高压斩波内馈调速在聊城电厂之应用研究

1  引言

    随着电力工业之迅速发展和电力系统商业化运营及竞价上网之实施，发电企业挖掘内部潜力，节能降耗日显重要。阳光电子学校维修专家分析认为：发电企业辅机配置容量余度较大是一个普遍问题。阳光电子学校维修专家分析认为：另外，电力供应饱和，发电机组之调峰任务逐步加大。阳光电子学校维修专家分析认为：因此，推行辅机电机调速节能势在必行。阳光电子学校维修专家分析认为：电机调速不仅可以节能降耗，还可以避免调峰时电机之频繁启停，降低电机故障率及延长电机使用年限，给企业带来巨大之经济效益。阳光电子学校维修专家分析认为：
    山东聊城热电有限公司(原聊城发电厂)是第一个在全国电力行业采用斩波内馈交流调速之企业，继1997年在#2炉乙送风机(300kW/4P-6kV)产品成功运行之后，先后在其它辅机上采用斩波内馈调速，经过长时间之实践运行，产品可靠性及性能得到检验，收到了显著之节能(35-52%)效果和经济效益。阳光电子学校维修专家分析认为：斩波内馈调速在我厂之辅机应用如表1所示。阳光电子学校维修专家分析认为：

表1  斩波内馈调速应用情况一览表 (6kV)

2  斩波内馈交流调速系统构成
2.1 调速控制装置构成;
    (1) 调速控制装置型号为KRH-2;
    (2) 起动柜、斩波柜、逆变柜
    (3) 具有就地控制:启动、停止、调速、全速切换功能;具有远方控制;
    (4) DCS自动控制接口，转速指令信号4-20mA，转速输出信号4-20mA，自动/手动，调速控制ID信号。阳光电子学校维修专家分析认为：
2.2 斩波内馈调速电机
    内馈调速电机之安装尺寸与原电机相同，并与斩波控制装置成为并联关系，当调速控制装置意外故障时，自动保护装置可以自动将电机切换成恒速运行，不至于造成电机停运，提高了系统之可靠性。阳光电子学校维修专家分析认为：

3  斩波内馈调速系统基本原理

    斩波内馈调速是一种以低压(通常约为200-500V)控高压(6KV-10KV)之高效率调速技术，突出特征在于“内馈”与“斩波”两项高新技术之有机结合。阳光电子学校维修专家分析认为：
3.1 内馈调速及其功率控制原理
根据电机学之理论，电机之转速与机械功率及电磁转矩成如下关系:
    (1)
式中:Ω为机械转速
     PM为机械功率
     T为电磁转矩
又，根据能量守恒，有
      (2)
因此

   (3)
其中:Pem为电磁功率，p2为转子损耗。阳光电子学校维修专家分析认为：
    公式(2)表明，电机转速可以通过电磁功率或损耗功率两种控制获得调节。阳光电子学校维修专家分析认为：电磁功率控制改变之是理想空载转速，调速是高效率之;损耗功率控制增大转速降，调速是低效率之。阳光电子学校维修专家分析认为：所有调速方法都归属于功率控制原理之中。阳光电子学校维修专家分析认为：这一原理便是内馈调速发明人屈维谦率先提出之"电机调速之功率控制理论"(即P理论)。阳光电子学校维修专家分析认为：
    由于电磁转矩在调速稳态时，取决于负载转矩之大小，当负载转矩一经为客观之工况所确定之后，电磁转矩就随之被决定了，因此，电磁转矩不仅与调速控制无关，而且不能随意改变。阳光电子学校维修专家分析认为：动态转矩对转速之作用只表现在调速之过渡过程中，转矩之变化是功率控制和转速响应滞后之结果，在一定之功率控制作用下，动态转矩随转速响应自动减小，直至新之负载平衡时为零。阳光电子学校维修专家分析认为：因此，电机转速只能通过功率控制来实现。阳光电子学校维修专家分析认为：
    内馈调速是基于转子之高效率电磁功率控制调速，通过将转子之部分功率(即电转差功率)移出来，使转子之净电磁功率发生改变，于是根据P理论，电机转速就相应得到控制。阳光电子学校维修专家分析认为：为了获得高性能之调速，加强电机调速之内因，内馈调速在电机定子上另外设置了内馈绕组，用来接受电转差功率，有源逆变器使内馈绕组工作在发电状态，通过电磁感应将功率反馈给电机定子。阳光电子学校维修专家分析认为：使定子之有功功率基本与机械输出功率相平衡，内馈调速因此而得名。阳光电子学校维修专家分析认为：与变频调速相比，斩波内馈调速只是控制对象不同，两者遵循之是同一原理，因此并不存在本质之区别。阳光电子学校维修专家分析认为：

图1   斩波内馈功率圆图及系统图

3.2 斩波之作用与意义
    斩波器之作用相当于按一定之频率、周期性地接通和关断之高速开关。阳光电子学校维修专家分析认为：控制斩波之占空比，就可以实现对逆变电流之控制，也就是控制了反馈到内部内馈绕组之电流和功率，从而实现内馈调速。阳光电子学校维修专家分析认为：其意义在于:
    (1) 使有源逆变器之功率因数可以高达0.9，且恒定不变。阳光电子学校维修专家分析认为：
    (2) 逆变电流之谐波有效值可以降低到移相控制之15%左右。阳光电子学校维修专家分析认为： 使内馈电机之定子电流畸变小于5%。阳光电子学校维修专家分析认为：
    (3) 有源逆变器之额定容量仅为电机容量之14.8%， 加上触发简单，使可靠性大为提高。阳光电子学校维修专家分析认为：
    (4) 附加电源容量亦为电机容量之14.8%，对于内馈调速电机，可大大减小内馈绕组所占之铁心空间，简化工艺，降低成本。阳光电子学校维修专家分析认为：

4  斩波内馈调速系统之控制及运行方式
    由于系统调速范围及运行特性之需要，设置了频敏变阻器启动和调速停止方式。阳光电子学校维修专家分析认为：
     (1) 启动时，直接控制高压开关

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