大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析（4）

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1、大功率风机水泵调速节能运行的技术经济分析（4）

2、第1内容加载中...摘要：指出了发电厂风机水泵调速运行的必要性和巨大的节能潜力；讨论了各种调速方式的优缺点，并作出了详细的技术经济分析。关键词：风机；水泵；液力耦合器；变频调速；串级调速；无刷双馈电机4.3绕线式电动机的串级调速绕线式电动机的串级调速，虽然也是通过改变异步电动机的转差率来达到调速目的的，但它与能耗转差调速不同，关键的差别在于对转差功率的处理上。能耗转差调速是将调速中产生的转差功率变成热能消耗掉，而串级调速却是通过交－直－交变频器和变压器，将转差功率反馈回电网，因此是一种高效的调速方式。4.3.1普通串级调速

3、从电机学原理可知，为了实现绕线式异步电动机的转速调节，除了采用在转子回路中串电阻的方式外，还可采用在转子回路中串电势的方法。这种在转子回路引入附加电势进行调速的方法，称为绕线式异步电动机的串级调速。串级调速的关键是串入到转子回路的电势Ef的频率必须与转子电势频率f2相等，但f2是随着转速的变化而变化的，即f2是由旋转磁场转速n0（对应f1）和转子转速n决定的，即500)this.style.ouseg(this)">式中：p——磁极对数；s——转差率。但要串入一个永远跟随着转速的变化而变化的电势Ef是相当困难的。解决的办法是先把转子电势整流成直流电势Ed，再在此直流电路

4、中串入一与Ef相当的可调节的直流电势，就可避免随时改变Ef频率的困难了。具体地实现串级调速有下述三种方式：1）由一台直流电动机与主绕线式异步电动机组成的串级调速系统，这种系统叫机械串级调速系统或叫克莱墨系统。2）由一台直流电动机、一台交流发电机与主绕线式异步电动机组成的串级调速系统，这种系统叫电机式串级调速系统或谢菲尔毕斯系统。3）由变频器与绕线式异步电动机组成的串级调速系统，这种系统叫晶闸管串级调速系统或静止谢菲尔毕斯系统。上述第一种及第二种串级调速方式过去早有应用。第三种晶闸管串级调速是一种新的串级调节方式，它在目前应用最广泛，已有取代第一、二种串级调速的趋势。与转

5、子串电阻方式相比较，转子串电势的优越性是可以回收转差功率，仅晶闸管等换流器件产生一些不大的损耗，所以绕线式异步电动机的串级调速是一种高效调速方式。晶闸管串级调速系统又可分为低（次）同步串级调速系统和超同步串级调速系统两种。当串接到绕线式异步电动机转子上的附加电势Ef与转子电势SE20反向时，电动机的转速只能朝电动机额定转速以下的方向调节，运行转速恒低于电动机的同步转速，称为低（次）同步串级调速。当Ef与SE20既可同向串接，又可反向串接时，电动机的转速既可高于又可低于电动机的同步转速，称为超同步串级调速，或称为双馈调速。图19所示为低同步串级调速系统的原理图。其工作原理

6、为：绕线式异步电动机的转差电势E2（SE20）经三相整流为直流电势Ed，再经电抗器L滤波后，加到三相逆变桥。由晶闸管组成的三相有源逆变桥的作用有两个：一是从电网为转子回路提供附加直流电势Eβ，它与外串附加交流电势Ef相当，因是低同步串级调速，所以它的方向与转子直流电势Ed相反；二是把直流电再逆变为与电网同步的三相交流电，从而把转差功率Ps通过逆变变压器T匹配成电网电压，送回电网。500)this.style.ouseg(this)">图20为超同步晶闸管串级调速系统的原理图。它与低同步串级调速系统的主要区别是把由二极管组成的整流桥改为由晶闸管组成的可控整流桥，这样它既可

7、作整流桥用，又可以作为逆变桥使用。当超同步串级调速系统在低同步范围调速时，可控整流桥作用与不可控整流桥完全相同，而在超同步范围内调速时，原来的逆变桥成为整流桥，它通过变压器从电网吸收交流能量，并将其整流为直流电；而原可控整流桥则成为逆变桥，它把直流电变为频率与转子频率相同的交流电。这样，超同步串级调速系统其定子绕组由工频电源供电；而转子绕组则由变频电源供电，通过调节转子变频电源的频率就可以进行转速调节。显然，绕线式异步电动机的变频调速方式与鼠笼式异步电动机的变频调速方式不同，后者仅由定子侧供电，而前者是由定子侧和转子侧双向供电。因此，超同步串级调速系统又称双馈电动机调速

8、系统。500)this.style.ouseg(this)">低同步晶闸管串级调速方式用于泵或风机调速时，其主要优点为：1）晶闸管串级调速是一种高效调速方式。一般而言，晶闸管串级调速系统的总效率（即电动机和调速装置的综合效率ηZ）应高于鼠笼式电动机及变频装置的综合效率ηZ。这是因为晶闸管串级调速系统中，只有转差功率经过变频器；而鼠笼式电动机变频调速时，其由电网输入的全部有功功率都要通过变频器。所以从通过变频器的功率损失（称为换流损失）来看，显然晶闸管串级调速系统要小得多。图14为典型晶闸管串级调速系统的ηZ及cosφ值，ηZ定义为500)