胡建良　張云昌　沈德龍

摘要：文章講述了內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速原理、性能特點、運行情況，對水廠循環(huán)水泵使用內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置一托二運行方式在現(xiàn)實中的使用情況與實際節(jié)電效果進行了分析。

關(guān)鍵詞：水電阻軟啟動；內(nèi)反饋斬波；一托二運行方式；節(jié)能

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0057-03

杭州余杭水務(wù)有限公司是集供排水、營業(yè)銷售、管線安裝于一體的綜合性中型供水企業(yè)，承擔著為杭州市余杭區(qū)875平方公里范圍的供水重任，目前公司供水區(qū)域內(nèi)總供水規(guī)模為85萬立方米/日，作為余杭水務(wù)有限公司下屬運河分公司，供水制水能力到現(xiàn)在的12萬噸/日，供水范圍為臨平城區(qū)、運河街道、余杭經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，為了適應(yīng)現(xiàn)代化水司的建設(shè)，公司把確保安全供水和提高產(chǎn)品質(zhì)量、對外服務(wù)質(zhì)量作為中心工作來抓，確立了“科學(xué)管理，確保優(yōu)質(zhì)供水，誠信服務(wù)，力求顧客滿意”的服務(wù)質(zhì)量目標。

1 內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置介紹

現(xiàn)在主要采用的是SSC-F5000系列高壓內(nèi)饋式高頻斬波調(diào)速裝置與相應(yīng)的YRCT系列高壓內(nèi)反饋調(diào)速三相異步電動機配套組成調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對拖動水泵、風機類負載使用具有良好的效果，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無級調(diào)速，是一種高效節(jié)能產(chǎn)品，對于不同的情況，能夠使節(jié)電率達到20%～50%。

該系統(tǒng)將電機轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟妷海敂夭ㄆ鲗?dǎo)通時轉(zhuǎn)子電流被斬波器短路，形成軸功率；當斬波器開路時，轉(zhuǎn)子直流電流經(jīng)有源逆變器反饋到電機反饋繞組，形成轉(zhuǎn)差功率，通過改變斬波器的占空比，從而調(diào)節(jié)軸功率和轉(zhuǎn)差功率的比例，即能改變電機轉(zhuǎn)速。

內(nèi)反饋電機是在原繞線式電機的定子上增加了一個反饋繞組，從而去掉了龐大的反饋變壓器，提高了系統(tǒng)效率，它具有高效、良好的調(diào)速性能，與普通的繞線機具有互換性。

2 內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置工作原理

2.1 基本工作原理

高頻斬波部分是一個BOOST升壓電路，在斬波電路穩(wěn)定工作時，對于某一個占空比D，輸入電壓Ui與輸出電壓UC之間，有方程式：

Ui=UC（1-D） （1）

轉(zhuǎn)子電勢為SE20，在轉(zhuǎn)子整流電路電壓平衡時，忽略二極管壓降，暫不考慮整流電路的換相重疊壓降，有方程式：

KuvSE20=Ui+IdR （2）

式中：

Kuv——轉(zhuǎn)子電路整流系數(shù)

S——轉(zhuǎn)差率

E20——轉(zhuǎn)子電路開路電壓

Id——整流電流

R——等效的轉(zhuǎn)子整流電路及斬波電路總電阻

2.2 內(nèi)饋式高頻斬波調(diào)速裝置

在內(nèi)反饋電機的轉(zhuǎn)子電路中，通過斬波器高頻PWM調(diào)制調(diào)節(jié)大功率電子開關(guān)的開通和關(guān)斷時間的比率，改變串入轉(zhuǎn)子回路的等效電勢的大小，從而改變轉(zhuǎn)子電流來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并通過變流器和反饋繞組將轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)，達到高效調(diào)速節(jié)能的目的。

2.3 調(diào)速節(jié)能的方法

通過內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速裝置將電機的轉(zhuǎn)速調(diào)下來，完全打開閥門，不使多余的能量無謂地消耗在閥門上（原技術(shù)是在電機工頻運行狀態(tài)下通過調(diào)節(jié)閥門或擋板來粗略地滿足工業(yè)要求，浪費大量的電能），在滿足工藝的前提下，將電機的實際使用功率降到最小，從而實現(xiàn)了調(diào)速節(jié)能的目的。內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速是所有調(diào)速中效率最高的一種調(diào)速方案。

3 內(nèi)反饋斬波調(diào)速裝置的組成與操作

內(nèi)饋電機高頻斬波調(diào)速系統(tǒng)由線繞式內(nèi)饋調(diào)速電機及調(diào)速裝置組成。

（1）內(nèi)饋調(diào)速電機與普通線繞電機相比，除有定子繞組及轉(zhuǎn)子繞組外，在定子槽內(nèi)，增添了一個反饋繞組，取代串級調(diào)速裝置中的外饋變壓器。

（2）內(nèi)饋電機高頻斬波調(diào)速裝置由水電阻軟啟動裝置、轉(zhuǎn)子整流器、高頻斬波器、晶閘管相控逆變器及DSP控制器組成。

軟啟動單元由水電阻軟啟動器（ZYQ）、接觸器KM1（KM3）、接觸器KM2（KM6）構(gòu)成。水電阻軟啟動器的一般啟動電流控制為額定電流的1.1～1.3倍。

調(diào)速裝置大量采用最新及成熟的技術(shù)、科研成果及新器件、新材料如大屏幕彩色液晶觸摸屏，全中文操作界面；內(nèi)置高速西門子PLC實現(xiàn)邏輯控制；DSP數(shù)字信號處理器實現(xiàn)了斬波器電流閉環(huán)和速度閉環(huán)控制；系統(tǒng)具有RS485和RS232通訊接口，可以方便地實現(xiàn)遠/近程計算機控制，同時可以方便地實現(xiàn)與用戶端DCS的遠方操作。

調(diào)速裝置可以實現(xiàn)兩臺電機的不同運行狀態(tài)，主要實現(xiàn)以下運行狀態(tài)：

（1）當負荷輕時，可以根據(jù)需要對單臺電機進行啟動，并調(diào)進入調(diào)速運行。

（2）當負荷增加時，如果一臺電機不能滿足生產(chǎn)要求，此時就可以將調(diào)速的設(shè)備轉(zhuǎn)到全速，然后通過人機界面切換到另一臺電機上，啟動電機，然后再根據(jù)需要對其中的設(shè)備進行調(diào)速來滿足恒定的水壓，從而達到生產(chǎn)要求。

電機的切換過程與轉(zhuǎn)換狀態(tài)，可以看到設(shè)備的狀態(tài)切換主要由接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8來完成。

現(xiàn)在我們將兩臺電機分別定義為：M1和M2。啟動電機操作如下：

（1）首先通過K1、K2轉(zhuǎn)換開關(guān)進行啟動電機的選擇，例如：當啟動M1時，就將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到K1位置，此時接觸器KM1將會吸合，做好啟動備好狀態(tài)，其他接觸器全部處于斷開狀態(tài)（M2電機的接觸器全部處于斷開狀態(tài)），將啟動到全速時，接觸器KM2、KM4將會吸合，此時一臺設(shè)備就可以滿足生產(chǎn)要求，將M1進行調(diào)速運行，在轉(zhuǎn)到調(diào)速狀態(tài)運行時，KM1和KM2將全斷開，KM3和KM4將會吸合，設(shè)備此時就可以調(diào)整轉(zhuǎn)速來滿足恒壓供水。

（2）如果一臺設(shè)備不夠，還要啟動另一臺電機，此時要將M1電機轉(zhuǎn)到全速狀態(tài)，然后將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到K2位置，這時M1電機的接觸器只有KM2處于吸合狀態(tài)，KM1、KM3和KM4全部處于斷開狀態(tài)，M2的接觸器KM5處于吸合狀態(tài)，KM6、KM7和KM8處于斷開狀態(tài)，做好M2電機的啟動備好狀態(tài)，當M2啟動到全速時KM6和KM8吸合，KM5和KM7處于斷開狀態(tài)，此時M2電機就可以轉(zhuǎn)換到調(diào)速狀態(tài)，如果需要將M1電機轉(zhuǎn)調(diào)速，將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋到K1即可。K1、K2即為所控電機的轉(zhuǎn)換開關(guān)。

（3）當需要停機時，DCS發(fā)出分閘信號，此時K1和K2的轉(zhuǎn)換開關(guān)在哪個位置就將會停哪臺電機。

（4）通過這樣的方式，可以進行兩臺電機的切換來滿足生產(chǎn)要求，這樣兩臺高壓電機就可以單獨或并聯(lián)運行來實現(xiàn)恒壓供水的調(diào)節(jié)。

內(nèi)反饋高頻斬波調(diào)速裝置采用先進的數(shù)字控制，實現(xiàn)了全自動控制。

4 顯著特點

該產(chǎn)品具有電網(wǎng)快切功能、高壓停電保護功能、不停電機檢修裝置功能等，功能齊全。

4.1 電網(wǎng)的快切功能

“科祺”產(chǎn)品在快切時，電機維持調(diào)速狀態(tài)，不轉(zhuǎn)全速，提高了系統(tǒng)的可靠性。內(nèi)反饋串級調(diào)速裝置和內(nèi)反饋可控硅斬波（SCR）調(diào)速無此功能，快切時須轉(zhuǎn)全速，同時要燒熔斷器和可控硅。

4.2 高壓停電保護

“科祺”產(chǎn)品在停電時，能平穩(wěn)停車，提高了設(shè)備的可靠性。內(nèi)反饋串級調(diào)速裝置和內(nèi)反饋可控硅斬波（SCR）調(diào)速無此功能，高壓停電時，要燒熔斷器和可

控硅。

4.3 節(jié)電率高

在綜合節(jié)電率方面，內(nèi)反饋斬波調(diào)速比高壓變頻器多節(jié)電3%～7%。一般節(jié)電率達到20%～50%。節(jié)電回收期短，一般在一年左右。

5 日常維護工作

為了更全面地保護設(shè)備，讓一些基本故障能夠在設(shè)備上得以顯示，所以對于人機界面的設(shè)計必須格外注意，一個合理的設(shè)計能夠使日常維護工作比較簡單。再就是對人機接口的電流、電壓值要做到24小時監(jiān)控，如果有任何報警，一定要引起高度重視。

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（責任編輯：周 瓊）