变频调速在中压电机中的应用

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摘 要 工矿企业作为高耗电的一种企业类型，其耗能主要集中在通风、提升和排水等多种机械设备上，并占有相当大的比重。为了更好地提高这些企业的“节能减排”效果，文章在简要介绍变频调速技术的基础上，结合黑龙江中广核巴彦双鸭山风电场科技改造的实例，着重对变频调速在中压电机中的应用进行了探讨，希望能够为广大工矿企业人员提供一些参考和帮助。

关键词 变频调速；变频器；中压电机；应用

中图分类号：TD528 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0110-02

1 变频调速技术的原理

交流变频调速技术是一种集微机技术、电力电子技术，以及电机传动技术等于一体的高效调速方式，综合应用性相对较强，并具有无附加转差损耗的典型特征。结合变频调速技术的基本原理来看，该技术能够利用整流桥来实现工频交流电压向直流电压的转化，再通过借助逆变器，将其转化成电压和频率可调的交流电压，以此来作为驱动电机的电源。通过变频调速技术，电机能够获得一定的电压及电流，并用于无极调速。在当前，由于变频调速技术可按照电机负载的变化情况，进行自动、平滑地增速或减速，使得该技术的应用越来越趋于广泛。

2 变频调速在中压电机中的应用优势

一般认为，变频调速技术在中压电机中的应用主要具有以下几种优势。

1）可通过更改交流电动机定子绕组的供电频率的供电频率及电压，进而起到调节电机转速的效果。变频器系统可在电机负载改变的情况下，进行自动、平滑增速或减速，并使电机噪音及机械震动得到有效降低。在低速时，除了加大电机的转矩之外，还能够保证运转稳定和不共振，大大延长了设备的使用寿命。

2）在设备起动时通常会产生大量电流，而其软启动功能则可以将起动电流控制在额定电流以内，有效控制电流对电网的浪涌冲击以及机械冲击，为电机的稳定运行提供保障，并降低电机的维护成本。

3）工艺改造简易、可行，可在传统异步电动机的基础上改造旧设备，在实现改造简单、可靠和耐用等特点的同时，起到维护容易、节能显著等效果，并不违背原工艺的技术需要，起到减少机械磨损的效果。

3 结合实例，分析变频调速在中压电机中的应用

3.1 发电企业状况

黑龙江中广核巴彦双鸭山风电场共建成投产4台（#3、#4、#5和#6）215 MW燃煤机组，现对其实施烟气脱硫工程，采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺，脱硫效率超过90%。脱硫系统主要流程为：从二台炉主体部分烟道将原烟气引出，再由静叶可调轴流风机（即增压风机）进行增压，完成后输送往吸收塔。在机组半负荷或低负荷运行时，该企业的增压风机运行工况往往落在失速曲线区域附近，增加了调整风机风压的难度，同时也不利于机组的稳定、安全运行，若长期持续运行，很可能会损坏增压风机。分析原因主要是机组半负荷或低负荷运行时烟道阻力与机组满负荷时的阻力相比，烟气流量与系统阻力未形成比例关系。

3.2 变频调速方案

该发电企业拟采用高-低-高变频器进行调速，虽成本较为低廉，但实际操作较为复杂，需要增设无功补偿器、谐波滤波器和变压器等，不但降低了可靠性，而且设备占地面积也比较大。为此，该企业选用罗克韦尔公司生产的Power Flex 7000变频器，最终确定采用高-高变频调速系统对各中压电机进行改造。如图1。

该变频调速配置方案主要应用到变频器、隔离变、真空接触器和电源断路器，以及异步电机等几部分，其中，变频调速系统应用到隔离变、变频器和真空隔离接触器等几种，并具有以下几点特点。

1）功率结构简单、可靠。变频调速器采用6.5KV 800A/1500A对称门极换流晶闸管（SGCT），功率结构采用无熔断器，能够通过优化SGCT的脉宽调制模式，来降低器件导通及开关损耗，具有操作简单、可靠等特点。

2）四象限运行。该变频调速配置方案，具有四象限运行的功能，中压电机能够以电动机、发电机等方式，实现正反方向运行。在发动机工作过程中，可将能量反馈到电网，中压电机再生制动。可以在皮带运输、离心式风机等需要应用到四象限工作的领域当中。

3）免传感器的直接矢量控制。能够用于测算马达磁通。在不影响马达磁通的情况下，免传感器的直接矢量控制能够实现马达力矩的快速变化，与直流驱动相类似。

4）创新的功率机架。功率机架采用创新的Power Cage，能够集成主要功率器件，并且高压冷却气流模式的散热设计，将企业中压电机的长时间工作导致热损伤的可能性控制在最低，同时，不需要特殊工具或移动机架，便可迅速更换器件。

3.3 改造后的效益

变频调速电机的设计重点是在调速范围内的效率、功率因数、温升，以及动态响应性能等。一改传统电机设计的额定点效率、功率因数、最大转矩、起动转矩、起动电流、运行温升等指标。而该发电企业的增压风机功率是3100 kW，中压电机效率是95.1%，cosφ=0.77，额定电流是356 A，变频器效率≥98%。在额定功率负载的情况下，整个变频调速系统效率≥96%。

在机组负荷200 mw时，测定工频运行的增压风机的实际参数为：母线电压6.20 kV，电流219 A，功率因素为0.77，中压电机实际功率1840 kW。经变频调速改造后，母线电压6.20 kV，电流106 A，功率因素为0.97，中压电机实际功率1045 kW，可见中压电机功率减少了795 kW；另外其运行频率为34.5 Hz，静叶挡板开度达到100%。

若增压风机1年运行6000 h，那么可节省电能=795 kW×6000 h=4770000 kW·h。根据了解，该发电企业脱硫上网电价0.4元/kW·h，增压风机改造成本费用225万元，那么可推算出经变频调速改造后，增压风机一年能够收益190.8万元，该发电企业约13个月便可将投入的成本收回。

4 结束语

随着现代科技的蓬勃发展，以及“节能减排”理念的不断深入，使得发电企业越来越重视变频调速技术在中压电机中的应用。本研究通过对变频调速技术的原理及其在中压电机中应用的优势进行了分析，同时结合黑龙江中广核巴彦双鸭山风电场改造增压风机的实例，进一步探讨了变频调速技术在中压电机中应用的可行性，由此得出，经过对中压电机的变频调速改造，企业不但能够更好地节省电能损耗，提高工作效率，同时，这也是发电企业进一步贯彻和落实国家“节能减排”目标的有效举措。通过变频调速在中压电机中的应用，使得企业的工况得到大大地改善，有利于企业创造出更高的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]赵华军.基于通用变频器控制的恒压供水系统设计[J].机电工程技术，2007（02）.