中功率低压变频器调节中压电机转速

中功率低压变频器调节中压电机转速　周凌　（湖南省湘潭钢铁集团有限公司渣钢回收加工厂设备科　湖南湘潭４１１　１　０１）　

动力与电气工程　

摘要：探讨的是一种新的用中功率低压变频器调节中压电机转速的方法，采用中功率ＩＧＢＴ低压变频器调节大功率风机和泵用中压电机　转速的方法转子变频调速。主电路简单，无大变压器度电抗器，运行功率因数高，谐波小，起动和旁路容易。从用中功率低压变频器调节　大功率风机和泵用中压电机转速我们得出一些经验与结论，在以后的工作当中更加有效的结合实际情况来运用中功率低压变频器调节大　功率中压电机转速，带来更大的效率。　关键词：大功率中压电机调速　中功率低压变频器　调速　中图分类号：ＴＮ７７　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７２—３７９１（２０１１）１１（ｂ）－００８８－－０２　

大功率风机和泵从恒速传动改成变速　传动平均节能约３０％，可以优化工艺或燃烧　过程，提高产品的产量和质量，减少设备维　修，效益巨大，全球都很看重。我国也有很多　单位和企业从事这项工作，但缺少经济、实　用的调速装置，推广起来有点难，特别是由　于我国电压等级规定不合理，难度更高…。大　功率风机和泵的功率范围一般在２００ｋｗ～　２０００ｋＷ之间，我国规定２００ｋＷ以上交流电　动机的电压均用中压６．０ｋＶ或１０．０ｋＶ，电压　高，电流小　１。　中压电机调速另外一种方法就是晶闸　管串级调速，电机绕线异步机，定子接中压　电网，转子绕组经滑环接调速装置。其特点　是：转子电压低，比定子侧变频调速容量及　谐波大。则内反馈电机加晶闸管斩波串调。　其特点是：在电机定子中加上一套辅助电　源绕组，把电机和电源变压器合为一体；加　设晶闸管斩波，提高了运行功率因数，高速　时达０．８０左右。不足则是：除变流器外还需　两台较大的直流电抗器；低速时功率因素　仍低，而风机和泵一般运行在于低速段。　转子变频调速，把变频和串调相结合　起来，能确保留串调在转子侧变流带来的　优点；又利用ＰｗＭ电压型变频的优点，除　去了串调设备多和功率因数差的缺点。用　２０％ＰＮ左右的低压变频器调节大功率风机　和泵用中压电机的装置，且在高速时仍可　输出１００％ＰＮ。　１转子变频的调速　转子变频调速即串级调速大量应用在　大功率的风机和泵类的调速中，先后经历　了四个大的发展阶段，经过分析和研究，转　子变频调速可以应用在交流大功率矿井提　升机绕线电机中，具有节能和可靠等优点。　并展望了转子变频调速未来发展趋势。变　频调速作为最有前途的调速方式之一，已　经得到越来越广泛的应用：包括定子侧变　频和转子侧变频。对于定子侧低压研究和　应用已日趋成熟，而目前用的高压（６ｋＶ或　１０ｋＶ）电机定子侧变频调速，由于电压高、　电流小，因此不能采用大电流电力电子器　件，只能用许多小电流器件的并联。　转子变频调速主电路，原理仍属斩波　串调，只是为ＩＧＢＴ电压型ＰＷＭ逆变，电机　定子有两套绕组，其中一套定子绕组直接　接６．０ｋＶ或１０．０ｋＶ中压电网，另一套辅助电　源绕组为变频器ＶＦ中的逆变器ＴＩ提供电　源，把来自转子的滑差能量回馈至定子，故　称其为内反馈电机。电机转子电压ｕ　是低　压，Ｕ　＝ＳＵ　电机Ｕ　＜１０００Ｖ，风机和泵要　求调速范围为３０％～４０％，因此Ｕ　＜４００Ｖ，与　之相联的变频器ＶＦ为３８０Ｖ低压变频器。　风机和泵只要求向下调速，能量流的　方向为从转子，经ＶＦ至定子辅助绕组。变频　器ＶＦ的接法与一般变频调速相反，二极管　整流桥按转子绕组，ＰＷＭ逆变器ＴＩ输出接　５０Ｈｚ电源，把直流母线电压Ｕ　变成固定频　率和电压的交流电。电机转速变化时，转子　电压变化，整流电压Ｕ　随之变化，但是ＴＩ　要求直流母线电压固定，故加设升压斩波　器ＢＣ。设计ＴＩ的控制系统使其维持ＵＤ恒定　Ｕ　＝（１～Ｄ）ｕ　式中Ｄ为斩波器占空比通过　改变Ｄ就可改变Ｕ　，从而实现了调速。Ｄ减　小，Ｕ　加大，电机转速降低。　转子变频调速的特点是使用３８０Ｖ的低　压变频器调节６．０ｋＶ或ｌ０．０ｋＶ中压电机转　速和主电路设备简单，整个调速装置就是　一个带斩波的ＩＧＢＴ电压型变频器，无其他　大的设备。以及逆变器容量小。风机和泵的　负载转矩与转速的二次方成比例。然后是　运行功率因数高，谐波小。　晶闸管串调系统的谐波由两部分组合　而成：晶闸管逆变器产生的谐波，通过定子　辅助绕组影响电网，这部分是主要的。转子　侧二极管整流产生的谐波，通过转子绕组，　经定子影响电网。但转子漏感大，重叠角　大，谐波量猛减，这部分对电网影响不大　。　改用ＩＧＢＴ逆变器后，采用正弦波ＰＷＭ　调制，输出电流为近似的正弦波，逆变器容　量小，只有０．２ＰＮ～０．３ＰＮ，所以它的谐波　对电网影响不大。二极管整流产生的谐波　对电网的影响还可以在不改变主电路前提　下，通过在控制电路中增加一有源滤波环　节，经ＴＩ消除。　８８　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２电机的起动和旁路运行　旁路运行指在调速装置故障时，去除掉　调速装置，电机接电网恒速运行，这种运行　方式对用户相当重要，是确保安全生产的重　要手段之一。中压直接变频调速正常起动比　较容易，频率从零调起即可，起动平稳，电流　可限制在额定值以内。旁路工作时，直接起　动兆瓦级的异步机所形成的７．０～８．０倍的　电流冲击对电网和高压断路器的影响较　大。若电网容量小，起动时母线压降大，需　要额外加起动装置。另外在高压侧进行旁　路切换也是较繁杂。　晶闸管串调用绕线电机，起动时在转　子侧处加起动电阻或频率电阻，起动力矩　大，电流小，过程平稳。起动结束后，除掉起　动设备，投入调速装置，开关操作多，可靠　性受影响。串调的旁路较简易，把转子输出　端短路后，就是一套恒速运行的绕线异步　机，并且低压操作。　转子变频系统，ＴＩ按转子输出最大功　率Ｐ…　选取，对于风机和泵，Ｐ　ｒｍ￣ｘ＝０　１　５ＰＮ　出现在ｎ＝２／３ｎＮ处，按０．２ＰＮ～０．３ＰＮ选取　的ＴＩ允许转速从零调至ｎＮ，不需要额外加　起动设备。要旁路运行，令斩波开关ＣＳ维持　长通状态，转子绕组通过整流桥Ｄ　和ｃｓ短　路恒速运行。对于转子电压Ｕ　＜３８０Ｖ的电　机这样做是非常合理的，称其为紧凑型装　置。对于Ｕ　＞３８０Ｖ的电机，起动初Ｐｒ虽不　大，但转子电压太高，ＩＧＢＴ选１２００Ｖ不够，最　好在起动时在转子和Ｄ。间串联频敏变阻器　ＦＲ。斩波开关ＣＳ维持长通，电机靠频敏电　阻限流起动，待起动至ｎ＞１／２ｎＮ后频敏变　阻器经接触器Ｋ　短路，ＣＳ按斩波模式工作，　ＩＧＢＴ的电压低，线路和操作也较简单。旁路　时，先令ＣＳ长通，电机转入恒速运行，到能　停车时，手动合上刀。开关Ｋ，，调速装置完　全不工作。　

３结语　本文介绍的是一种大功率电机和泵用　中压电机的调速方法，其特点是用３８ｏｖ＆￣　压ＩＧＢＴ变频器调节６．０ｋＶ或１０．０ｋＶ中压绕　（下转９０页）　变压器总容量占４９％，台数占５２％，而节能　经济性变压器只占总容量的５１％。可见，技　术和经济性能均较低的Ｓ７和ＳＪ型配电变压　器依然是该线路电能分配的主体。　２．２无功补偿节能降耗节能经济运行方案　（１）方案确定。　在日常运行过程中，我们发现该条线　路总体功率因数普遍较低，大致缺少无功　容量为４００ｋＶＡ，为此，本文将采用三种方　案如下。　方案，在线路主干线１／３处（６０００ｍ处）　外加装一台容量为４００ｋＶＡ的ＳＶＣ无功补偿　装置，采用动态补偿方法。　方案二，在线路主干线２／３处（１２０００ｍ　处）外加装一台容量为４００ｋＶＡ的ＳＶＣ无功　补偿装置，采用动态补偿方法。　方案三，在线路主干线ｌ／４处（４５００ｍ处）　外加装一台容量为４００ｋＶＡ的ＳＶＣ无功补偿　装置，采用动态补偿方法。　（２）线路加装无功补偿装置后的效果。　线路不同部位加装无功补偿装置后所　带来的节能降耗效果如表２所示。　从表２可知，所有方案的损耗率都比改　造前有所降低，损耗率降低最多的方案三的　平均损耗率为６．６７％，比改造仅降低了１．１４　个百分点，可以判断单纯靠加装无功补偿　装置所起到的节能降耗效果不很明显。　２．３更换导线节能降耗经济运行方案　（１）方案确定。　经计算分析，该条线路主干线的经济　截面为８０ｍｍ　，处于该经济截面的７０ｍｍ　和　９　５ｍｍ　架空导线均满足要求，结合改造经　济成本，本文选７Ｏｍｍ　的架空导线进行改　造，同时考虑该区域负荷平均增长率为８％，　最大增长率为ｌ２％，按照５年和ｌＯ年的线路　规划进行分析。　（２）线路更换导线后的效果。　线路更换输电导线后所带来的节能降　耗效果如表３所示。　从表３可以看出，当线路日平均负荷按８％　的增长率计算，到线路运行第５年时，节能降　损方案的电压合格率指标为６７．５％，但代表日　最大负荷按同样增长率运行到第１０年时，该　线路均荷电压合格率指标仅为２５．８９％。因此，　可以认为单纯更换导线的方案不能满足该　线路５年高效经济运行规划的需求。　２．４平衡三相负荷节能降耗经济运行方案　为了降低配电网中配电台区的低压干　线的线损，提高农村低压电网的供电经济　性和可靠性，在开展三相负荷平衡运行管　理工作时应从以下几个方面人手。　（１）将配电台区三相负荷平衡运行管理　水平列入对供电所管理的综合考核项目，　以便建立健全的配电台区负荷平衡运行管　理制度。　（２）在供电所设置专门的负荷平衡监测　仪器或系统，定期对配电干线各相供电负　荷情况进行监测统计，并利用微机技术绘　制低压配电干线各相的负荷曲线，为配电　台区制定三相负荷平衡运行调整提供有效　的依据。　（３）由干配电线路上负荷的种类、用电　时间波动性较大，因此要获得绝对三相负　荷平衡运行工况足　可能的。因此，只有加　强日常运行维护管理，通过历史数据信息　制定合理的负荷相间切换调度可以基本满　足三相平衡的要求，同时在调整过程中只　要公用中性线的电流值不大于额定电流的　２５％就认为三相负荷调整满足系统运行的　需求。　（４）配电台区的三相负荷平衡应该坚持　“就地调整”的原则，应根据配电实际情况　选择每月测试１次，每季度或半年调整１次　的综合调整周期。在三相负荷调整时，每条　单相分支线应按“统筹平衡主线负荷”的原　则，分别Ｔ接在Ａ，Ｂ，Ｃ三相供电线路上。　（５）采用在线监测技术，对用电不合理的　用户应加强电能稽查力度，防止窃电导致供　电电能损耗，增加供电企业的运营成本。　２．５配电网综合节能降耗经济运行方案　（１）方案确定。　该条线路的综合节能降耗措施包括以　下几点。　①选取加装无功补偿装置中节能效果　（上接８８页）　线电机转速。主电路简单，除主频器外无其　他大设备。逆变器容量小，仅电机功率的　２０％～３０％。运行功率因数高，谐波小，需使　用绕线电机，对已有笼型电机的改造项目　有些不便，这问题可通过收购废弃旧电机，　随着调速装置成套供应同样安装尺寸的新　电机来解决，这方面已经有不少实例和经　验。鉴于各行业的大型企业中风机和泵类　调速节能的巨大经济潜力，调速节能改造　势在必行。通过以上对比，我们不难得出一　个结论：和高压变频器相比，大功率电机和　泵用中压电机的调速方法，转子变频调速　系统在性能指标、节能效果，资金投入、占　地面积等各方面都具有明显优势，是企业　风机泵类调速的最佳方案。从用中功率低　压变频器调节大功率风机和泵用中压电机　转速我们得出一些经验与结论，在以后的　工作当中更加有效的结合实际情况来运用　中功率低压变频器调节大功率中压电机转　速，带来更大的效率。　９Ｏ　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　动力与电气工程　最为明显的Ｃ（Ｇ）－１／３—４００方案。　②更换线路中的主干线导线截面为　ＬＧＪ－７０ｍｍ　。　③用Ｓ１　３：　能型变压器更换线路中的　不经济性变压器，并根据实际统计分析选　取合理的位置安装有载调压变压器。　④在线路距离超过优化范围的配电变　压器处加装电压调节器。　⑤在用电负荷集中、用电量大的负茼　点出进行就地无功电容器补偿。　（２）线路进行综合节能降损措施优化后　的效果。　该配电线路在经过综合节能降耗措施　优化后，该线路取得了明显的节能效果，具　体数据见表４所示。　从表４可知，该线路采用综合节能降耗优　化措施后，有明显的节能降耗效果，其中无功　功率得到有效提高，从改造前平均７１０ｋＶＡ提　升￣１］９８６ｋＶＡ，提升率高达３８．９％。损耗率也　由改造钱的平均１１．３４％减少！Ｎ４．５７％，高达　７个百分点，可见节能效果十分叫显。