發(fā)電廠凝泵6kV高壓電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)分析

張萍

摘? 要：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，在電力行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，電廠自用機(jī)械高壓大功率交流電動(dòng)機(jī)的需求量不斷增多，大部分都是高壓電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行中存在低負(fù)荷時(shí)電機(jī)空耗較大，導(dǎo)致用電率較高，如果不采取相應(yīng)的調(diào)速舉措，會(huì)加大電能的浪費(fèi)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，高壓變頻技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。發(fā)電廠凝泵6kV高壓電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)比較先進(jìn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，該文就此展開具體探索。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵? 變頻調(diào)速? 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM921 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）03（c）-0013-02

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，電力傳動(dòng)技術(shù)，替代直流調(diào)速、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)逐漸發(fā)展成為重要趨勢(shì)。變頻調(diào)速技術(shù)在地域電動(dòng)機(jī)的調(diào)速活動(dòng)中得到廣泛應(yīng)用，隨著技術(shù)提升、制造工藝的發(fā)展，高電壓大功率變頻調(diào)速器生產(chǎn)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，工業(yè)化的提升、全球能源短缺，使變頻器在機(jī)械、化工、食品等行業(yè)應(yīng)用，并帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? 變頻調(diào)速的意義以及影響

1.1 變頻調(diào)速的意義

電動(dòng)機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)，在改善環(huán)境、促進(jìn)工藝流程過(guò)程中具有重要意義，變頻調(diào)速具有顯著的效率高、節(jié)電效果、適用性等優(yōu)勢(shì)，被國(guó)際上認(rèn)定為最有前途的調(diào)速手段。高壓變頻調(diào)速技術(shù)，是一種新型的節(jié)能技術(shù)，符合現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的發(fā)展需求，發(fā)展比較成熟，具有良好的節(jié)電效果，廣泛應(yīng)用于電力產(chǎn)業(yè)?，F(xiàn)如今，我國(guó)電能利用率較低，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，尤其是水泵使用閥門、風(fēng)機(jī)使用風(fēng)門擋板，適時(shí)調(diào)整相應(yīng)的水量、風(fēng)量，對(duì)于能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。與此同時(shí)，變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展成為節(jié)約能源的重要舉措，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的提升具有重要意義。

變頻器使用的調(diào)速方法，主要是使用定子頻率的改變，調(diào)節(jié)異步電動(dòng)轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度與頻率成比例，故改變頻率可以成正比改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。變頻器最重要的作用就是調(diào)速，降低相應(yīng)的啟動(dòng)電流。變頻器主要是借助電力半導(dǎo)體器件的通斷效果，讓交流電變?yōu)橹绷麟?，再逆變成交流?shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的效果，這些不用改變電壓就可以實(shí)施控制。變頻器是變頻技術(shù)的重要載體，它的原理通過(guò)變頻技術(shù)、微電子技術(shù)的應(yīng)用，改變電動(dòng)及動(dòng)作電源頻率，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，構(gòu)成比較復(fù)雜，解決了設(shè)備電能耗量大的問(wèn)題，節(jié)約了企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本。

電動(dòng)機(jī)變頻的節(jié)能方法主要有變頻調(diào)速節(jié)能法、提高功率因數(shù)節(jié)能法、軟啟動(dòng)節(jié)能法。

設(shè)備容量增大會(huì)導(dǎo)致工頻運(yùn)行浪費(fèi)的問(wèn)題，應(yīng)用變頻調(diào)速的方法，調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行速度，具有重要的節(jié)能效果。對(duì)于電動(dòng)機(jī)調(diào)速過(guò)程中，提升功率因數(shù)，這體現(xiàn)了重要的變頻器節(jié)能效果，電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電流可以達(dá)到4～6倍的額定電流。過(guò)大的啟動(dòng)電流，會(huì)加重電路功率的損耗，使電壓產(chǎn)生波動(dòng)，對(duì)機(jī)械設(shè)備、電網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊。所以，在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要增加變壓器的容量，減少過(guò)大的啟動(dòng)電流對(duì)設(shè)備造成的損害。

1.2 變頻調(diào)速的影響

變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)造成不同的諧波電壓、電流，讓電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流情況中運(yùn)行，高次諧波會(huì)造成電動(dòng)機(jī)鐵耗、定子銅耗及附加損耗，這些損耗會(huì)使電動(dòng)機(jī)升溫，降低其運(yùn)轉(zhuǎn)效率，設(shè)備溫度會(huì)升高。變頻器載波頻率從幾千到十幾千赫，電動(dòng)機(jī)會(huì)承受過(guò)高的電壓，對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生重大沖擊，增加了電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣的難度。普通電動(dòng)機(jī)使用變頻器供電時(shí)，由于受到通風(fēng)、電磁、機(jī)械等影響，產(chǎn)生振動(dòng)噪聲，讓其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程變得更加復(fù)雜。

變頻電源中各次諧波、電動(dòng)機(jī)電磁部分空間諧波相互影響，造成電磁激振力，增加機(jī)械設(shè)備的噪音。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的工作頻率范圍比較廣，轉(zhuǎn)速變化程度比較大，在電動(dòng)機(jī)構(gòu)件固有振動(dòng)效率方面具有很大難度。當(dāng)電源頻率較低時(shí)，電源中的高次諧波會(huì)出現(xiàn)高消耗的問(wèn)題，其次變通電機(jī)轉(zhuǎn)速減小時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的比例減小，導(dǎo)致電機(jī)熱量難以散發(fā)出去，讓其溫度不斷升高，在恒轉(zhuǎn)矩輸出方面存在很大難度。

隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提升、能源的短缺，高壓變頻調(diào)速技術(shù)打破了這一局限性，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，通過(guò)降低電機(jī)頻率，會(huì)降低其速度，在頻率調(diào)小的過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)下降。因?yàn)闄C(jī)械慣性的影響，電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]有出現(xiàn)變化，當(dāng)同步轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的相位發(fā)生巨大改變，電機(jī)發(fā)展成為發(fā)電狀態(tài)。與此同時(shí)，電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電機(jī)處于再生制動(dòng)的狀態(tài)。由于直流電路的電能沒(méi)有回饋至電網(wǎng)，通過(guò)變頻器本身電容量的吸收，對(duì)電能有所消耗，在短時(shí)間內(nèi)電荷堆積，形成“泵升電壓”，讓直流電壓升高。但是過(guò)高的直流電壓會(huì)損害零部件。所以，要采取科學(xué)的策略實(shí)施控制。

2? 凝結(jié)水泵的工作系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的分析

2.1 凝結(jié)水泵的作用

凝結(jié)水泵是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)化為葉輪輸送流體的壓能和動(dòng)能的動(dòng)力設(shè)備，主要作用是輸送凝汽器熱井中的凝結(jié)水到除氧器，在火力發(fā)電廠中，凝結(jié)水泵對(duì)于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力循環(huán)具有深遠(yuǎn)的影響。離心式泵是依靠裝在主軸上葉輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)葉輪上的葉片對(duì)流體作用，增強(qiáng)流體能量，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸流體的目的。

在泵殼內(nèi)充滿液體的情況下，通過(guò)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，液體在慣性力的重要作用下，由中心流向葉輪邊緣，使流速、壓強(qiáng)不斷升高，提升其運(yùn)轉(zhuǎn)速度，流出葉輪進(jìn)入泵殼內(nèi)，這時(shí)將出口閥門開啟，將壓出室的液體排除，這就是平時(shí)講的壓出過(guò)程。同時(shí)，因?yàn)槿~輪中心液體流向邊緣，形成相應(yīng)的低壓區(qū)，當(dāng)其具有足夠的壓強(qiáng)、真空時(shí)，會(huì)讓葉輪中心處液體的總能頭，比吸水池液面處的液體總能頭要低時(shí)，通過(guò)總能頭差的影響，將液體經(jīng)過(guò)吸入管傳送至葉輪，這個(gè)過(guò)程稱為吸入過(guò)程。葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，流體就會(huì)不斷地被壓出、吸入，形成了水泵的連續(xù)循環(huán)，采用變頻調(diào)速可以節(jié)省大量電能，綜合經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

2.2 調(diào)速系統(tǒng)控制原理

只要調(diào)整電樞電流的大小，就可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)精確的轉(zhuǎn)矩控制，能輕易滿足恒轉(zhuǎn)矩的控制要求，這也是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)低速扭矩非常良好的根本原因。對(duì)于直流電機(jī)的調(diào)速，轉(zhuǎn)速n=（電樞電壓U-電樞電流I×電樞內(nèi)阻R）/常數(shù)Kφ，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的內(nèi)阻R非常小，所以轉(zhuǎn)速n≈電樞電壓U/常數(shù)。電樞電壓U幾乎和轉(zhuǎn)速n成正比例關(guān)系，這也是直流電機(jī)調(diào)速通過(guò)發(fā)電機(jī)調(diào)壓都能滿足控制重要原因。后來(lái)可控硅等器件發(fā)明出來(lái)了，通過(guò)全控橋或者半控橋，直接可以讓交流電變成可控的直流電，電壓大小可以任意快速可調(diào)，這樣用來(lái)控制控制直流電機(jī)的電樞電壓大小，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。控制理論發(fā)展起來(lái)后，還對(duì)直流電機(jī)使用了串級(jí)系統(tǒng)來(lái)調(diào)速，也就是速度環(huán)在外邊，速度偏差作為電流環(huán)的給定，電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，兩個(gè)環(huán)都使用PID調(diào)節(jié)器來(lái)完成控制，響應(yīng)快，精度高，扭力大，調(diào)速范圍寬。變頻調(diào)速電機(jī)，可以在變頻器的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)其轉(zhuǎn)速、扭矩科學(xué)調(diào)整，適應(yīng)其變化要求，并且提高了電機(jī)繞組的絕緣性能。

3? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在電力行業(yè)的發(fā)展中，對(duì)電廠自用機(jī)械高壓大功率交流電動(dòng)機(jī)提出了更高的發(fā)展要求，其應(yīng)用量越來(lái)越大。大部分都是高壓電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行中存在低負(fù)荷時(shí)電機(jī)空耗較大，導(dǎo)致用電率較高，如果不采取相應(yīng)的調(diào)速舉措，導(dǎo)致電能資源的巨大浪費(fèi)。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓變頻調(diào)速技術(shù)打破了這一局限性，有效節(jié)省了能源，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

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