了多项措施来改进水路结构，解决了其水冷的过程中发生的密封性问题。同时采用模块化设计，大大简化了工艺和流程，规范了相关部件的规格，极大的压缩了交流电机变频器的空间，有效的对其小型化、精确化、功率密度进行了优化，达到和超过了世界总体水平。

3.2 研发了多核心数字化控制系统

实际中，脉冲信号由光纤进行传导，最终到达功率模块，在控制系统与高压柜之间实现了安全隔离和数据信号的有效传输，同时多核心的运用，使其在出现不同级别的问题时能够自主运算，得出问题相对应的等级，通过显示屏体现在操作者面前，使得操作者能够对系统产生的软件问题和硬件问题进行及时的维护和修复，各系统之间的实时通讯，极大的加强了相关系统的互联性，极大的促进了我国在交流电机变频调控领域内的发展，取得了长足的进步[8]。

3.3 掌握和建立了一套具有我国特色的变频器试验标准

由于经济全球一体化进程的加快，使得我国在这方面都能够得到更多的相关资料方面的帮助，在充分借鉴和参考了国外大功率变频器相关理论和经验数据，对其标准化建立规则的深入研究并做总结后，得出了我国自主的变频器实验标准，填补了该领域的空白，为其日后发展提供了基石。

4 结语

综上所述，大功率的交流电机变频调控技术的兴起和应用，在诸多领域内都起到了十分重要的作用。在我国由于开展研究和应用的时间尚短，同时国外对相关技术的垄断现象比较严重，就导致了我国只能采取摸着石头过河，边探索边发展的模式。因此，在面对探索的过程中暴漏出来的问题，新障碍的产生，要保持一个平和的心态去应对，做到不气馁、不焦躁，在科学研究的领域里，没有一步登天的可能。只有自身端正态度，摆好心态，相信在变频调控技术中，取得成就只是时间早晚的问题。

参考文献

[1] 李崇坚.大功率交流电机变频调速技术的研究[J].中国工程科学，2009（5）：31-36.

[2] 李崇坚.大功率交流电机变频调速技术的研究[J].电力电子，2010（1）：11-16.

[3] 李崇坚.中电压大功率交流变频调速技术在轧钢设备中的应用[J].电力电子，2003（1）：25-32.

[4] 郑丽.交流变频调速在加热炉传动系统的应用研究[D].天津大学，2012.

[5] 李崇坚.大功率交流变频调速技术在轧机传动装备中的应用[C]//中国科学技术协会.节能环保和谐发展―― 2007中国科协年会论文集（一）.中国科学技术协会.2007：7.

[6] 肖乐明.交流电机变频调速技术在船舶的应用[J].航海技术，2007（2）：51-53.

[7] 王建峰，秦庆国，李永军，等.浅谈交流电机的变频调速[J].科技创新与应用，2012（13）：96.

[8] 李泽明.浅析交流电机变频调速技术的节能效果及应用[J].科技情报开发与经济，2012（11）：147-148.