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          高壓電機的調速技術(shù)

          安徽皖南電機股份有限公司|發(fā)布時(shí)間:2015-05-12 09:05|9583查看

          高壓電機調速技術(shù)可分為如下幾種:

          高低型變頻器

          變頻器為低壓變頻器,輸入側采用變壓器將高壓變?yōu)榈蛪?,將高壓電機換掉,采用特殊的低壓電機,電機的電壓水平多種多樣,沒(méi)有統一標準。

          這種做法由于采用低壓變頻器,容量也比較小,對電網(wǎng)側的諧波較大,可以采用12脈沖整流減少諧波,但是滿(mǎn)足不了對諧波的嚴格要求。在變頻器出現故障時(shí),電機不能投入到工頻電網(wǎng)運行,在有些不能停機的場(chǎng)合應用會(huì )有問(wèn)題。另外,電機和電纜都要更換,工程量比較大。

          高低高型變頻器

          變頻器為低壓變頻器,采用輸入降壓變壓器和輸出升壓變壓器實(shí)現與高壓電網(wǎng)和電機的接口,這是當時(shí)高壓變頻技術(shù)未成熟時(shí)的一種過(guò)渡技術(shù)。

          由于低壓變頻器電壓低,電流卻不可能無(wú)限制的上升,限制了這種變頻器的容量。由于輸出變壓器的存在,使系統的效率降低,占地面積增大;另外,輸出變壓器在低頻時(shí)磁耦合能力減弱,使變頻器在啟動(dòng)時(shí)帶載能力減弱。對電網(wǎng)的諧波大,如果采用12脈沖整流可以減少諧波,但是滿(mǎn)足不了對諧波的嚴格要求;輸出變壓器在升壓的同時(shí),對變頻器產(chǎn)生dv/dt也同等放大,必須加裝濾波器才能適用于普通電機,否則會(huì )產(chǎn)生電暈放電、絕緣損壞的情況。如果采用特殊的變頻電機可以避免這種情況,但是就不如采用高低型的變頻器了。

          液力耦合器

          在電機軸和負載軸之間加入葉輪,調節葉輪之間液體(一般為油)的壓力,達到調節負載轉速的目的。這種調速方法實(shí)質(zhì)上是轉差功率消耗型的做法,其主要缺點(diǎn)是隨著(zhù)轉速下降效率越來(lái)越低、需要斷開(kāi)電機與負載進(jìn)行安裝、維護工作量大,過(guò)一段時(shí)間就需要對軸封、軸承等部件進(jìn)行更換,現場(chǎng)一般較臟,顯得設備檔次低,屬淘汰技術(shù)。

          早期對調速技術(shù)比較感興趣的廠(chǎng)家,或者是因為當初沒(méi)有高壓調速技術(shù)可以選擇,或者是考慮到成本的因素,對液力耦合器有一些應用。如自來(lái)水公司的水泵、電廠(chǎng)的鍋爐給水泵和引風(fēng)機、煉鋼廠(chǎng)的除塵風(fēng)機等。如今,一些老的設備在改造中已經(jīng)逐漸被高壓變頻替換掉。

          電流源型直接高壓變頻器

          這種變頻器,輸入側采用可控硅進(jìn)行整流,采用電感儲能,逆變側用SGCT作為開(kāi)關(guān)元件,為傳統的兩電平結構。由于器件的耐壓水平有限,必須采用多個(gè)器件串聯(lián)。器件串聯(lián)是一種非常復雜的工程應用技術(shù),理論上說(shuō)可靠性很低,但有的公司可以做到產(chǎn)品化的地步。由于輸出側只有兩個(gè)電平,電機承受的dv/dt較大,必須采用輸出濾波器。電網(wǎng)側的多脈沖整流器為可選件,用戶(hù)需要針對自己的工廠(chǎng)情況提出要求。這種變頻器的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電路就可以將負載的慣性能量回饋到電網(wǎng)。

          電流源型變頻器的主要缺點(diǎn)是電網(wǎng)側功率因數低,諧波大,而且隨著(zhù)工況的變化而變,不好補償。

          串級調速變頻器

          將異步電機部分轉子能量回饋至電網(wǎng),從而改變轉子滑差實(shí)現調速,這種調速方式采用可控硅技術(shù),需要使用繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機,而如今工業(yè)現場(chǎng)幾乎都采用鼠籠式異步電動(dòng)機,更換電機非常麻煩。這種調速方式的調速范圍一般在70%-95%左右,調速范圍窄??煽毓杓夹g(shù)容易造成對電網(wǎng)的諧波污染;隨著(zhù)轉速的降低,電網(wǎng)側功率因數也變低,需要采取措施補償。其優(yōu)點(diǎn)是變頻部分容量較小,比其他高壓交流變頻調速技術(shù)成本稍低。

          這種調速方式有一種變化形式,即內反饋調速系統,省卻了逆變部分的變壓器,將反饋繞組直接做在定子繞組里,這種做法要更換電機,其他方面的性能與串級調速接近。

          串級調速電機受轉子滑環(huán)的影響,不能做到很大功率,滑環(huán)維護工作量也大,屬于七八十年代的落后技術(shù),工業(yè)應用已經(jīng)越來(lái)越少。

          功率模塊串聯(lián)多電平變頻器

          這種變頻器采用低壓變頻器串聯(lián)的方式實(shí)現高壓,是電壓源型變頻器。它的輸入側采用移相降壓型變壓器,實(shí)現18脈沖以上的整流方式,滿(mǎn)足國際上對電網(wǎng)諧波的最嚴格的要求。在帶負載時(shí),電網(wǎng)側功率因數可達到95%以上。在輸出側采用多級PWM技術(shù),dv/dt小,諧波少,滿(mǎn)足普通異步電機的需要??筛鶕撦d的需要設計變頻器的輸出電壓,是解決6KV、10KV電機調速的較好辦法。功率電路采用標準模塊化設計,更換簡(jiǎn)單,所用器件在國內采購也比較容易。

          這種變頻器采用低壓IGBT作為逆變元件,與采用高壓IGBT的三電平變頻器相比,功率元件數目較多,但技術(shù)上較成熟。與采用高壓IGCT的三電平變頻器相比,功率元件數目較多,但總元件數目卻較少,因為IGCT需要非常復雜的輔助關(guān)斷電路。

          由于整流變壓器與功率模塊的連線(xiàn)較多,因此變壓器不能與變頻器分開(kāi)放置,在空間有限的場(chǎng)合不是很靈活。

          電壓源型三電平變頻器

          這種變頻器采用二極管整流,電容儲能,IGBT或IGCT逆變。三電平的逆變形式,采用二極管鉗位的方式,解決了兩個(gè)器件串聯(lián)的難題,技術(shù)上比兩個(gè)器件簡(jiǎn)單直接串聯(lián)容易,同時(shí),增加了一個(gè)輸出電平,使輸出波形比兩電平好。

          這種變頻器的主要問(wèn)題是:由于采用高壓器件,輸出側的dv/dt仍舊比較嚴重,需要采用輸出濾波器。由于受到器件耐壓水平的限制,最高電壓只能做到4160V,要適應6KV和10KV電網(wǎng)的需要,更換電機是一種做法,但是造成故障時(shí)向電網(wǎng)旁路較麻煩。對于6KV電機有一種變通做法,就是將電機由星型接法改為角型接法,這樣電機的電壓就變?yōu)?KV;這種做法使電機的環(huán)流損耗上升,國內已經(jīng)有燒毀電機的事例,有可能與此有關(guān)。還有的公司用這種變頻器實(shí)現高低高方式,使容量比原來(lái)采用低壓變頻器實(shí)現高低高方式時(shí)大,但是高低高方式所存在的問(wèn)題依然存在。

          三電平變頻器一般采用12脈沖整流方式。

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