K7M-DR40U

对于采用变频器供电的电动机，由于电压波形中存在着相当多的高频分量，这些高频分量除了通过变频器与电机绕组构成回路外，还会通过绕组与定子铁心间以及转轴、端盖、机座和接地线等之间形成寄生电容构成高频通路。由于这些电容容量有限，在工频市电供电时其充放电过程形成的容性电流很小，可以忽略不计。当采用变频器供电且电机容量较大（110KW以上）时，由高频分量形成的轴电流密度可达数十安培/mm2，轴电流引起将引起电机轴承的严重电蚀。由于轴承的滚珠与滚道上有可能存在凸出点，旋转时通过该处的轴承电流断开，从而引起电弧，灼伤金属表面，这种微观损害的持续的积累将引起轴承的损坏。

实际应用中，对于中功率等级以上的电机可应通过保持轴承良好润滑而维持内外圈间润滑膜较高的绝缘电阻、轴承外圈与机座接触面喷涂绝缘漆、变频器输出端加入滤波器等抑制轴电流产生的技术等措施，保障电机的可靠运行。

3． 工频运行冗余问题

变频器应用的许多场合，往往不允许设备发生非计划停机。这种情况的经典设计是提供一套独立的工频应急旁路。对于采用独立供电变压器的低压变频方案，由于变压器负载的单一性，不必考虑电机在工频电源下启动时由于启动电流冲击而造成低压母线跌落的影响。如果经验算，变压器高压侧母线在工频旁路直接启动时的电压跌落在允许范围内，就可以采用直接启动。此时独立供电变压器如同类似于一个启动电抗，可以起到降低电机启动电流冲击的良好效果。对于双低压绕组的12脉波供电变压器方案，电机实行工频旁路运行时，将原两组分别向变频器两组串联整流器供电的低压绕组切换成曲折联接后，直接作为电机工频旁路运行的供电电源。

 

对于用户希望尽量减小启动电气冲击和机械冲击的场合，工频旁路电机启动时仍可采用软启动器、降压启动等传统成熟的启动方式，这可以在方案设计时一并予以总体考虑细化。

4． 配套电机问题

如前所述，目前国内低压电机定型规格Zui大机座号为H355，并由于大功率风机配套电机一般的极数一般均在6～10极，对应的Zui大电机功率也就在220KW以下。除了少数厂家有H355以上机座低压电机生产外，一般均需特别定制，生产批量小、供货价格高、交货周期长是普遍存在的问题。这也一定程度上影响了变频调速在中功率段大量应用。

建议作为风机行业大用户的中大功率风机的主导生产企业，与电机制造行业内具有生产基础的单位合作，对H355机座以上的低压电机进行定型设计，以期降低生产成本和缩短交货周期，并利于技术成熟且经济性良好的中功率低压变频系统在风机及相关行业的推广应用。这在技术上是不存在任何问题的。对于老系统改造而言，用户可以采用将风机拖动高压电机，通过绕组重绕或是更简便的串/并联改接等方法改造为低压电机，而使中功率低压变频系统应用在老风机系统节能改造时，可以用比较经济的方法得以实现。对此，国内已有很多成功应用的案例可供借鉴参考。

   变频供电的电动机，由于其供电电压波形为非完全正弦波，同时电压波形的毛刺突波比较大，因此对其绝缘有抗电晕处理和适当增加绝缘设计裕度的要求，这在低压电动机设计选型时应予以一并考虑。

 

四、 结语

 

    大中型风机在国民经济各部门中是数量众多，分布面极广，耗电量巨大的设备。据资料显示，目前在用风机系统的能源利用效率比国际先进水平相比相差20%；差距是巨大的。这其中除存在风机本体设计效率低之原因外，很大的因素是高效能的调速设备应用不足，风机系统长期运行于低效区所致。因为中功率段风机存在着巨大的社会在役保有量，并且随着国民经济的发展，其应用量将不断增加，因而，在这个功率段推广应用经济技术性能良好的交流变频调速系统，其现实的节能意义无疑是相当巨大的。从目前阶段的技术水平和各类变频方案的经济性考察，采用“独立供电变压器+低压变频器+低压电机”技术方案（所谓“高-低方案”），并辅以必要的周边技术措施，是目前可应用在（220KW-1500KW）中功率段风机节能调速中可的技术方案。

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

 

1.控制精度不同 

 

两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

 

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 

 

2.低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。

交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。

3.矩频特性不同 

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其Zui高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

4. 过载能力不同 

 

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其Zui大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

 

5.运行性能不同 

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

6.速度响应性能不同 

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

GP系列触摸屏的与部分PLC可以在一个通讯口上实现 n:1(multi-link) 连接。 

用n:1(Multi-link)时，令牌(token，授权与PLC通讯)在GP之间传递，GP可以按顺序与PLC通讯。

这种方式目前支持的部分PLC，参考连接手册的列表。

另外：在GP-PRO/PB软件里GP-SETUP时，[Mode Setting]对话框下，如果有“1:1”“n:1”则可使用。

在SIEMENS S7-300系列的CPU上有MPI端口，在 S7-MPI Direct 连接方式下，根据我们的实验，可以实现n:1(multi-link) 连接。

具体操作方法如下：

GP画面设计、通讯参数设定与单机使用时一样。

多屏连接时，GP-SETUP里面设置GP为不同站号即可。

我们测试时用的是：GP2600T,GP2500T,S7-314，使用187.5kpbs。

 异步电动机是工矿企业必不可少的生产设备，而发电厂更是不可缺少的。所有的泵、风机类的转机设备，都是由异步电动机做拖动设备的。一个电厂一台机组就有高、低压异步电动机数十台，如陡河发电厂Zui小的#1机组也有50台左右，这还不包括几十台电动门用电机。如此众多的电机要在运行中注重节能降耗，增加企业效益应该是很可观的。问题在于如何降低电动机能耗，提高电机的效率，以增加经济效益，下面就针对异步电动机的总损耗的组成及有效减少损耗进行分析研究

关键字：电动机 节能               异步电动机是工矿企业必不可少的生产设备，而发电厂更是不可缺少的。所有的泵、风机类的转机设备，都是由异步电动机做拖动设备的。一个电厂一台机组就有高、低压异步电动机数十台，如陡河发电厂Zui小的#1机组也有50台左右，这还不包括几十台电动门用电机。如此众多的电机要在运行中注重节能降耗，增加企业效益应该是很可观的。问题在于如何降低电动机能耗，提高电机的效率，以增加经济效益，下面就针对异步电动机的总损耗的组成及有效减少损耗进行分析研究。

 

一、异步电动机能量损耗的组成

 

1、铜损耗：定子铜损；转子铜损；杂散损耗。

 

2、铁芯损耗。

3、机械损耗：通风损耗；摩擦损耗。

从以上列出的异步电动机能量损耗看，铜损耗和铁损耗我们在检修中是不宜改变的，它们是由设计决定的，而机械损耗是可以改变的。异步电动机一般来说级数少的即转数高的电动机机械损耗较大，铜损耗较小；而级数多的即转数低的电动机铜损耗占的比例较机械损耗就大。所以，我们要降低电动机的能量损耗就要从减少电动机的机械损耗入手解决。

二、减少电动机机械损耗的主要方法

减少电动机机械损耗主要从以下几个方面入手解决：

 (1)采用高效率的风扇（如机翼型轴流风扇）；

（2）调整风罩与扇叶外圆之间的间隙；

（3）轻载电动机适当缩小风扇外径；

（4）采用高质量的轴承；

 

（5）采用优质润滑剤；

 

（6）提高电机装配质量；

 

三、减少电动机机械损耗的具体措施

（一）调整电机风扇以降低机械损耗

首先，我们来看如何通过改变风扇尺寸进行节能：大家都知道电动机是把电能转变成机械能的设备，在转换过程中要产生损耗，这些损耗是以热的形式出现的，它使电动机发热。定子绕组有电流流过后产生铜损耗，经槽绝缘材料把热传导给定子铁芯，再由定子铁芯传给电机外壳散发到空间。转子的热量是由转子铝耗及其摩擦产生的，它传给转子铁芯和内风扇表面，靠内风扇搅拌使热量散发在电机内空间，再传给定子铁芯、端盖、机座，定、转子这两股热量均由外风扇吹散。因此，外风扇风量的大小是决定电动机的温度不能超过其绝缘材料等级所允许温度的关键。

 

国家标准规定了各种绝缘等级的电动机在额定运行条件下的允许温升，要求电动机中Zui热点温度不允许超过其绝缘等级的极限温度，而电机常用绝缘等级如下表：

 

其中：允许温升=允许温度极限—环境温度规定值—热点温差

 

绕组的热点温差是指当电动机带额定负载时，绕组热点的稳定温度与绕组平均温度之差。

 

表内数值单位皆为摄氏度：

 

绝缘等级

 

允许温度极限

 

环境温度规定值

 

热点温差

 

允许温升

 

A级

 

105

 

40

 

5

 

60

 

E级

 

120

 

40

 

5

 

75

 

B级

 

130

 

40

 

10

 

80

 

F级

 

155

 

40

 

15

 

100

 

H级

 

180

 

40

 

15

 

125

当电动机处于空载或轻载时，电动机总损耗要比额定时小，而风量与电动机总损耗成正比关系，所以风扇处于“大马拉小车”（因为通风损耗与电动机转速恒定，故通风损耗不随负载变化，所以这时应降低风量来减少电动机的通风损耗）。改变风扇叶形状可以降低风量，但比较麻烦，不如直接减少外风扇叶直径来降低风量更简便些。我们知道风扇本身的机械损耗按扇叶直径的4—5次方成比例，而风量随扇叶直径的平方成正比，所以减小扇叶直径时，风量降低不多，而通风损耗却降低很多。

 

由于外风扇的冷却风量减少，使电动机温升上升，但仍能保持电动机温升在绝缘等级允许的范围内。同时，我们还要看到由于外扇叶直径缩小电动机机械损耗降低，又会使电动机温升进一步降低。尤其对于2，4级这样高转速的电动机，当风扇外径缩小14%—16%时，通风损耗下降20%—40%。另外，改变扇叶直径的同时，要相应改变挡风板或风扇罩尺寸，使它们互相配合的尺寸符合规定。风扇叶与风扇罩的间隙不可过大，一般在10—15之间，过大会增大高压区回流到低压区的漏风损耗，同时要保持扇叶与风扇罩之间原有的角度，其作用是使进风的一部分动压力转变为静压力而减少损耗。当然，我们还可以在温升许可的范围内，为了降低风扇的风量亦可降低风扇的等级来使用。比如8号机座用的风扇经过调整和修整可使用在9号机座轻载的电动机上，这样就可使9号机座轻载的电动机降低机械损耗，并使温升提高些来提高电动机的效率和功率因数。

（二）减少摩擦以降低机械损耗

电动机轴承的正常运转、噪声、振动、过热、寿命等因素均与合理选择润滑脂有关，目前通常是选用3号锂基脂为好，可以降低机械损耗，不过当前随着科学技术的飞速发展又出现了许多性能优越的润滑脂，如：国产‘中小型电动机轴承润滑脂’其性能经有关部门测试达到日本JIS2220—80滚动轴承润滑脂的标准，接近瑞士SKF65C润滑脂的水平，含杂质极低，价格与3号锂基脂相当。再有当前在市场上出现的美国艾索润滑脂性能也不错。我们完全可以使用这些性能不错的润滑脂来改善电动机的运行状况以降低机械损耗。做为电动机专业检修人员我们还可以在合理选用轴承上下功夫，也可以节能降耗；既然我们以经知道级数少的电动机机械损耗大，级数多的电动机机械损耗小。我们就可以在修理电动机时有选择地使用轴承。例如，在高转速的电动机上我们可以使用进口轴承或国产别的B、C级优质轴承使损耗降到Zui小。而在低转速的电动机上我们可以使用国产中的轴承C、D级，这样在轴承上我们就可以省下一笔资金，从而达到节能降耗的目的。