kW电机调速控制部分电气设计.docVIP

绪 论 串级调速是一个很经典的理论和方法。国外在上世纪四、五十年代，我国在上世纪七、八十年代，在高压电机调速中最先得到应用，并且有相当规模，在我国的自来水、建材、冶金行业均有相当应用。但因当时的变流技术及控制技术受电力半导体器件和控制技术状况限制，系统性能尚有些缺陷。同时，我国这期间一直处在计划经济和旧的国有企业的运行模式下，用高压大电机的国有大中型企业没有强烈的节能降耗的动力和意识，所以人们便不够重视其技术发展，甚至在老一代串级调速技术人员逐步退休后，人们都不知道这一技术了。更糟的是，20世纪八、九十年代，随着我国经济改革恰好在小企业和民用产品企业中首先进行，企业在产品生产中对低压小电机的调速和动力需求越来越大，变频调速技术更是得到了空前的青睐，因而变频声名鹊起，一片变频之声，一时淹没了串级调速技术。 近年来，加快建设节约型社会已经成为全社会关注的问题。2005年6月21日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，研究建设节约型社会和发展循环经济问题。同年6月30日，温家宝在召开的全国做好建设节约型社会近期重点工作电视电话会议上强调，加快建设节约型社会，是缓解资源供需矛盾的根本出路，是贯彻落实科学发展观、走新型工业化道路的必然要求，是保持经济平稳较快发展、全面建设小康社会的迫切需要，是保障经济安全和国家安全的重要举措。事实上，在能源日益紧张的情况下，我国也自上世纪90年代中后期开始了关于串级调速系统的研究。 串级调速系统是一种节能调速系统，在高压大中型电动机节能调速应用领域以其控制电压低、变流功率小,系统简单,运行可靠,节电率高而展现出光明的应用前景。该产品具有优良的调速性能和高节能率，适合于高压大中型电机调速节能应用。范围包括了3kV、6kV、10 kV电压等级，220kW~5400 kW电机容量，4~24极电机极数的高压电机。目前已广泛地应用于电力、水利、水处理、供水、城市供热、冶金矿产、港口机械、石油化工等工业领域中的风机、泵类及其他类负载的节能调速中。 在目前变频调速技术市场影响很大的条件下，我们致力于串级调速方面的研究，这其中自然有我们更深层次的考虑啦。 首先一点是，我国异步电机节能调速市场巨大。随着国家节约型社会建设的要求，工业用高压大容量电机调速节能的需求突出出来。这又因为，高压大容量电机耗电占了电力生产量的最大一块。同时，国有企业改革，节能降耗已成为使用高压大电机的国有及其他大中型企业的迫切需求。因而，从事电机调速节能事业具有巨大的社会意义，对国家发展有着重大的积极意义。任何一个中国的企业，为社会提供高效节能产品，是它们对国家和社会的责任。同时，其巨大的市场潜力，又为当前中国企业发展提供了难得的机遇。 第二点是，从技术经济层面上讲，串级调速技术与变频调速技术相比较，在不同应用领域各有其优劣。在低压中小容量电机调速应用上，变频技术已十分成熟，很适用，影响也很大，串级调速则不大适用，而在高压大容量电机调速应用领域，串级技术综合因素上比较优于变频技术。这是因为：变频技术从电机的定子侧控制电机供电频率和电压。作为变频这种用电力半导体器件做成的变流装置在高压大电机上应用需承受6kV~10kV高电压，困难较大。另外，这种变频变流调速装置需变流高压大电机的全功率，这又是一大困难。因为变流器电压越高，功率越大，越难于做好。所以高电压和全功率变流的变频器就带来可靠性保证问题、变流自身功耗大问题、变流产生的谐波功率过大问题、变流器控制复杂困难问题、装置尺寸过大、运行条件苛刻、运行维护量大、维护难度大、造价及维护费用高等问题。 而在高压大电机调速应用上，串级调速恰好避开了变频技术上述最大的困难。这是因为，串级调速是在转子回路串可控反电势的调速。串级调速的变流装置在异步机的转子回路工作。而高压大电机转子回路电压只有几百伏至二千伏左右，在考虑必要的调速下限情况下，调速中转子回路实际电压只有几百伏至一千伏，而不是6千伏，10千伏。所以，半导体器件承压没有问题。第二，转子回路变流的功率，只有转子的转差功率，转差功率的大小据负载性质的不同而不同，而对泵、风机这类大量的需要调速节能的负载而言，转差功率最大只有电机额定功率的14.815%。这就是说，串级调速变流的功率只有变频的14.815%。一个电压低得多，一个变流功率小得多，所以串级调速装置可以做的更可靠更简单，自身变流功耗小，也就是效率高，变流产生谐波功率小，尺寸小，运行条件宽松，造价相对低，运行维护简单，费用低。这就是说，串级调速是通过对电机转子这一低压回路的串反电势控制，通过对转子回路小的转差功率的变流，实现对高压大容量电机的速度控制。同时，经变流的转子转差功率被通过内反馈或外反馈方式回收，从而实现高效节能调速。将串级与变频相比而言，理论和实践上均证明，串级调速是效率最高的调速方法。换