供熱工程中高壓電機(jī)節(jié)能調(diào)速方案分析

1、<p>　　供熱工程中高壓電機(jī)節(jié)能調(diào)速方案分析</p><p>　　摘要：本文針對(duì)供熱工程中高壓電機(jī)節(jié)能的必要性、可行性進(jìn)行了闡述，并對(duì)現(xiàn)今幾種常用調(diào)速方案進(jìn)行了比較，指出了變頻調(diào)速及斬波內(nèi)饋調(diào)速在不同類型供熱工程中各自的優(yōu)勢(shì)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：節(jié)能調(diào)速;高壓電機(jī);液力耦合器;變頻調(diào)速;斬波內(nèi)饋串級(jí)調(diào)速 </p><p>　　Abstract

2、: In this paper, according to the necessity of high voltage motor energy saving of heating project feasibility, and present several commonly used control schemes are compared, pointed out that the inverter and chopper fe

3、ed speed in different types of heating engineering advantages. </p><p>　　Key words: energy saving; high voltage motor; hydraulic coupler; frequency control; chopper inner feedback cascade speed regulation &l

4、t;/p><p>　　中圖分類號(hào)：TU833 </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　風(fēng)機(jī)和水泵在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中應(yīng)用的數(shù)量眾多，分布面極廣，耗電量巨大。據(jù)有關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵電動(dòng)機(jī)耗電量約占全國(guó)電力消耗總量的40％左右。目前，風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行中還有很大的節(jié)能潛力，其潛力挖掘的焦點(diǎn)是提高風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行效率。

5、</p><p>　　二、風(fēng)機(jī)水泵類電機(jī)調(diào)速運(yùn)行的必要性 </p><p>　　在供熱工程中，風(fēng)機(jī)和水泵是最主要的耗電設(shè)備，加上這些設(shè)備都是長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行和常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，其節(jié)能潛力巨大。鍋爐輔機(jī)電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，直接關(guān)系到廠用電率的高低。隨著行業(yè)改革的不斷深化，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求日益迫切，降低廠用電率，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力，已成為供熱企業(yè)努力追求的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。 <

6、/p><p>　　國(guó)外大型的風(fēng)機(jī)和水泵已紛紛增設(shè)調(diào)速裝置，而目前我國(guó)除火電廠中少量采用汽動(dòng)給水泵，液力耦合器及雙速電機(jī)外，其它風(fēng)機(jī)和水泵基本上都采用定速驅(qū)動(dòng)。這種定速驅(qū)動(dòng)的泵，由于采用出口閥，風(fēng)機(jī)則采用入口風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)流量，都存在嚴(yán)重的節(jié)流損耗。尤其在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行偏離高效點(diǎn)，使運(yùn)行效率降低。調(diào)查表明：我國(guó)鍋爐風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率低于70％的占一半以上，低于50％的占1/5左右。由于目前普遍的機(jī)組負(fù)荷偏低

7、，風(fēng)機(jī)的效率就更低，有的甚至不到30％，結(jié)果是白白地浪費(fèi)掉大量的電能，已經(jīng)到了非改不可的地步。 </p><p>　　尤其在供熱機(jī)組中，由于鍋爐的采暖負(fù)荷與天氣情況緊密相連，氣溫改變時(shí)鍋爐出力也隨之改變，設(shè)計(jì)時(shí)又要保證最大負(fù)荷的用汽（水）量，所以冬季氣溫高時(shí)鍋爐處于較低負(fù)荷的狀態(tài)。再加上設(shè)計(jì)時(shí)考慮的裕量，這樣風(fēng)機(jī)、熱網(wǎng)循環(huán)泵的負(fù)荷會(huì)長(zhǎng)時(shí)間低于額定工況的負(fù)荷。 </p><p>　　三、高壓

8、電機(jī)常用調(diào)速方法 </p><p>　　目前幾種常用的高壓電機(jī)平滑調(diào)速方案有高壓變頻、液力耦合器、電磁調(diào)速、液阻調(diào)速、斬波內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速。根據(jù)調(diào)速裝置的效率可以分為低效節(jié)能型，高效節(jié)能型兩大類。 </p><p><b>　　1.低效節(jié)能型 </b></p><p>　?。?）液力耦合器調(diào)速 </p><p>　　液力耦

9、合器是一種以液體為介質(zhì)、靠液體動(dòng)量矩的變化傳遞能量的裝置，通過(guò)改變其工作腔中的工作油的充滿程度以改變傳遞轉(zhuǎn)矩的能量來(lái)進(jìn)行調(diào)速。將其安裝在異步電機(jī)和負(fù)載（風(fēng)機(jī)、水泵等）之間來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，可以在電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。即在忽略液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失等損失時(shí)，液力耦合器的調(diào)速效率等于轉(zhuǎn)速比。 </p><p>　　液力耦合器傳動(dòng)示意圖 </p><p>　　它是一種能耗型的

10、調(diào)速方式，在轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的2/3時(shí)，其調(diào)速能耗最大，為額定功率的14.8%，節(jié)能效果較差。另外液力耦合器的維護(hù)量很大，有的三個(gè)月就要停機(jī)檢修一次。 </p><p><b>　?。?）電磁調(diào)速 </b></p><p>　　電磁調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)電磁滑差離合器的勵(lì)磁電流，來(lái)改變電磁滑差離合器的轉(zhuǎn)差從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。雖然調(diào)速理論不同，但這種調(diào)速方式性能曲線及優(yōu)缺點(diǎn)與液力耦合器

11、很近似，同樣屬于調(diào)轉(zhuǎn)差的調(diào)速方式，是高能耗型調(diào)速，調(diào)速裝置故障時(shí)也需要停機(jī)處理，所以與液力耦合器同樣都屬于逐漸被淘汰的調(diào)速方式。 </p><p>　　電磁調(diào)速傳動(dòng)示意圖 </p><p><b>　?。?）液阻調(diào)速 </b></p><p>　　液阻調(diào)速是在繞線電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中串入液態(tài)電阻，通過(guò)改變阻值的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，但從轉(zhuǎn)子中引出的能量

12、全部由液態(tài)電阻發(fā)熱消耗掉，屬于調(diào)轉(zhuǎn)差的調(diào)速方式，效率較低。 </p><p>　　液阻調(diào)速傳動(dòng)示意圖 </p><p>　　以上幾種方案共同特點(diǎn)是都屬于調(diào)轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法，在調(diào)速過(guò)程中有損耗，以熱量的形式散發(fā)掉，都屬于低效型節(jié)能方案。 </p><p><b>　　2.高效節(jié)能型 </b></p><p><b&g

13、t;　　（1）變頻調(diào)速 </b></p><p>　　變頻調(diào)速技術(shù)是在電機(jī)供電電源與電機(jī)定子間加入一個(gè)可改變電機(jī)供電電源頻率的變流裝置，將通常50HZ工頻交流電源變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電源。變頻調(diào)速具有其它調(diào)節(jié)方式無(wú)法比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：調(diào)速范圍寬，由于是改變電機(jī)供電電源的頻率，理論上講，它可以使電機(jī)從0轉(zhuǎn)速一直到任意轉(zhuǎn)速。調(diào)速精度最高，精確度達(dá)到0.1Hz，可以精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，適用于對(duì)電機(jī)控制要求很高的

14、領(lǐng)域。響應(yīng)速度快，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)它是開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)，所以響應(yīng)速度最快。能耗低，變頻調(diào)速屬于高效節(jié)能型調(diào)速系統(tǒng)，消耗大約為電機(jī)額定功率的3~5%。 </p><p>　　變頻調(diào)速屬于調(diào)輸入頻率的調(diào)速方法，在調(diào)速過(guò)程中沒(méi)有轉(zhuǎn)差損耗，屬于高效型節(jié)能方案。高壓變頻技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用中，發(fā)展出了多種形式，右圖為常見(jiàn)的單元串聯(lián)多電平變頻調(diào)速系統(tǒng)： </p><p>　　（2）斬波內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) &

15、lt;/p><p>　　傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速是通過(guò)調(diào)整逆變器的逆變角（移相觸發(fā)）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)等效反電勢(shì)的調(diào)節(jié)的。這種移相觸發(fā)的方法存在著功率因數(shù)低及可靠性差的缺點(diǎn)?，F(xiàn)代串級(jí)調(diào)速則把逆變角固定下來(lái)并設(shè)在最小值，產(chǎn)生一恒定的附加直流反電勢(shì),等效電勢(shì)大小的調(diào)節(jié)由斬波器來(lái)完成。通過(guò)調(diào)節(jié)斬波器導(dǎo)通時(shí)間與斬波周期的比率，來(lái)改變串入轉(zhuǎn)子回路的等效電勢(shì)的大小，從而改變轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)差率，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 </p><p

16、>　　由于通過(guò)增加內(nèi)反饋繞組而省去了逆變變壓器，同時(shí)也節(jié)省了相關(guān)的電氣設(shè)備，使整個(gè)系統(tǒng)更為緊湊、簡(jiǎn)單。 </p><p>　　斬波內(nèi)反饋式串級(jí)調(diào)速原理 </p><p>　　目前斬波內(nèi)反饋調(diào)速系統(tǒng)的常規(guī)調(diào)速范圍可以達(dá)到50%~99.5%，特殊可達(dá)0~100%?？梢钥闯鲈撜{(diào)速系統(tǒng)可以滿足風(fēng)機(jī)、水泵在工藝上的要求。 </p><p>　　3.調(diào)速方式節(jié)能比較 &l

17、t;/p><p>　　右圖中給出了離心式風(fēng)機(jī)不同調(diào)節(jié)方式耗電特性比較曲線，出口擋板門(mén)的效率最低，進(jìn)口擋板門(mén)的效率次之，液力耦合器及電磁型調(diào)速等低效節(jié)能型效果明顯，但仍不如高效節(jié)能型（變頻器及斬波內(nèi)反饋）調(diào)速方案效率高，高校節(jié)能型調(diào)速方案優(yōu)勢(shì)明顯。 </p><p>　　通過(guò)4.1、4.2節(jié)也可以看出，在各種調(diào)速方式中變頻器和斬波內(nèi)反饋式串級(jí)調(diào)速方案最優(yōu)，也是當(dāng)今最流行的控制方案。 </p

18、><p>　　四、供熱工程中高壓變頻與斬波內(nèi)反饋的方案選擇 </p><p>　　在供熱項(xiàng)目中，采用調(diào)速系統(tǒng)的目的有兩個(gè)，一是根據(jù)工藝的要求，調(diào)整風(fēng)或水的流量，第二是節(jié)能，把生產(chǎn)過(guò)程中的能量損失降到最低。 </p><p>　　變頻調(diào)速與斬波內(nèi)反饋調(diào)速均可以滿足供熱項(xiàng)目對(duì)調(diào)速設(shè)備在工藝和節(jié)能方面的要求。兩種系統(tǒng)相比較各有優(yōu)缺點(diǎn)：變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍寬，精度高，響應(yīng)快

19、，可以使用普通的鼠籠式電機(jī)。缺點(diǎn)是柜體占地面積大（約6～8米），對(duì)環(huán)境散熱及潔凈程度要求高，一般要單獨(dú)做控制室，而且價(jià)格比較高；斬波內(nèi)饋調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是占地面積?。s3米），價(jià)格低，缺點(diǎn)是調(diào)速范圍、精度低于變頻，（但能滿足風(fēng)機(jī)、水泵的工藝要求）響應(yīng)慢，且必須使用特殊的繞線式電動(dòng)機(jī)，繞線式電機(jī)的維護(hù)量要稍大于鼠籠式電機(jī)。 </p><p>　　以石家莊某供熱項(xiàng)目為例，對(duì)兩種方案做經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行進(jìn)一步比較。該供熱項(xiàng)目分兩部分

20、，三期為新增項(xiàng)目，二期為改造項(xiàng)目。二期改造項(xiàng)目中，斬波內(nèi)饋調(diào)速需對(duì)現(xiàn)有高壓電機(jī)進(jìn)線更換。由于兩方案采用的電機(jī)價(jià)格不同，所以統(tǒng)計(jì)需要以整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)作比較： </p><p>　　通過(guò)比較可以看出，在新建項(xiàng)目中變頻系統(tǒng)總造價(jià)為斬波內(nèi)反饋系統(tǒng)的1.3～1.6倍，價(jià)格高出70~150萬(wàn)元，斬波內(nèi)反饋價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)首先考慮采用斬波內(nèi)反饋調(diào)速作節(jié)能方案。在舊設(shè)備節(jié)能改造項(xiàng)目中，由于斬波內(nèi)反饋需增加更換電機(jī)，價(jià)格優(yōu)勢(shì)不明顯

21、，而變頻方案具有性能高、維護(hù)量維護(hù)小的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)優(yōu)先考慮變頻調(diào)速方案。 </p><p>　　五、實(shí)際工程運(yùn)行中節(jié)能效果 </p><p>　　石家莊市近年共有四個(gè)工程采用了高壓節(jié)能方案，其中采用高壓變頻及斬波內(nèi)反饋式調(diào)速各2個(gè)工程。 </p><p>　　通過(guò)2個(gè)采暖季的運(yùn)行來(lái)看，斬波內(nèi)饋與變頻調(diào)速的節(jié)能效果接近，下面以變頻器及斬波內(nèi)反饋調(diào)速各一個(gè)工程為例，核算節(jié)能

22、效果。每個(gè)采暖季運(yùn)行120天，電費(fèi)0.72元/kWh計(jì)算,每年可節(jié)約電費(fèi) </p><p>　　變頻器改造工程運(yùn)行狀況： </p><p>　　年節(jié)約電費(fèi)68.01萬(wàn)元，成本回收期為4.5年。 </p><p>　　斬波內(nèi)反饋調(diào)速運(yùn)行狀況： </p><p>　　年節(jié)約電費(fèi)為116.395萬(wàn)元，成本回收期為2.3年。 </p>

23、<p><b>　　六、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　高壓變頻調(diào)速和斬波內(nèi)饋調(diào)速都是高效的調(diào)速系統(tǒng)，尤其變頻調(diào)速更是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展的主流。但相對(duì)于供熱項(xiàng)目的輔機(jī)高壓電機(jī)來(lái)說(shuō)，兩者均可以滿足調(diào)速設(shè)備在工藝和節(jié)能方面的要求。在新建項(xiàng)目中斬波內(nèi)饋價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，可以首先考慮采用；在舊系統(tǒng)節(jié)能改造的項(xiàng)目中，高壓變頻器具有性能高、維護(hù)量小的優(yōu)勢(shì)，可以優(yōu)先考慮采用。 </p>

24、<p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]斬波內(nèi)饋調(diào)速及其功率控制原理.屈維謙 </p><p>　　[2]交流調(diào)速系統(tǒng).陳伯時(shí).陳敏遜 </p><p>　　[3]交-交變頻調(diào)速技術(shù)在礦井中的應(yīng)用.馮立杰 </p><p>　　[4]電廠風(fēng)機(jī)泵變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.劉家鈺.齊秦松