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　　摘要：轉子變頻調速系統(tǒng)是應用于高壓大容量異步電動機節(jié)能調速領域的一種比較先進的調速系統(tǒng)。本文介紹了凝結水泵應用轉子變頻調速系統(tǒng)的技術經濟分析。
　　關鍵詞：轉子變頻調速 凝結水泵 節(jié)能 調速
　　前言：風機和水泵在國民經濟各部門中應用的數量眾多，分布面極廣，耗電量巨大。據有關部門的統(tǒng)計，全國風機、水泵電動機裝機總容量約35000MW，耗電量約占全國電力消耗總量的40％左右。目前，風機和水泵運行中還有很大的節(jié)能潛力，其潛力挖掘的焦點是提高風機和水泵的運行效率。據估計，提高風機和水泵系統(tǒng)運行效率的節(jié)能潛力可達（300～500）億kW?h/年，相當于6～10個裝機容量為1000MW級的大型火力發(fā)電廠的年發(fā)電總量。
　　烏斯太發(fā)電有限責任公司位于內蒙古烏海市，風機和水泵是我廠最主要的耗電設備，加上這些設備都是長期連續(xù)運行和常常處于低負荷及變負荷運行狀態(tài)，其節(jié)能潛力巨大。發(fā)電廠輔機電動機的經濟運行，直接關系到廠用電率的高低。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，廠網分家、競價上網等政策的逐步實施，降低廠用電率，降低發(fā)電成本提高電價競爭力，已成為各發(fā)電廠努力追求的經濟目標。
　　烏斯太發(fā)電有限責任公司應用了多臺轉子變頻調速系統(tǒng)，經過長時間的實踐運行，產品可靠性及性能得到檢驗，收到了顯著的節(jié)能效果和經濟效益。
一、 轉子變頻調速系統(tǒng)的原理及技術特點
　　1）轉子變頻調速系統(tǒng)的原理
　　SAVER系列轉子變頻調速系統(tǒng)是河北泰達節(jié)能設備科技有限公司在傳統(tǒng)串級調速理論基礎上，和當代先進電力電子技術、交流調速技術、微機控制技術而發(fā)展起來的最新成果。其獨有的以轉子控制定子、以低壓控制高壓、以部分轉差功率控制全部功率的技術，使其在眾多風機和水泵用高壓大中功率電動機的調速方案中獨樹一幟，具有其它調速方案不可替代的優(yōu)越性。轉子變頻調速系統(tǒng)的結構框圖如下所示。

轉子變頻調速系統(tǒng)結構框圖

　　SAVER系列轉子變頻調速系統(tǒng)是通過在轉子回路串入等效電勢，改變其大小來改變電機轉速，并將轉子轉差功率回饋給電機電源的節(jié)能調速方法。內反饋繞組及固定逆變角的逆變器構成固定的電勢源吸收轉差功率，IGBT斬波器由PWM信號控制，形成可變的轉子回路等效電勢。
　　2）SAVER系列轉子變頻調速系統(tǒng)是由高壓開關柜、內反饋調速電機、轉子變頻調速裝置及遠方控制系統(tǒng)組成。轉子變頻調速裝置由起動柜和變頻柜組成。
　　轉子變頻調速裝置主要由以下幾個部分組成：


起動柜內部說明
　　起動柜內部主要包括起動裝置、整流器（ZP1-6）、控制、操作部分及顯示。
　　起動裝置主要包括頻敏變阻器（PBR）、真空接觸器（KM1-3）。大型電動機，特別是繞線式電動機，在電機起動時會對電網造成較大的沖擊，產生一個較大的起動電流。為減少起動電流，使電機平穩(wěn)起動，在調速裝置中，加設了自動切換的起動裝置。在電機起動時， KM1閉合， KM2打開，電機轉子串入頻敏變阻器PBR。頻敏變阻器的電阻與流過的電流的頻率成正比關系，當電機起動時，電機轉速為零，轉子電流頻率最高，為工頻頻率，此時頻敏變阻器阻值也較高，從而限制了起動電流。隨著電機轉速的增加，轉子電流頻率逐漸減少，頻敏變阻器阻值也逐漸減小。當電機轉速達到設定值時，裝置自動將KM2閉合，切除頻敏變阻器，電機進入全速工作狀態(tài)或調速工作狀態(tài)（根據觸摸屏設定而定），完成起動過程。
　　整流器
　　整流單元為三相橋式整流，將轉子電流轉換為直流電流。
　　逆變器
　　逆變部分為三相全橋有源逆變器，裝置工作于調速狀態(tài)時，將經斬波控制后的轉差功率逆變至內反饋繞組或逆變變壓器。逆變觸發(fā)角為最小的固定值，克服了移相觸發(fā)對觸發(fā)脈沖和換相要求嚴格、脈沖移動范圍大、抗干擾能力差、易顛覆、功率因數低等缺點。
　　控制、操作部分及顯示
　　主要包括觸摸屏、普通按鈕、顯示儀表、可編程控制器、小型斷路器、電源、鑰匙開關及對外接線端子排。起動柜有兩種操作、顯示部分，別為觸摸屏和普通按鈕及顯示表計部分。兩種操作相互獨立。觸摸屏可進行邏輯切換、升降速、系統(tǒng)設置等操作（詳見第五章）。內部普通按鈕可進行邏輯切換。顯示儀表可顯示一次電流、轉子電壓（直流），轉子電流（直流），轉速，反饋電壓，反饋電流?？删幊炭刂破饔脕磉M行自動控制。小型斷路器分三相交流和直流兩部分，同時給電源供電。鑰匙開關控制柜內所有控制電源，包括直流、交流電，在運行過程中嚴禁斷開。
　　變頻柜內部說明
　　變頻柜內主要包括斬波器、驅動板、及控制板組成。
　　電路工作時，逆變器的逆變角恒處于最小βmin處不變，轉子回路附加電勢調節(jié)由斬波開關來完成。斬波開關以恒頻調寬方式工作，即工作頻率一定，而開關導通時間可調。這樣，通過調節(jié)斬波開關導通時間與斬波周期的比率（即占空比或PWM調制脈寬），來改變串入轉子回路的等效電勢的大小，從而改變轉子電流，來達到調節(jié)電機轉速的目的。
　　3）SAVER系列轉子變頻調速系統(tǒng)的主要特點
?    平滑無級調速性能：在調速范圍內實現平滑無級調速。
?    調速效率高：由于調速控制裝置僅控制電機的部分容量，所以其損耗更小，調速效率更高，節(jié)電效果更好。
?    良好的起動性能：采用頻敏變阻器起動方式，起動轉矩大，起動電流小，起動迅速，整個起動過程自動切換。
?    靈活方便的調速控制方式：可實現調速運行與全速運行的轉換，開環(huán)運行與閉環(huán)運行轉換（或手動運行與自動運行的轉換），就地控制與遠方控制的轉換。可方便實現與DCS 系統(tǒng)或其它計算機網絡連接。
?    充分的過載能力：電機的最大轉矩倍數不低于國家標準所規(guī)定的1.8倍。
?    理想的靜態(tài)精度：轉子變頻調速系統(tǒng)的靜態(tài)精度≥99.8%，完全滿足風機、水泵類負載的要求。
?    理想的動態(tài)精度：采用轉速與電流雙閉環(huán)控制，既保證了轉速的動態(tài)精度又能有效抑制過載電流。
?    完善的保護措施：除常規(guī)的過壓、過流等保護措施外，當系統(tǒng)故障時，系統(tǒng)的故障檢測裝置能將電機轉入用戶可選擇的全速運行或停車，同時提供文字或燈光報警。
?    主斬波回路采用可自關斷的大型功率器件IGBT系統(tǒng)更為簡單，可靠。
?    全部電力電子功率器件散熱均采用熱管散熱與強制風冷相結合技術，散熱效果更好，系統(tǒng)更可靠。
?    電子線路采用微機控制和鎖相環(huán)脈沖控制，自動化程度高、抗干擾能力強。
?    多重隔離和抗干擾設計，裝置具有很強的抗干擾能力。
?    交直流雙電源供電的高可靠工作電源設計。
　　4）SAVER系列轉子變頻調速系統(tǒng)的主要性能指標
?    電機額定電壓： 3KV、6KV、10KV
?    電機額定功率： 200～5600KW
?    調速范圍： 一般(50～98)%ne +100%ne
?    電機極數： 4～24極
?    額定頻率： 50HZ±2%
?    平均調速效率： η＞98.9%
?    額定功率因數： ＞0.85
?    額定直流電流： 315～3000A
?    額定直流電壓： 125～2500V
?    起動電流： 2.5～3倍的額定電流
?    諧波含量： ≤3%
?    過載能力： 1.8倍的額定負載
?    調速精度： ≥99.8%
二、應用情況
　　烏斯太發(fā)電有限責任公司2X300MW機組工程四臺凝結水泵電機采用了轉子變頻調速系統(tǒng)，于2007年3月23日投入運行，至2005年4月30日期間，烏斯太發(fā)電有限責任公司對該系統(tǒng)進行跟蹤監(jiān)測，并對部分數據進行了重點測試。
以下為烏斯太發(fā)電有限責任公司2X300MW機組工程#1凝結水泵電機及#1凝結水泵的測試數據。
（一）1#凝結水泵電機
電機技術參數
電機型號：YRLKKNT560-4 電壓：6.3KV 額定電流：135A
功率：1250KW 額定轉速：900-1488轉/分
（二）測試結果

（三）測試結果分析
1）全速狀態(tài)：
全速時，通過檢測：電機振動為16.3um，符合國家標準，；電機溫度在44-56℃之間，在正常范圍之內。
2）調速狀態(tài)：
1、節(jié)電率
表4 節(jié)電率統(tǒng)計表

2、轉速調整范圍與精度
轉速實測：調速狀態(tài)下對984r/min至1450 r/min進行了實測， 由于系統(tǒng)負載為離心式水泵，當轉速小于984 r/min時，水泵已不能正常工作，未能進行更低轉速測試。
調速靜態(tài)精度達1轉（99%）。
3、調速狀態(tài)電機轉速和電機與水泵的振動關系
電機振動符合國家標準，并且可以看出電機振動，隨轉速下降而降低。
4、轉速與占空比
可以看出，轉速隨占空比減小而減小，且基本呈線性變化。
5、電機溫度與轉速及占空比
可以看出，電機溫度隨轉速減小而降低。
三、結論
1、 轉子變頻調速系統(tǒng)裝置運行可靠，節(jié)能效果明顯，已達到項目實施目的。
2、 節(jié)電率：節(jié)電率隨轉速下降而增長，轉速越低節(jié)能效果越明顯。
3、 調速的平穩(wěn)性與連續(xù)性：
該電機采用頻敏變阻器啟動方式，啟動電流小，電機啟動的沖擊小。電機由全速轉調速狀態(tài)時，電機轉速由最高轉速平滑降至設定轉速，電機轉速變化連續(xù)性、平穩(wěn)性好。同時調速系統(tǒng)溫升不高，運行穩(wěn)定可靠。
4、 電機振動與溫升
電機振動在16-12.3um之間，符合國家標準，并且可以看出電機振動，隨轉速下降而降低（見表2）；電機溫度在64-68℃之間，在正常范圍之內。由此可見，電機運行穩(wěn)定可靠。
四、結束語
轉子變頻調速系統(tǒng)在我廠順利投入生產以來，運行一直較為穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果非常明顯，實踐證明，該系統(tǒng)調速效率高，設備結構簡單，投資回收期短。確實不失為一種較好的調速方法，具有很強的實用性和經濟性。

（轉載）