1引言

我們是研究和制造變頻器的專業公司，產品主要為交流異步感應電動機服務，這兒指的電動機是旋轉式的。去年接到客戶訂單，要求研制直線電機專用變頻器。為此只好學習一些直線電機的基本知識。直線電機的發展有一百多年的歷史，實用階段是近30~40年的事，如今美、英、日、德等發達國家的直線類電機的應用范圍已經相當廣泛，我國還處在起步階段。過去直線電機主要用在控制領域的執行機構上，功率很小。由于直線類電機的應用前景相當好，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展。我們很愿意為直線感應式電動機研發適用的交流調速變頻器。

一、直線電機的特點及對變頻器的要求

油田的油井在停止自噴之后，還要用抽油機繼續開采。目前各國的油田大都采用游梁式抽油機開采，這類設備十分笨重（自重數十噸）、體積龐大，安裝調試困難，耗能高、沖程短，不適應采油工業的發展。在科學技術高度發達的今天，各種能耗低、體積小、重量輕的新型抽油機相繼問世。直線電機抽油機是其中很有前途的一種，其結構示意圖如圖1．所示。

圖1．直線電機抽油機結構示意圖

它結構緊湊、重量輕、體積小。動子（相當旋轉電機的轉子）是直線往復運動，通過柔性連接件、鋼絲繩導向輪直接與抽油桿連接。動子的運動與抽油泵柱塞上下運動完全一致，其生產成本低、運行效率高、維護費用小是不難理解的。

它的沖程長度、上沖行程時間、下沖行程時間、分別連續可調，能很方便地實現：上快下慢、上慢下快、上下行程同速的三種作業方式。

這種電機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變頻器的技術指標。

1.頻率范圍：0.2～9.6Hz,連續可調

2.啟動頻率0.2Hz,啟動電壓Vdc在0～300V之間連續可調。

3.u/f曲線如圖2所示。其額定頻率f。是對應于額定輸出電壓V。的頻率，要求V。、f。均能任意設置。

4.電機動子的一般運行規律如圖3所示，

其中t1、t2、t3、t4、f1、f2要求可調。

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．動子運動時頻繁換向,要求換向平穩、無撞擊現象。

二、660V、22KW專用變頻器的研制

電路結構與我公司生產的380V級通用變頻器相同，其中變頻器中的功率開關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，下面重點介紹如何用軟件實現前面那些特殊要求

。

1.動子換向

在旋轉電機中，轉子正、反轉換向是用任意兩相互換實現的，這里要求換向平穩就不能再用此法，而是用狀態記憶法來實現，此法保證換向前后狀態無變化。

2.低頻運行平穩的實現

在本設計中用兩個載波頻率對應低頻段和高頻段。

當工作頻率在2Hz以下是載波頻率為1.8KHz,

當工作頻率在2Hz以上時載波頻率為3.6KHz。

3.直流制動

為了保證動子運動在任何位置時都能停機而不會滑動,用軟件實現直流制動,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任意調整

啟動電壓的調整用改變PWM波的初始調制度來實現。

三、實際運行情況

本產品在華北油田試運行良好。

1．電壓范圍、功率、頻率范圍及各項指標均滿足設計要求，客戶滿意。

2．低頻運行平穩、換向平穩，這是這類電機最特殊的要求，也是最難實現的要求。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，現場實際運行時電機運行平穩，未發生過失步現象，失步是用戶最怕發生的現象，由于良好的軟件設計，確實滿足了換向時狀態不變的要求，因而失步得以避免。

3．啟動平穩、停機可靠

4．時間的分辨率為0.1S，頻率分辨率為0.01Hz，都遠高于客戶方的要求。

5．節能在15%左右。目前屬試運行，正常運行還有更大的節能空間。

直線電機的性能還有很多需要改進的地方，例如如何提高功率等問題，直線電機用到抽油機上，有技術上完善的問題，也有被油田認可的時間問題，單就直線電機對變頻器的基本要求來看，完全可以得到滿足，當然需要完善的地方也還很多。