1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)電動機(jī)服務(wù)，這兒指的電動機(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。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、功率上都有了很大進(jìn)展。我們很愿意為直線感應(yīng)式電動機(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（自重數(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，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1．所示。

圖1．直線電機(jī)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

它結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小。動子（相當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子）是直線往復(fù)運(yùn)動，通過柔性連接件、鋼絲繩導(dǎo)向輪直接與抽油桿連接。動子的運(yùn)動與抽油泵柱塞上下運(yùn)動完全一致，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、上沖行程時間、下沖行程時間、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.啟動頻率0.2Hz,啟動電壓Vdc在0～300V之間連續(xù)可調(diào)。

3.u/f曲線如圖2所示。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)動子的一般運(yùn)行規(guī)律如圖3所示，

其中t1、t2、t3、t4、f1、f2要求可調(diào)。

t的單位小于秒，f的單位為0.1H乙。

5．三相輸出電壓,額定值為660V,容量22KW。

6．動子運(yùn)動時頻繁換向,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。

電路方快如圖4所示。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)計中用兩個載波頻率對應(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以上時載波頻率為3.6KHz。

3.直流制動

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

4.啟動電壓0～300V任意調(diào)整

啟動電壓的調(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)最特殊的要求，也是最難實(shí)現(xiàn)的要求。出廠前用示波器檢查低頻波形，換向時的波形，波形均為良好正弦，現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行時電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)生過失步現(xiàn)象，失步是用戶最怕發(fā)生的現(xiàn)象，由于良好的軟件設(shè)計，確實(shí)滿足了換向時狀態(tài)不變的要求，因而失步得以避免。

3．啟動平穩(wěn)、停機(jī)可靠

4．時間的分辨率為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。