周彥家

摘要：文章闡述了電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)能技術(shù)中的應(yīng)用。將電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于供熱系統(tǒng)的補(bǔ)水調(diào)節(jié)上，有效地控制了熱網(wǎng)補(bǔ)水量，既降低了損耗，又提高了自動(dòng)化控制水平。此外文章還介紹了串極調(diào)速系統(tǒng)的功能、原理以及在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)、缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：調(diào)速系統(tǒng)；電機(jī)調(diào)速；節(jié)能降耗；節(jié)能技術(shù)；技術(shù)進(jìn)步

中圖分類號(hào)：TM921

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)14-0061-02

近年來，節(jié)約能源這一工作在工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中越來越得到重視和發(fā)展，在發(fā)電廠中風(fēng)機(jī)和泵的用電量占廠用電量的65％左右，其中循環(huán)水泵、灰渣泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)等更是用電大設(shè)備，對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行調(diào)速性能改造，將大大降低能源消耗，降低廠用電率，節(jié)約生產(chǎn)成本。下面就以風(fēng)機(jī)、水泵為例談兩點(diǎn)電機(jī)調(diào)速節(jié)能技術(shù)及特點(diǎn)：

一、風(fēng)機(jī)的性能及調(diào)速節(jié)電原理

(一)風(fēng)機(jī)的性能

一般的風(fēng)機(jī)的風(fēng)量O，壓力H，軸功率P與運(yùn)行轉(zhuǎn)速n之間有下列關(guān)系Q∝n，H∝n²，P∝n³

(二)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法

風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)方法主要有兩種：一是調(diào)節(jié)擋板，以改變系統(tǒng)的阻力特性；二是改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，以改變風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性。雖然這兩種方法均可達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的，但經(jīng)濟(jì)效果有很大差別。擋板控制法成本低。而且簡便，但是功率損耗比調(diào)速控制大的多；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)風(fēng)量與擋板控制相比可節(jié)約大量的電能。

(三)風(fēng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行節(jié)能原理

風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，而功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。目前，風(fēng)機(jī)多采用不調(diào)速的鼠籠式電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)風(fēng)量需要改變時(shí)，采用改變擋板開度進(jìn)行控制，使大量的電能消耗在擋板及風(fēng)道的阻力上。采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，減少風(fēng)量時(shí)。其軸功率近似按流量的立方將大大下降，從而達(dá)到節(jié)電的目的。

(四)調(diào)速風(fēng)機(jī)、水泵電力拖動(dòng)系統(tǒng)

調(diào)速型電力拖動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，交流和直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)各自發(fā)揮不同的作用。直流調(diào)速裝置具有調(diào)速性能好、調(diào)速范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但它采用了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的直流電動(dòng)機(jī)，它有整流子和電刷，這就影響了直流調(diào)速在風(fēng)機(jī)、水泵中的應(yīng)用。交流調(diào)速裝置采用了結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的交流電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用工頻交流電源，因此得到廣泛應(yīng)用，尤其是風(fēng)機(jī)和水泵負(fù)載具有M∝n²和P∝n³的關(guān)系，且所調(diào)速范圍不大，調(diào)速精度也不需要很高，將成為風(fēng)機(jī)和水泵應(yīng)用最多的一種電力拖動(dòng)形式。

二、交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的分類和特點(diǎn)

(一)分類

按調(diào)速原理n=60f/p(1-S)可分為變頻、變極、變轉(zhuǎn)差率三種方式；按適用于電機(jī)類型，分別適用于鼠籠型和繞線型。

(二)特點(diǎn)

在電機(jī)調(diào)速時(shí)，基本要保持額定轉(zhuǎn)差率，無轉(zhuǎn)差功率損失，如變頻調(diào)速；或?qū)⑥D(zhuǎn)差損失反饋至電網(wǎng)，如串極調(diào)速。

三、變頻調(diào)速和串極調(diào)速的性能及特點(diǎn)

(一)變頻調(diào)速

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等大功率輸出技術(shù)的迅速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、提高經(jīng)濟(jì)效益、降低生產(chǎn)成本推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種技術(shù)手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)良的調(diào)速和起制動(dòng)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，得到廣泛應(yīng)用。發(fā)電廠是消耗能源的大戶，如：水、煤、油(氣)、電等，目前電廠節(jié)約能源的潛力還很大。以我廠為例，在節(jié)能工作中對(duì)水、煤、油、電的消耗都制定了相應(yīng)的技術(shù)措施和管理措施，都已收到了明顯的效果和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。就供電煤耗這一項(xiàng)指標(biāo)而言，與很多因素有關(guān)。降低供電煤耗，在提高機(jī)組效率、鍋爐效率、管道效率的同時(shí)還需降低廠用電率。由于供電煤耗受廠用電的影響，因此，耗電量較大設(shè)備的效率和運(yùn)行方式對(duì)煤耗產(chǎn)生一定影響，如：給水泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)、循環(huán)水泵、給煤機(jī)等設(shè)備。降低廠用電，除合理安排設(shè)備的運(yùn)行方式外，就是從改造設(shè)備上入手。

2003年我廠熱電聯(lián)產(chǎn)技改項(xiàng)目3×12MW凝汽式機(jī)組冬季改為低真空供熱，熱網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需大量補(bǔ)水；補(bǔ)水系統(tǒng)安裝兩臺(tái)補(bǔ)水泵，降低廠用電就從這兩臺(tái)補(bǔ)水泵作試驗(yàn)，將其控制系統(tǒng)改為使用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。在2006年第一個(gè)供暖期結(jié)束后，對(duì)其進(jìn)行了改造。

1.系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)由變頻調(diào)速自動(dòng)控制柜、補(bǔ)水泵、流量傳感器等構(gòu)成，如圖1所示，控制結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.功能及原理。

(1)功能：1)通過改變電源的頻率而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。從而達(dá)到改變泵的出力來調(diào)整控制熱網(wǎng)補(bǔ)水量，既降低了損耗又提高了自動(dòng)化控制水平；2)由于節(jié)流量小，在熱網(wǎng)補(bǔ)水量小的時(shí)候，泵的轉(zhuǎn)速隨之下降，減小了軸承的磨損、發(fā)熱，從而減少了維修量，也降低了成本；3)當(dāng)一臺(tái)泵出力不夠時(shí)，可自動(dòng)啟動(dòng)另一臺(tái)泵，當(dāng)一臺(tái)泵發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)切換另一臺(tái)泵，即有幾種組合運(yùn)行方式來保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；4)因其內(nèi)部設(shè)置了智能傳感器，使熱網(wǎng)補(bǔ)水流量能夠控制在50-60T/H范圍內(nèi)，熱網(wǎng)供水、回水流量能達(dá)到要求值并穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)原理：交流調(diào)速的基本原理是通過整流橋?qū)⒐ゎl交流電壓變?yōu)橹绷麟妷?，再由逆變器轉(zhuǎn)換為頻率、電壓可調(diào)的交流，作為交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，使電動(dòng)機(jī)獲得無級(jí)調(diào)速所需的電壓和電流，是一種無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效節(jié)能調(diào)速方式。

3.技術(shù)應(yīng)用。通過以上對(duì)熱網(wǎng)補(bǔ)水泵變頻調(diào)速技術(shù)的分析，變頻調(diào)速的典型應(yīng)用是各種機(jī)械設(shè)備的調(diào)速，以節(jié)能為目的的調(diào)速控制。在節(jié)能工作技術(shù)改進(jìn)中應(yīng)以風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的調(diào)速控制為重點(diǎn)，將以前以電機(jī)的定速運(yùn)轉(zhuǎn)用擋板、閥門調(diào)節(jié)流量的方法，改用根據(jù)所需流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，就可以獲得較好的節(jié)電效果。

4.經(jīng)濟(jì)性。2008年供暖期前三個(gè)月(10、11、12月)與2007年供暖期前三個(gè)月(10、11、12月)相比較見下表：

三個(gè)月的供熱量平均值為275236GJ，三個(gè)月節(jié)電P=275236×(7.33-7.102)=7156.13kwh。

資料表明：根據(jù)調(diào)節(jié)設(shè)備負(fù)荷變化情況，把用閥門調(diào)節(jié)流量的方法，改用根據(jù)所需的流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，一般可以節(jié)電30％～50％左右。變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施，節(jié)電率一般在10％～30％，有的高達(dá)40％，更重要的是生產(chǎn)中一些技術(shù)難點(diǎn)也得到了解決。

5.發(fā)展?fàn)顩r。變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速傳動(dòng)中，隨著技術(shù)的進(jìn)步和制造工藝的提高，高電壓、大電流變頻調(diào)速器生產(chǎn)技術(shù)將逐漸趨于成熟并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

交流變頻調(diào)速技術(shù)是強(qiáng)、弱電的混合、機(jī)電一體的綜合性技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換(整流逆變)，又要處理信息的采集、變換和傳輸，因此它的共性技術(shù)問題將分成功率和控制兩個(gè)部分，應(yīng)主要解決高壓大電流有關(guān)技術(shù)問題和新型電力、電子器件的應(yīng)用技術(shù)問題，還要解決軟、硬件技術(shù)開發(fā)問題。

(二)電機(jī)串極調(diào)速及節(jié)電效果

可控硅串極調(diào)速系統(tǒng)是在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中加一套有源逆變電路代替轉(zhuǎn)子電阻與開關(guān)設(shè)備，把原來消耗在電阻上的功率反送回電網(wǎng)，并且改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速，也達(dá)到了節(jié)電的效果。

1.系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)由三相橋式整流器(D1-D6)、平波電抗器(DK)、三相橋式逆變器(SCR1-SCR6)、逆變變壓器(NB)構(gòu)成，如圖3所示：

2.功能及原理。電動(dòng)機(jī)經(jīng)三相橋式整流器整成直流電壓，經(jīng)平波電抗器DK加到由可控硅組成的三相橋式逆變器，再經(jīng)逆變變壓器NB把原來消耗在電阻上的功率反送回電網(wǎng)，也就是用接在轉(zhuǎn)子側(cè)的整流器將轉(zhuǎn)差功率SP1經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟娔?，再通過逆變器變成與電網(wǎng)同頻率的交流電能送回電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)約電能的效果。

3.經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及措施。可控硅裝置實(shí)際上可看成是一個(gè)高次諧波電源，交流電能返回電網(wǎng)，將造成電網(wǎng)波形畸變，可能影響其它用電設(shè)備，如引起其它電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低、損耗增大、繼電保護(hù)誤動(dòng)，而且使電網(wǎng)功率因數(shù)補(bǔ)償電容過流發(fā)熱，所以必須采取措施進(jìn)行抑制，把它控制在允許范圍內(nèi)。

為了減少對(duì)電網(wǎng)的影響，必須設(shè)法使流進(jìn)可控硅裝置的初級(jí)電流接近正弦波，減少高次諧波成分。盡量采用橋式電路而不采用三相半波。以消除三相諧波；變壓器接法采用Y/△、Y0/△形式，可使初級(jí)電流成階梯形更接近正弦。從裝置外部來看，為了使裝置的諧波不流進(jìn)電網(wǎng)，常采用諧破濾波器。

4.發(fā)展?fàn)顩r。串極調(diào)速具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其調(diào)速范圍很寬。比較適用于調(diào)速范圍不大的大中功率的風(fēng)機(jī)、泵等負(fù)載。串極調(diào)速也是一種高效節(jié)能調(diào)速方法，可以用較小的裝置取得較大的節(jié)電效果。

四、結(jié)語

無論是變頻調(diào)速，還是串極調(diào)速，控制技術(shù)在電力生產(chǎn)和其它生產(chǎn)行業(yè)生產(chǎn)過程中，起到了節(jié)能、降耗、節(jié)約維護(hù)費(fèi)用，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性的作用，有較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。