引言

我們是研究和制造變頻器的專業(yè)公司，產(chǎn)品主要為交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)服務(wù)，這兒指的電動(dòng)機(jī)是旋轉(zhuǎn)式的。去年接到客戶訂單，要求研制直線電機(jī)專用變頻器。為此只好學(xué)習(xí)一些直線電機(jī)的基本知識(shí)。直線電機(jī)的發(fā)展有一百多年的歷史，實(shí)用階段是近30~40年的事，如今美、英、日、德等發(fā)達(dá)國家的直線類電機(jī)的應(yīng)用范圍已經(jīng)相當(dāng)廣泛，我國還處在起步階段。過去直線電機(jī)主要用在控制領(lǐng)域的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，功率很小。由于直線類電機(jī)的應(yīng)用前景相當(dāng)好，所以目前這方面的研究十分活躍，在性能上、功率上都有很大進(jìn)展。我們很愿意為直線感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)研發(fā)適用的交流調(diào)速變頻器。

　　一、直線電機(jī)的特點(diǎn)及對變頻器的要求

　　油田的油井在停止自噴之后，還要用抽油機(jī)繼續(xù)開采。目前各國的油田大都采用游梁式抽油機(jī)開采，這類設(shè)備十分笨重（自重?cái)?shù)十噸）、體積龐大，安裝調(diào)試?yán)щy，耗能高、沖程短，不適應(yīng)采油工業(yè)的發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，各種能耗低、體積小、重量輕的新型抽油機(jī)相繼問世。直線電機(jī)抽油機(jī)是其中很有前途的一種

它結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。動(dòng)子（相當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子）是直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過柔性連接件、鋼絲繩導(dǎo)向輪直接與抽油桿連接。動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)與抽油泵柱塞上下運(yùn)動(dòng)完全一致，其生產(chǎn)成本低、運(yùn)行效率高、維護(hù)費(fèi)用小是不難理解的。

　　它的沖程長度、上沖行程時(shí)間、下沖行程時(shí)間、分別連續(xù)可調(diào)，能很方便地實(shí)現(xiàn)：上快下慢、上慢下快、上下行程同速的三種作業(yè)方式。

　　這種電機(jī)對為它供電的變頻器有何要求呢？

　　以下是客戶要求的660伏22kw變頻器的技術(shù)指標(biāo)。

　　1.頻率范圍：0.2～9.6hz,連續(xù)可調(diào)

　　2.啟動(dòng)頻率0.2hz,啟動(dòng)電壓vdc在0～300v之間連續(xù)可調(diào)。

　　3.其額定頻率f。是對應(yīng)于額定輸出電壓v。的頻率，要求v。、f。均能任意設(shè)置。

4.電機(jī)動(dòng)子的一般運(yùn)行規(guī)律

5．三相輸出電壓,額定值為660v,容量22kw。

　　6．動(dòng)子運(yùn)動(dòng)時(shí)頻繁換向,要求換向平穩(wěn)、無撞擊現(xiàn)象。

　　二、660v、22kw專用變頻器的研制

　　電路結(jié)構(gòu)與我公司生產(chǎn)的380v級(jí)通用變頻器相同，其中變頻器中的功率開關(guān)器件是德國西門子的1700v、150a雙單元模塊，控制電路中的單片機(jī)是87c196mc。

　　各部分的原理和功能本文不再贅述，下面重點(diǎn)介紹如何用軟件實(shí)現(xiàn)前面那些特殊要求。

1.動(dòng)子換向
　　在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子正、反轉(zhuǎn)換向是用任意兩相互換實(shí)現(xiàn)的，這里要求換向平穩(wěn)就不能再用此法，而是用狀態(tài)記憶法來實(shí)現(xiàn)，此法保證換向前后狀態(tài)無變化。

　　2.低頻運(yùn)行平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)
　　在本設(shè)計(jì)中用兩個(gè)載波頻率對應(yīng)低頻段和高頻段。
　　當(dāng)工作頻率在2hz以下是載波頻率為1.8khz,
　　當(dāng)工作頻率在2hz以上時(shí)載波頻率為3.6khz。

　　3.直流制動(dòng)
　　為了保證動(dòng)子運(yùn)動(dòng)在任何位置時(shí)都能停機(jī)而不會(huì)滑動(dòng),用軟件實(shí)現(xiàn)直流制動(dòng),即給定子供直流電,把動(dòng)子吸在所要求的位置。

　　4.啟動(dòng)電壓0～300v任意調(diào)整
　　啟動(dòng)電壓的調(diào)整用改變pwm波的初始調(diào)制度來實(shí)現(xiàn)。

　　三、實(shí)際運(yùn)行情況

　　本產(chǎn)品在華北油田試運(yùn)行良好。
　　1．電壓范圍、功率、頻率范圍及各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，客戶滿意。

　　2．低頻運(yùn)行平穩(wěn)、換向平穩(wěn)，這是這類電機(jī)比較特殊的要求，也是比較難實(shí)現(xiàn)的要求。出廠前用示波器檢查低頻波形，換向時(shí)的波形，波形均為良好正弦，現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行時(shí)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)生過失步現(xiàn)象，失步是用戶比較怕發(fā)生的現(xiàn)象，由于良好的軟件設(shè)計(jì)，確實(shí)滿足了換向時(shí)狀態(tài)不變的要求，因而失步得以避免。

　　3．啟動(dòng)平穩(wěn)、停機(jī)可靠

　　4．時(shí)間的分辨率為0.1s，頻率分辨率為0.01hz，都遠(yuǎn)高于客戶方的要求。

　　5．節(jié)能在15左右。目前屬試運(yùn)行，正常運(yùn)行還有更大的節(jié)能空間。

　　直線電機(jī)的性能還有很多需要改進(jìn)的地方，例如如何提高功率等問題，直線電機(jī)用到抽油機(jī)上，有技術(shù)上完善的問題，也有被油田認(rèn)可的時(shí)間問題，單就直線電機(jī)對變頻器的基本要求來看，完全可以得到滿足，當(dāng)然需要完善的地方也還很多。
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