浅谈斩波内馈调速技术在工业设计中的应用

工作报告 |

时间:

2021-09-01 10:46:42

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引言

当前大多数工业大型厂房中用电耗电量主要为风机、泵类等设备。因此经常出现风机、水泵负载率长期偏低或负荷经常变动且幅值较大e,通常采用高效的调速技术改变电动机转速,从而达到节电目的。 其中,以引风机最为突出,大部分厂房中的引风机因功率较大,需采用高压电机,当前最广泛的调速方式为对高压变频调速及斩波内馈调速。

高压变频调速技术已经得到了广泛的应用,使用范围基本上覆盖了我国各主要行业。斩波内馈调速是我国首创的新型交流调速技术,特别适用于需要高效节能的高压大中容量交流电机的调速。虽然斩波内馈调速技术发展应用的时间并不长,但因其有自身的优势,目前在工业厂房设计中也逐渐应用开来。

1 斩波内馈调速技术与高压变频技术的比较

目前我国的大部分工业厂房中,除引风机外其他厂用电负荷因功率较小均为低压供电,需要调速的电机多数采用低压变频调速,技术成熟,且经济灵活。而引风机作为全厂最大用电负荷,常常采用10kV或6kV供电,其常见的两种调速方式(即斩波内馈调速和高压变频调速)之间的优劣,一直广为争论。

下面从几个方面比较两种调速方式:

1.1 调速原理的不同

高压变频器是一种高-高做法,由高压输入,再高压输出到高压电机,所有元件均承受高电压,通过多组IGBT模块组合实现大容量、高压变频。相应元件故障率较高。但进口IGBT模块运行可靠性较高,稳定性很好,整体故障概率较低。

斩波内馈调速是一种以低压控高压的高效率调速技术,突出特征在于“内馈”与“斩波”两项高新技术的有机结合。与变频调速不同的是,内馈调速采用的是转子控制,因此避开了定子控制的高压问题。它是使用在低电压、小电流上运行,采用元器件数量较少,系统较小,可靠性较高。

1.2 功率因数及谐波影响

高压变频器输入侧的功率因数较低,目前变频器较多的使用电抗器法来改善变频器的功率因数。

斩波内馈调速的功率因数可以达到0.85,并且可以采用“内补偿”技术,将功率因数提高到0.92。

高压变频器的整流和逆变线路都使用了电力电子器件的开关特性,在其输入和输出端都会产生波形畸变,对供电线路和负载电机造成有害的影响。因此,一般采用谐波滤波器对其产生的谐波进行治理。

斩波内馈调速系统控制功率小,由于是在电机转子侧实施调速控制,而转子电压较低,其控制功率只为电机功率的25%左右,所以它的谐波污染小,电流畸变率小于4%,由于电机转子的隔离作用不会反馈到电网。由于电机的转差能量通过逆变器,经过输出滤波器反馈到电机的附加绕组,其附加绕组也起到隔离作用,因此电机不会产生谐波。

1.3 对电动机的要求的不同

高压变频器采用普通鼠笼电机,新建及节能减排改造项目均可使用,适用范围较广。

内馈斩波调速采用绕线式内反馈电机,内反馈定子多一套反馈绕组,因此适用范围相对高压变频器较窄,多用于新建项目。

1.4 调速范围[1]

高压变频调速范围是0%~100%,几乎适用于所有的需调速的设备。斩波内馈调速装置的調速范围,标准配置是额定转速的50%~100%,在应用范围上有一定的局限性。相比起来高压变频在调速范围上有较为明显的优势。

1.5 设备尺寸及环境要求

高压变频装置系统庞大,元件数量较多,设备尺寸较大(WxDxH:5200~10000x1200x2200)。并且高压变频器中发热元件较多,运行时散热量较大,控制系统运行环境要求也较高,因此宜将高压变频装置设置在独立房间内,并安装空调来调节运行环境温度。斩波内馈调速装置采用元器件数量较少,设备尺寸较小(WxDxH:2700~3400x800x2200),对设备运行环境要求也不高。目前大多数国内工业厂房, 0米层一般较为紧凑,很难有条件单设一个高压变频器室。

1.6 设备投资

斩波内馈调速系统由于系统相对高压变频器来讲结构较为简洁,其设备投资水平相对较低,虽然其驱动电机需采用绕线式内反馈电机,相比普通鼠笼电机造价略高,但整体造价仍低于高压变频器。

通过以上几方面的比较,不难发现,虽然斩波内馈调速在对电动机的要求及调速范围方面比高压变频调速有些许不足,但相对重要的几个衡量指标:谐波、设备尺寸及环境要求、设备投资,斩波内馈调速系统都有高压变频无法比拟的优势,也就是说,斩波内馈调速技术相对高压变频技术更适合在厂房中有大功率高压电机的调速应用。

2 斩波内馈调速系统在垃圾焚烧发电厂中的设计应用

斩波内馈调速系统主要有以下设计内容:

2.1 一次回路包括:斩波内馈调速装置到内馈电机的转子绕组的线路,到内馈绕组的线路,高压电机出线柜到内馈电机的定子绕组的线路。低压配电箱到斩波内馈调速装置的电源线路等。

2.2 斩波内馈调速装置到高压配电柜的控制信号有[2]:远控合闸命令信号、远控跳闸命令信号、合闸位置状态信号、高压柜电压信号,交流电流信号、备用直流电源信号等。

2.3 斩波内馈调速装置到DCS系统的控制信号有:全速状态信号、启动状态信号、停车状态信号、控制柜散热风机故障信号、控制柜远控指示信号、调速故障报警信号、允许模拟信号调速指示信号、急停按钮动作信号、起动命令信号、停车命令信号、升速命令信号、降速命令信号、全速命令信号、调速命令信号、4~20mA给定信号、4~20mA转速指示等。

2.4 还可设置电机绕组轴承测温PT电阻,内馈电机的测速系统等。

3 斩波内馈调速系统的控制及运行方式

系统的控制及运行方式:

3.1 启动时,直接控制高压开关柜,电机经频敏启动,可以减小启动电流并增大启动转矩。

3.2 调速运行时,直流回路存在较大的电磁能量,如果直接停电,将产生过电压使可控硅损坏,所以调速停车时,设置的逻辑控制会自动转到全速后再停车。事故停电有断电和过压保护,防止了设备的损坏。

3.3调速设备可以在不停机的情况下自检。即设备可在全速运行状态时,可以用低电压小电流模拟调速运行,这样可在不影响运行的情况下检测斩波器和逆变器是否正常,给检修带来极大的方便。

3.4 在中央控制室实现远方操作。该方式与本机操作相同,且更加方便。

3.5 DCS控制方式。远方操作指令在给定4—20mA控制信号下实现稳定、平滑调速,并在出现断线故障时能够保持原来给定转速,同时发出断线报警信号。

4 结论

斩波内馈调速装置还是一个不断完善的新产品,斩波控制元件从晶闸管、GTO、IGBT,一致发展到第四代产品逆导晶闸管;采用可精确显示电机转速的全电子无机械传动测速装置,省去了测速电机装置;采用创新工艺技术,电刷寿命由现有的6000小时提高至30000小时,滑环寿命延长至10年以上等。所以,技术的进步赋予产品更多新生命。

斩波内馈调速装置作为我国首创的一种新型交流调速技术,目前广泛应用在火电、风电等工业及各类市政项目中。斩波调速技术在其中的应用,为节能减排效果最大化做出了突出贡献。斩波内馈调速技术作为一种高性价比的产品,随着技术的不断完善和提高,将为我国的环境保护事业做出更大贡献。

参考文献

[1] 陆浩.高压变频器及内反馈斩波调速系统比较浅析[J].内蒙古石油化工,2009,(5):68-69.

[2] 钱中阳.斩波内馈调速装置在市政行业的应用[J].电气应用, 2010,(12):44-45,84.

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