葉章梅
摘 要:將電子控制技術(shù)應(yīng)用于新型發(fā)電機的制造,其主要性能是采用永磁發(fā)電機做為基礎(chǔ)電源,經(jīng)電子整流、濾波、逆變器逆變、變頻器變頻、形成供電平穩(wěn)、頻率穩(wěn)定、帶負載能力強的標準無污染工頻交流電源,同時增加智能化遠動控制,以適應(yīng)遠程集中控制的目的。
關(guān)鍵詞:變頻;發(fā)電機;技術(shù);永磁發(fā)電機
中圖分類號:TM313 文獻標志碼:A 文章編號:2095-2945(2017)29-0021-02
1 變頻發(fā)電機創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)背景
隨著電子的高速發(fā)展,新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷完善,使該行業(yè)更好地向各行業(yè)、各領(lǐng)域拓展?jié)B透,本項目就是采用新型的電子控制技術(shù)用于開發(fā)研究目前先進的、科技含量較高的,具有小型輕便化,能節(jié)約大量生產(chǎn)原材料,節(jié)約能源降低消耗的、新型變頻發(fā)電機。該發(fā)電機是以永磁發(fā)電機作為基礎(chǔ)能源,將永磁發(fā)電機發(fā)出的中頻、中壓交流電源,經(jīng)電子電路的整流,變頻、逆變形成標準的、無污染的工頻正弦交流電源,使供電系統(tǒng)的性能指標好,電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、波形失真小,容易實現(xiàn)多臺并機運行。其控制電路采用專用芯片控制,易于實現(xiàn)整機的智能化控制,有利于小型化設(shè)計、軟件版本、功能擴展等升級設(shè)計。這種較為全面的方案設(shè)計,還需確保整機有較好的產(chǎn)品性價比,有較低的生產(chǎn)成本,既保證適宜的產(chǎn)品價格,還能節(jié)約大量的銅、鋁、硅鋼片等有色金屬材料的消耗,有著良好市場潛力,不適為一種新型的能源產(chǎn)品。其主要技術(shù)要求如下:
變頻發(fā)電機創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)方案,就是采用與目前普通發(fā)電機根本不同的磁電轉(zhuǎn)換方式,省去了普通發(fā)電機的勵磁繞組部分,因此也防止了普通發(fā)電機勵磁部分常常發(fā)生的短路、斷路、接觸不良、絕緣擊穿等方面問題,不但節(jié)約了大量的漆包銅線和硅鋼片等,而且大大減輕了整機重量和制造工藝難度,消除了發(fā)電過程其勵磁部分所消耗的激勵能源,減少了能源消耗,減少了排放噪聲和污染。取而代之的用小型輕便化、可靠性高的永磁發(fā)電機作為電源,用電子技術(shù)將永磁發(fā)電機發(fā)出的中頻、中壓交流電流,進行整流、濾波、逆變器逆變與變頻器變頻形成的標準正弦電流進行控制合成,形成穩(wěn)定、可靠、無污染、標準的、輸出能力強的工頻正弦交流電源,以達到適應(yīng)各種設(shè)備、各種負載的使用要求。
經(jīng)上述方案研發(fā)的新型變頻發(fā)電機,在增加了許多控制和遠動智能化技術(shù)后,其總成本比同類的普通機型略高10%,但就其很好的過載能力(比普通機型高30%的過載能力),和所運行中節(jié)約的燃料消耗,從使用成本上將大大低于目前普通發(fā)電機的使用成本。按目前普通機型5kW以下機組,年貿(mào)易量以國內(nèi)制造水平500萬臺計算,按年替代率5%的水平更新,其年改造量在30萬臺水平,按單臺價格1000元估算,可實現(xiàn)3億元的產(chǎn)值,如加上油機和機組價值,其交易水平在10個億上下,這算是不少的數(shù)字。為了更好地推進目標的實現(xiàn),公司已組成了專項的研發(fā)小組,其人員除專業(yè)的電子控制技術(shù)人才,還包括了機電、材料、工藝方面的技術(shù)人才,以及與相關(guān)實驗、檢測的專業(yè)機構(gòu)人員配合,經(jīng)過了近三年的研發(fā)努力,已基本形成了產(chǎn)品樣機和前期的試驗檢測。從產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈上,上游還能節(jié)約大量的銅、硅鋼片及鋁材等,經(jīng)目前樣機的比較,電機制造消耗(按同類機對比),銅材可節(jié)約75%以上,硅鋼片可節(jié)約70%左右,還能減少60%以上的制造費用。從下游的機組使用上,能節(jié)省10%-15%的燃油消耗,其經(jīng)濟效益和節(jié)約上述材料、燃油所帶來的社會效益,更是不可小視的數(shù)字。
2 變頻發(fā)電機創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)主要技術(shù)及創(chuàng)新點
關(guān)鍵技術(shù)是如何將永磁發(fā)電機發(fā)出的非工頻的高電壓,轉(zhuǎn)換成可自行控制,適應(yīng)負載使用要求,節(jié)能、降耗、輕便、可靠的新型供電電源,其主要技術(shù):
(1)解決能適應(yīng)交變調(diào)制,帶載能力平穩(wěn),轉(zhuǎn)換效率高的永磁發(fā)電機。
(2)采用新型的電子應(yīng)用技術(shù),對永磁發(fā)電機發(fā)出的中頻、中壓電源進行整流、變頻、逆變形成適應(yīng)負載能力的高適應(yīng)性能源。
其創(chuàng)新點:
(1)從永磁發(fā)電機的選用和制造角度,采用具有剩磁感應(yīng)強度和矯頑力大,最大磁能積高,在規(guī)定的溫度下退磁曲線接近直線,能保證電機氣隙中有足夠大的氣隙磁場和標準規(guī)定的性能指標。由于永磁發(fā)電機取消了勵磁繞組,不存在普通發(fā)電機的勵磁短路、斷路、絕緣損壞等一系列可能故障,也沒有勵磁繞組的損耗和雜散損失,因此永磁發(fā)電機的節(jié)能比普通同功率發(fā)電機小40%以上。
(2)采用電子應(yīng)用技術(shù),對永磁發(fā)電機發(fā)出的中頻、中壓電源,進行交——直——交的轉(zhuǎn)換,從整流、逆變和變頻,轉(zhuǎn)換為電壓、頻率穩(wěn)定的、標準無污染的工頻電源。為達到這一要求,需要對逆變控制信號的SPWM脈寬調(diào)制波為20KHz的信號調(diào)制進行防干擾處理,以防止系統(tǒng)發(fā)生崩潰,同時又應(yīng)消除其信號對其他電路的影響,防止對其他回路信號產(chǎn)生次干擾,引起誤判斷,誤控制和誤動作。
(3)系統(tǒng)采用集中控制電路,實現(xiàn)對逆變、脈沖發(fā)送、顯示功能、逆變保護和遠程通訊控制的功能,使輸出電壓穩(wěn)態(tài)精度高,動態(tài)響應(yīng)速度快,而且波形畸變率低,可以對系統(tǒng)的各個運行狀態(tài),即過電流、過電壓、短路、過載等故障實行自診斷,實現(xiàn)對逆變過程的自保護、自恢復,從而達到保護設(shè)備、提高壽命的目的。
3 社會經(jīng)濟效益
變頻發(fā)電機與普通發(fā)電機對比,省去了普通發(fā)電機的勵磁繞組,這樣既沒有普通發(fā)電機存在的勵磁短路、斷路、絕緣損壞等故障發(fā)生,而且結(jié)構(gòu)簡單,緊湊,可靠性高。就電機部分而言,主要材料漆包銅線和硅鋼片的用量僅分別占同類普通型發(fā)電機的25%和30%,其制造的材料成本只占原同類普通發(fā)電機的30%,而且永磁發(fā)電機的制造工藝簡單,制造工時也只有原發(fā)電機的20%。按總成本平均永磁發(fā)電機的生產(chǎn)總投入只有原來同類普通發(fā)電機的25%。雖然發(fā)電機增加逆變器部分,但因本項目產(chǎn)品的發(fā)電效率高,在輸出相同功率時的油耗降低了5%-8%,加上減少激勵勵磁所消耗的油耗,總體可節(jié)約燃料10%-15%,而且過載能力可達20%以上,這在許多配套場合,可替代高一個檔次的機組使用。endprint
從經(jīng)濟角度,目前項目測算的價值是以變頻部分的價值狀況進行計算的,不包括機組的總體價值,其總量只占總體的四分之一。從市場角度,其產(chǎn)業(yè)規(guī)模按小型發(fā)電機組的應(yīng)用市場情況分析,替代的比例按總銷量的20%估算,年銷量可達數(shù)十萬臺以上的空間(以5kW以下而言),再者從節(jié)能降耗的角度,由于國際市場的油價逐年上升,節(jié)能降耗的產(chǎn)品將進一步受到用戶歡迎,雖然目前的產(chǎn)品市場主要在歐美等發(fā)達國家,但隨著經(jīng)濟的發(fā)展和市場的進步,其領(lǐng)域?qū)⑦M一步延伸。
社會效益,從節(jié)約燃油所產(chǎn)生的對空間的排放噪聲和排放污染,就是一筆相當可觀的社會效益。再加上節(jié)約有色金屬材料所帶來的資源消耗,開采消耗,資源生產(chǎn)過程的燃料,環(huán)境的污染和損耗等等,均為不可小視的社會效益。
4 變頻發(fā)電機創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)完成情況
4.1 項目產(chǎn)品特性
項目的完成情況已實現(xiàn)合同提出的要求。產(chǎn)品的主要使用對象為軍工行業(yè)的通訊車載系統(tǒng)等設(shè)備,產(chǎn)品性能完全達到用戶要求。從用戶的評價角度,項目的技術(shù)水平達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
4.2 主要技術(shù)與性能指標
完成技術(shù)指標
(1)額定功率: 3kW
(2)額定頻率: 50Hz
(3)額定電壓: 230V
(4)額定電流: 14.5A
(5)電壓整定范圍(%): 92.9-107.4
(6)穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率(%): +0.16
(7)穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)整率(%): 0.78
(8)電壓波動率(%): 0.04
(9)頻率波動率(%): 0.19
(10)瞬態(tài)頻率調(diào)整率(%): +2.0
(11)電壓穩(wěn)定時間(s): 0.5
(12)頻率穩(wěn)定時間(s): 1.0
4.3 經(jīng)濟指標
完成經(jīng)濟指標
(1)累計銷售收入(萬元): 2671
(2)累計凈利潤(萬元): 213
(3)累計繳稅總額(萬元): 182
(4)新增就業(yè)人數(shù)(人): 51
5 變頻發(fā)電機創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)
增強企業(yè)核心競爭力和本行業(yè)技術(shù)進步的貢獻。解決了企業(yè)技術(shù)方面的瓶頸問題,加快了企業(yè)自主研發(fā)能力,進一步提高了企業(yè)核心競爭力。另一方面也為促進企業(yè)項目的研發(fā)過程和進度,能夠更加有序地進行,能按照目標要求所提出的方案,逐步逐項地解決完成,真正起到了促進研發(fā),發(fā)展生產(chǎn)的作用。變頻發(fā)電機創(chuàng)新技術(shù)的研究開發(fā)更重要的是從項目的高端研發(fā)成功后,進一步延伸項目技術(shù)對中、低端同類產(chǎn)品市場的開拓和發(fā)展,企業(yè)正在向這方面的努力,進一步與相關(guān)院校進行合作,盡快將項目成果轉(zhuǎn)化為系列的商品化產(chǎn)品。
6 未來發(fā)展構(gòu)想
企業(yè)的發(fā)展離不開市場的占有,資產(chǎn)的積累。企業(yè)十余年發(fā)展歷程,始終是沿著自主研發(fā),產(chǎn)品專業(yè)化的道路進行的。企業(yè)從自有的發(fā)電機勵磁調(diào)壓器項目,進一步進行目前的變頻發(fā)電機項目研發(fā),都是為更好地拓展市場。為能實現(xiàn)企業(yè)從核心競爭向整體發(fā)展的轉(zhuǎn)移,我們不但要立足眼前項目的實施和形成規(guī)模,而且要立足企業(yè)的自身積累,繼續(xù)做好、做強現(xiàn)有的項目產(chǎn)業(yè)。并與相關(guān)的大專院校、企業(yè)、行業(yè)進行合作、聯(lián)合,實現(xiàn)產(chǎn)品從中間階段到上下游整體產(chǎn)品系列化、市場化的完成,真正讓創(chuàng)新、進步、發(fā)展成為企業(yè)走向輝煌的基礎(chǔ)。
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