變頻器和電機(jī)在紡織工業(yè)的應(yīng)用

   日期：2019-07-26

紡織行業(yè)中有大量的生產(chǎn)機(jī)械要求連續(xù)地以大致不變的速度單方向運(yùn)行對(duì)這類機(jī)械以往大多采用三相或單相異步電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)成本較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢靠，維修方便，很適合該類機(jī)械的驅(qū)動(dòng)。

在交流電網(wǎng)上，人們還普遍使用著交流異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)工作機(jī)械。交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可*、壽命長(zhǎng)、成本低，保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)便。但是，與直流電動(dòng)機(jī)相比，它調(diào)速性能差，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，過載能力和效率低。其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生需從電網(wǎng)吸取無功功率，故功率因素低，輕載時(shí)尤甚，這大增加了線路和電網(wǎng)的損耗。長(zhǎng)期以來，在不要求調(diào)速的場(chǎng)合，例如風(fēng)機(jī)、水泵、普通機(jī)床的驅(qū)動(dòng)中，異步電動(dòng)機(jī)占有主導(dǎo)地位，當(dāng)然這類拖動(dòng)中，無形中損失了大量電能。

過去的電力拖動(dòng)中，很少采用同步電動(dòng)機(jī)，其主要原因是同步電動(dòng)機(jī)不能在電網(wǎng)電壓下自行起動(dòng)，靜止的轉(zhuǎn)子磁極在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，平均轉(zhuǎn)矩為零。電機(jī)很難啟動(dòng)。自70年代以來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了同步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用。

主要的原因有：
1、 高性能永磁材料的發(fā)展。

80年代初釹鐵硼稀土永磁材料的出現(xiàn)，它具有高的剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，高的矯頑力，高的磁能積，這些特點(diǎn)特別適合在電機(jī)中使用。它們不足是溫度系數(shù)大，居里點(diǎn)低，容易氧化生銹而需涂復(fù)處理。經(jīng)過這幾年的不斷改進(jìn)提高，這些缺點(diǎn)大多已經(jīng)克服，現(xiàn)釹鐵硼永磁材料上線的工作溫度已可達(dá)180℃

2、電力電子技術(shù)的發(fā)展大大促進(jìn)了永磁同步電動(dòng)機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。
  70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品，可將工頻電源轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率連續(xù)可調(diào)的變頻電源，這就為交流電機(jī)的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。這些變頻器在頻率設(shè)定后都有軟起動(dòng)功能，頻率會(huì)以一定速率從零上升設(shè)定的頻率，而且此上升速率可以在很大的范圍任意調(diào)整，這對(duì)同步電動(dòng)機(jī)而言就是解決了起動(dòng)問題

3、 規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展完全改觀了現(xiàn)代永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制，集成電路和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)起到了重要的推動(dòng)作用。

二、稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子為三相對(duì)稱繞組，與三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相同。轉(zhuǎn)子上粘有釹鐵硼（NdFeB）磁鋼。驅(qū)動(dòng)器為交-直-交電壓型逆變器，通過正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）輸出頻率、電壓可變的三相正弦波電壓。

同步電動(dòng)機(jī)的基本控制原理

三相正弦波電壓在定子三相繞組中產(chǎn)生對(duì)稱三相正弦波電流，并在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角速度ω1=2πf/p,其中p為電動(dòng)機(jī)對(duì)數(shù)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與已充磁的磁極作用，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)并力圖使定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線對(duì)齊。當(dāng)外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩以后，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線將落后定子磁場(chǎng)軸線一個(gè)θ功率角，負(fù)載愈大，θ也愈大，直到一個(gè)極限角度θm，電動(dòng)機(jī)失步為止。由此可見：同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，要么轉(zhuǎn)速與頻率嚴(yán)格成比例旋轉(zhuǎn)，否則就失步停轉(zhuǎn)。所以，它的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步。它的靜態(tài)誤差為零；在負(fù)載擾動(dòng)下，只是功率角θ變化，而不引起轉(zhuǎn)速變化，它的響應(yīng)時(shí)間是實(shí)時(shí)的。這是其它調(diào)速系統(tǒng)做不到的。

交流同步電動(dòng)機(jī)它的轉(zhuǎn)速與電源頻率完全成正比。

Ns=60f／p  (r／min)

式中  f-電源頻率；

p-極對(duì)數(shù)；

Ns-同步轉(zhuǎn)速。

而交流異步電動(dòng)機(jī)，它與同步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于：轉(zhuǎn)速與電源頻率不成正比，其轉(zhuǎn)速始終比同步電動(dòng)機(jī)還要低，其轉(zhuǎn)差率S為：

N=(1-s)Ns  (r／min)

S=(Ns-N)／Ns·100％

稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)輿專用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器（變頻器）配套構(gòu)成機(jī)電一體化產(chǎn)品。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n輿設(shè)定頻率f按n= 關(guān)系不變。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化只會(huì)起功率角的實(shí)時(shí)變化，卻不會(huì)引起轉(zhuǎn)速變化，靜、動(dòng)態(tài)指針理想。由于不需要從電網(wǎng)吸收無功電流，轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以它在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)能保持接近于1的功率因子，其效率比同容量的異步電動(dòng)機(jī)提高8%左右，力能指針（ η×cosφ ）提高18%左右。稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率密度比同容量異步電動(dòng)機(jī)提高15%左右。稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)的基頻一般設(shè)定位50、100、150Hz,這樣可以降低成本，使其性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于普通異步電動(dòng)機(jī)加變頻器

同步電動(dòng)機(jī)具有以下主要性能：

(1)調(diào)速精度高、調(diào)速度誤差在1／30000，提高了應(yīng)用行業(yè)產(chǎn)品的制造工藝水平；避免了

(2)調(diào)速范圍寬，20HZ-100HZ。

(3)控制簡(jiǎn)便、可*性高，電機(jī)采用開環(huán)控制，使得整個(gè)變頻控制系統(tǒng)可靠性提高、價(jià)格降低；

(4)gao效率、功率因數(shù)高達(dá)0．95以上；

(5該系列電機(jī)與變頻控制、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成全自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的其它類調(diào)速電機(jī)；

(6)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩輸出和轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載波動(dòng)的特性。通過變頻器有效控制，可使其輸出轉(zhuǎn)速保持恒定。