摘 要:隨著電力電子器件、微電子技術(shù)、電動(dòng)機(jī)和控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，近年來交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展。微型計(jì)算機(jī)、矢量變換控制技術(shù)在高性能交流傳動(dòng)系統(tǒng)中取得了根本性的突破，由于節(jié)能效果明顯，已大量采用交流調(diào)速系統(tǒng)。銀川熱電廠應(yīng)用大功率變頻器對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)行變頻器控制，達(dá)到了調(diào)速操作簡單和節(jié)能的目的。 關(guān)鍵詞: 變頻器;調(diào)速; 電動(dòng)機(jī)控制;節(jié)能 Abstract： with the development of power electronic。pparatus，micro-electronlcs technology，electromotor Bnd automatic controlIechnology．Lhc︿C electromotor ti mjng system is alSO developing recerldy．The microcomputer and vector converting contorl theory make ultimately surmount in high-cepability Ac transmission system． Now Ac timing system is often taken to aave energy． On tlle base of applymg big power transducer In Yinchuan Cogeneration Power Pkm‘introduces lIIe prlnciple of three-phase b︿dge rectifica～on．DC—AC converter，vector COnverting control tlleory 0f asynchronous motor in order to popularize this technolology applying in power plant． Keywords：three—phasebddge rectification；Dc—Ac converler vectorconvering control theory of asynchronous motor 1 引言 在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，盡管直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，但因其存在機(jī)械換相這一致命弱點(diǎn)，使其維護(hù)不便，應(yīng)用環(huán)境受到限制，且制造成本高。相對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)來說，交流電動(dòng)機(jī)（特別是異步電動(dòng)機(jī)）具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，在單機(jī)容量、供電電壓、速度極限等方面也優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)，因此，交流電動(dòng)機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)各部門得到了廣泛應(yīng)用。 隨著電力電子器件、微電子技術(shù)、電動(dòng)機(jī)和控制理論的發(fā)展，近年來交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也有了很大的發(fā)展。電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)、晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速裝置、變頻、變壓調(diào)速系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用;用晶閘管、大功率晶體管逆變器組成的容量從幾十千瓦到幾百千瓦的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)投人了工業(yè)運(yùn)行，具備了制造幾千千瓦無換向器電動(dòng)機(jī)的能力，微型計(jì)算機(jī)、矢量變換控制技術(shù)在高性能交流傳動(dòng)系統(tǒng)中取得了根本性的突破，歷來以恒速傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載，從節(jié)能的需要出發(fā)已大量采用交流調(diào)速系統(tǒng)。應(yīng)用逆變器的高性能交流傳動(dòng)必將成為調(diào)速傳動(dòng)的主流。 2 問題的提出 發(fā)電廠是使用異步電動(dòng)機(jī)最多的地方之一，最宜使用變頻調(diào)速。目前，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)是整個(gè)社會(huì)的主流，在城市中進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行集中供熱是一個(gè)必然的趨勢，但如何提高供熱的品質(zhì)，做到經(jīng)濟(jì)、安全、高效是每一個(gè)熱電廠面臨的問題。 銀川熱電廠二期工程完成后，總供熱面積達(dá)405x10[sup]4[/sup]m[sup]2[/sup]，建設(shè)50個(gè)水一水換熱站，2個(gè)汽-水換熱站。換熱站為無人值班，各種信號(hào)參數(shù)通過無線方式傳人熱電廠熱網(wǎng)調(diào)度中心。熱網(wǎng)首站設(shè)3個(gè)換熱面積250m[sup]2[/sup]和3個(gè)640m[sup]2[/sup]的汽-水加熱器，使用了7臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵，M1、M2、M3熱網(wǎng)循環(huán)泵額定出力流量為650m[sup]3[/sup]/h，配備了3臺(tái)280kw電機(jī)，額定電壓6.3kV，轉(zhuǎn)速295orl面n，M4、MS、M6、M7泵額定出力流量為92靦撇，配備了4臺(tái)560kw電機(jī)，額定電壓6.3kv，轉(zhuǎn)速1470r/min。隨著供熱負(fù)荷的增多，在冬季正常對(duì)外界供熱通過4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵，留3臺(tái)備用。但熱網(wǎng)投人運(yùn)行后下面一些問題也需要進(jìn)行解決。 （1） 冬季和夏季的供熱負(fù)荷相差很大，夏季熱負(fù)荷不到冬季熱負(fù)荷的1/20。 （2）為了能夠達(dá)到高效經(jīng)濟(jì)供熱的目的，二次網(wǎng)熱網(wǎng)循環(huán)泵均采用了變頻技術(shù)，根據(jù)天氣的冷暖調(diào)節(jié)二次網(wǎng)供熱流量，這樣對(duì)一次網(wǎng)的流量控制就提出了很高的要求。 （3）3由于一次網(wǎng)循環(huán)泵總供熱流量大于現(xiàn)有供熱所需流量，一次網(wǎng)循環(huán)泵定速運(yùn)行狀態(tài)下不能適應(yīng)供熱流量的靈活調(diào)節(jié)，為此，提出了采用變頻調(diào)節(jié)的方法。 3 問題的解決 圖1 中 ， M1、M4、M5、M6、M7熱網(wǎng)循環(huán)泵定速運(yùn)行，M2、M3熱網(wǎng)循環(huán)泵可定速運(yùn)行也可變速運(yùn)行，用多種方法進(jìn)行組合控制。在熱網(wǎng)一次網(wǎng)的流量不高于6501113lh時(shí)，啟動(dòng)變頻器進(jìn)行調(diào)速;高于650 m[sup]3[/sup]/h小于920m[sup]3[/sup]/h時(shí)，啟動(dòng)1臺(tái)920m[sup]3[/sup]/h定速泵運(yùn)行，高于920m[sup]3[/sup]/h小于1840m[sup]3[/sup]/h時(shí)，2臺(tái)定速，1臺(tái)變頻;高于1840m[sup]3[/sup]/h小于2760m[sup]3[/sup]/h時(shí)，3臺(tái)定速，1臺(tái)變頻泵運(yùn)行。 [align=center] 圖1 熱網(wǎng)循環(huán)泵系統(tǒng)接線[/align] 銀川熱電廠選用了西門子公司的Maest r面evr型變頻器。這是一款低壓電流源變頻器，最大輸出功率40kw，采用交一直一交變頻方式。而且，還采用了高一低一高的接線方式。這種接線方式將高壓經(jīng)變壓器降壓，降為380V 的電壓等級(jí)，通過變頻器變頻后，再用升壓變壓器升為6kv電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作;為了消除在變頻過程中的諧波干擾，使用了1個(gè)濾波器進(jìn)行濾波。這種方式的變頻器價(jià)格比較合理，技術(shù)更成熟。 4 變頻器調(diào)速的方法及節(jié)能原理 4.1變頻器調(diào)速的方法 變頻器調(diào)速是通過改變輸人到交流電機(jī)的電源頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速的目的。交流異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速由下式確定: n=60f（1-s）/p 式中: n-電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速; f-輸入的電源頻率; s-電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率; p-電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。 由公式 （1）可知，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸人的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機(jī)的極對(duì)數(shù)有關(guān)系，因而交流電動(dòng)機(jī)的直接調(diào)速方式主要有:極對(duì)數(shù)調(diào)速（調(diào)整p）、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速或內(nèi)反饋電機(jī)（調(diào)整s）和變頻調(diào)速（調(diào)整f）等。 變頻器調(diào)速是從電網(wǎng)接收工頻05HZ的交流電，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)制變換方法，將輸人的工頻交流電變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出到交流電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行。 將工頻交流電變換成為可變頻的交流電輸出的變換方式主要有兩種:一種稱為直接變換方式，又稱為交-交變頻方式，它是通過可控整流和可控逆變的方式，將輸人的工頻電直接強(qiáng)制成為需要變頻的交流輸出，因而稱其為交流一交流的變頻方式。另一類稱為間接變換方式，又稱為交一直一交變頻方式，它是先將輸人的工頻交流電通過全控/半控/不控整流變換為直流電，再將直流電通過逆變單元變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出。 4.2 調(diào)速節(jié)能的原理 通過流體力學(xué)的基本定律可知:水泵設(shè)備屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q、壓力（揚(yáng)程）H以及軸功率P具有如下關(guān)系: 式中: Q[sup]1[/sup]、H[sup]1[/sup]、P[sup]1[/sup]-水泵在n1轉(zhuǎn)速時(shí)的流量、壓力（或揚(yáng)程）、軸功率; Q[sup]2[/sup]、H[sup]2[/sup]、P[sup]2[/sup]-水泵在n2轉(zhuǎn)速時(shí)的相似工況條件下的流量、壓力（或揚(yáng)程）、軸功率。 由公式（2）、（3）、（4）可知，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力（或揚(yáng)程）與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。 由公式（4）可知，在其它條件不變的情況下，通過下調(diào)電機(jī)的運(yùn)行速度，其節(jié)電效果與轉(zhuǎn)速降落成立方的關(guān)系，而變頻器調(diào)速就能較好地解決這一問題，達(dá)到節(jié)電的目的，而且節(jié)電效果非常明顯。 5 變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行及節(jié)能 如圖1，熱網(wǎng)循環(huán)泵系統(tǒng)接線，M1、M2、M3熱網(wǎng)循環(huán)泵選用的是HPK-Y200-15型，流量650m[sup]3[/sup]，揚(yáng)程116m[sup]3[/sup]/h，轉(zhuǎn)速2950r/min泵，配用Y3553-2型功率280kw的高壓電動(dòng)機(jī)。M4、M5、M6、M7熱網(wǎng)循環(huán)泵選用的是QSGT920-125型，流量920m[sup]3[/sup]/h，揚(yáng)程125[sup]3[/sup]/h，轉(zhuǎn)速1470r/min泵，配用Y4（X）5一型功率560kw的高壓電動(dòng)機(jī)。正常情況下，變頻器控制M3熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行起到調(diào)速調(diào)節(jié)的作用，其它熱網(wǎng)循環(huán)泵都可以在工頻下定速運(yùn)行。只有當(dāng)M3熱網(wǎng)循環(huán)泵處于檢修或者出現(xiàn)異?；蛘吖收贤＿\(yùn)，通過電氣開關(guān)刀閘切除M3熱網(wǎng)循環(huán)泵，變頻器切換到MZ熱網(wǎng)循環(huán)泵上，控制MZ 熱網(wǎng)循環(huán)泵運(yùn)行，仍然實(shí)現(xiàn)變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)泵達(dá)到調(diào)速調(diào)節(jié)的目的。 冬季和夏季的供熱負(fù)荷相差很大，夏季熱負(fù)荷不到冬季熱負(fù)荷的1龍0。而且在冬季每年自1月初開始供暖，到下一年的3月底結(jié)束。在此5個(gè)月期間，室外溫度經(jīng)過高一低～高的變化，在1日內(nèi)，白天和晚上室外溫度經(jīng)過高一低一高的變化。為了保石創(chuàng)共暖質(zhì)量即室內(nèi)溫度不得低于1此，根據(jù)室外溫度的變化調(diào)整供熱管網(wǎng)的流量和溫度，流量在120m3/h-280In撇，壓力在0.7MPa左右。2臺(tái)或者3臺(tái)定速熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行，再用變頻器控制1臺(tái)調(diào)速熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行。夏季，只供部分生活熱水，熱網(wǎng)循環(huán)泵采用變頻器控制，1臺(tái)泵運(yùn)行，一次網(wǎng)流量在24m[sup]3[/sup]/h腸就能夠滿足。變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)水泵隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，提高了調(diào)整的精度。 在工頻運(yùn)行狀態(tài)下Ml熱網(wǎng)循環(huán)泵定速運(yùn)行，流量為650m[sup]3[/sup]/h，為工頻運(yùn)行狀態(tài)下的最低流量。流量最低的1臺(tái)定速泵每天用電量平均為:280x24=6720kw·h，在供暖期采用變頻器控制的1臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，這臺(tái)泵每天實(shí)際用電量平均為3680kw·b（電度表統(tǒng)計(jì)電量），供暖期結(jié)束后變頻器控制的1臺(tái)循環(huán)泵運(yùn)行，這臺(tái)泵每天的實(shí)際用電量平均為1860kw·h（電度表統(tǒng)計(jì)電量）。 在供暖期內(nèi)變頻器控制的熱網(wǎng)循環(huán)泵每天節(jié)電: 6720-3680=3040（kw·h）; 供暖期結(jié)束后每天節(jié)電: 6702 -1860=4806（kw·）h; 變頻器控制的熱網(wǎng)循環(huán)泵每臺(tái)泵每年節(jié)電: 5x30x3040+7x30X4860二1476600（kw·h）。 按照銀川熱電廠上網(wǎng)電價(jià)0.402負(fù)留kw·h計(jì)算，變頻器控制的1臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)泵每年節(jié)約電: 1476600x0.402=593593.2（元）。 按照銀川 熱電廠超發(fā)多供電量0.175元瓜W·h計(jì)算變頻器控制的熱網(wǎng)循環(huán)泵每臺(tái)每年節(jié)約電: 1476600X0.175=258405（元）。 6 對(duì)設(shè)備的影響 采用變頻器調(diào)整，簡化了運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了閥門全開，減少了閥門節(jié)流的損失，且均勻調(diào)速。減少了轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備泵的葉輪的磨損等，減少了設(shè)備的維護(hù)量。避免了直接用工頻啟動(dòng)時(shí)的大電流大轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)、電纜、開關(guān)及機(jī)械設(shè)備的不利沖擊。同時(shí)，變頻器控制熱網(wǎng)循環(huán)水泵長期在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)小于額定負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)矩。減少了用工頻啟動(dòng)時(shí)的危害。大大提高了設(shè)備的健康水平，這樣不僅延長了電機(jī)的使用壽命，也減輕了軸承的磨損，提高了供熱的可靠性。同時(shí) ， 延長了設(shè)備的檢修周期，減少了對(duì)設(shè)備的維護(hù)量，降低了設(shè)備的檢修費(fèi)用。 7 結(jié)束語 變頻器自199年1月安裝投運(yùn)之今，變頻器性能良好，運(yùn)行可靠性高，維護(hù)量小。 （1）1達(dá)到了節(jié)約用電的目的，增加了銀川熱電廠的上網(wǎng)電量，提高了經(jīng)濟(jì)效益。 （2） 提 高 了調(diào)控的精度，保證了供熱的質(zhì)量，減少了人員頻繁開關(guān)閥門的勞動(dòng)強(qiáng)度。 （3） 使供熱外網(wǎng)的壓力易于維持，減少了設(shè)備的維護(hù)量。 （4） 如果銀川熱電廠的送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵等都采用變頻器技術(shù)控制調(diào)速，將在2～4年收回成本，降低廠用電，提高經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 參考文獻(xiàn): [1] 黃俊.半導(dǎo)體變流技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，1986. 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