我國熱力行業中型電機變頻調速的電氣設計研究-國際節能環保網-行業資訊

氣設計過程是一個複雜的過程，經常會出現城市供熱係統中因熱效率高而逐漸采用大容量鍋爐、電機功率同時增加的現狀。隨之而來的是中型電機啟動及調速如何設計的問題，涉及到中型電機功率較小情況下變頻控製係統設計、中型電機功率較大情況下變頻控製係統設計。本文通過對變頻調速電機的設計特點、dianjishejizhongyingzhuyidewentihezhongxingbianpintiaosudianjishejishilisangefangmianlunshu，anzhaobutongqingkuangjibutongdedianjigonglv，dechubutongdeshejifangfa，congershixianjijieyuetouziyounengbaozhangxitongwending、維護較容易的目的。
隨著電力電子技術的發展，交流電機的變頻調速已逐步取代了傳統的變極調速、電磁調速和調壓調速係統。被廣泛應用於礦產、鋼鐵、運(yun)輸(shu)紡(fang)織(zhi)及(ji)高(gao)空(kong)調(tiao)家(jia)電(dian)等(deng)領(ling)域(yu)。其(qi)控(kong)製(zhi)性(xing)能(neng)及(ji)經(jing)濟(ji)性(xing)能(neng)都(dou)已(yi)接(jie)近(jin)或(huo)超(chao)過(guo)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)，變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)的(de)目(mu)的(de)主(zhu)要(yao)是(shi)節(jie)能(neng)調(tiao)速(su)和(he)工(gong)藝(yi)調(tiao)速(su)，能調速用於具有平方轉矩負載特性的風機泵類機構的轉速控製。
一、變頻調速電機的設計特點
變頻調速專用電動機開發的必要性就在於解決在變頻調速情況下，普通Y係列電機勝任不了的問題、其設計特點如下：
（1）用SPWM裝置額定頻率供電時，變頻調速電機的功率等級和安裝尺寸的對應關係與基本係列電動機相同，這有利於用戶的安裝、維修、推廣與使用。
（2）由(you)於(yu)通(tong)常(chang)的(de)自(zi)帶(dai)風(feng)扇(shan)的(de)冷(leng)卻(que)方(fang)式(shi)，在(zai)許(xu)多(duo)場(chang)合(he)下(xia)將(jiang)不(bu)適(shi)用(yong)於(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)供(gong)電(dian)的(de)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)電(dian)動(dong)機(ji)，基(ji)速(su)以(yi)下(xia)的(de)恒(heng)轉(zhuan)矩(ju)特(te)性(xing)使(shi)電(dian)動(dong)機(ji)在(zai)低(di)速(su)時(shi)的(de)電(dian)流(liu)和(he)磁(ci)通(tong)都(dou)基(ji)本(ben)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)。然(ran)而(er)此(ci)時(shi)的(de)冷(leng)卻(que)風(feng)量(liang)卻(que)與(yu)轉(zhuan)速(su)的(de)3次方成正比的減少，使散熱發生困難。因此，變頻調速電動機需采用外通風冷卻，同時應充分考慮電機的溫升裕度。
二、電機設計中應注意的問題
（一）電(dian)機(ji)設(she)計(ji)時(shi)需(xu)減(jian)少(shao)電(dian)機(ji)中(zhong)的(de)氣(qi)隙(xi)不(bu)平(ping)衡(heng)以(yi)及(ji)電(dian)磁(ci)激(ji)振(zhen)力(li)的(de)大(da)小(xiao)，來(lai)降(jiang)低(di)電(dian)機(ji)的(de)噪(zao)聲(sheng)。這(zhe)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)定(ding)子(zi)鐵(tie)心(xin)內(nei)徑(jing)及(ji)轉(zhuan)子(zi)鐵(tie)心(xin)外(wai)徑(jing)的(de)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)來(lai)減(jian)少(shao)偏(pian)差(cha)和(he)提(ti)高(gao)同(tong)心(xin)度(du)方(fang)法(fa)來(lai)實(shi)現(xian)。
（二）youyudianjizaiyigepinlvfanweineigongzuo，yaoshidianjidingzidezhuyaojiemotaideguyoupinlvyudiancijizhenlidejiefenliangcuokaishishifenkunnande，dankeyitongguoxuanzehelidecaopeihe、改gai進jin電dian機ji的de絕jue緣yuan結jie構gou和he采cai用yong正zheng弦xian繞rao組zu等deng以yi降jiang低di低di階jie空kong間jian諧xie波bo的de幅fu值zhi或huo者zhe對dui定ding子zi的de結jie構gou進jin行xing阻zu尼ni處chu理li以yi增zeng大da電dian機ji定ding子zi各ge階jie模mo態tai的de阻zu尼ni，來lai降jiang低di電dian機ji定ding子zi在zai發fa生sheng振zhen動dong時shi的de振zhen幅fu，達da到dao降jiang低di噪zao聲sheng的de目mu。的de。
（三）由於變頻電機的高速運行時，轉速非常高，這對電電機結構件的剛度、強度有較高的要求。電機設計時需對電機機座、端蓋、轉軸連接係統以及軸承進行分析，采取相應措施。如端蓋采用帶內、外散熱筋結構，同時加強電機與獨立風機連接部分的強度，來保證變頻電動機高速運行時良好的剛度。
三、中型變頻調速電機設計實例
（一）電網電壓l0kV，采用l0kV電機，l0kV輸入和l0kV輸出的變頻控製係統
cixitongjiegoujiandan，wuxudandudedianyuanbianyaqi，bianpinqizidaishurugelibianyaqi，zhijiejiedianwangjike，buxuyaodianwangdianyazhuanhuandebianyaqi，buzhanyongdiyabianyaqiderongliang，tongshidianjihebianpinqidexiaolvdouhengao，dianjiyunxingshiS小，轉差功率損耗小，效率高。電機效率>93%，變頻器的效率=97%，電機加變頻器的整體綜合效率>90.2%此外變頻器對電網側和電機側的諧波都非常小，可忽略不計，電網側諧波總量一般小於1%，電機側諧波可以忽略不計，可以使用普通電機，不需要用變頻器專用電機。還有輸出電纜長度無限製，輸入輸出電流都最小，大約30 ～ 40A，采用的電纜截麵小，電纜成本和施工的成本低。另外電機的接線方式為星形接法，必要時可以直接采用旁路，在l0kV的電網下，直接啟動l0kV的(de)電(dian)機(ji)，旁(pang)路(lu)係(xi)統(tong)簡(jian)單(dan)，不(bu)需(xu)要(yao)星(xing)角(jiao)轉(zhuan)換(huan)，可(ke)以(yi)在(zai)變(bian)頻(pin)器(qi)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)後(hou)，用(yong)工(gong)頻(pin)電(dian)源(yuan)馭(yu)動(dong)電(dian)機(ji)繼(ji)續(xu)運(yun)行(xing)。采(cai)用(yong)大(da)品(pin)牌(pai)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)，運(yun)行(xing)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)極(ji)高(gao)，售(shou)後(hou)維(wei)修(xiu)的(de)成(cheng)本(ben)很(hen)低(di)，設(she)計(ji)壽(shou)命(ming)20年。電機功率與電網電壓匹配，符合國家的政策。但是變頻單元的額定電流64A，富裕量很大，性價比不如6kV輸出的變頻器。變頻器本體體積比6kV輸出的變頻器略大，價格比l0kV輸入、6kV輸出的變頻器略高。
（二）電網電壓l0kV，采用6kV電機，l0kV輸入和6kV輸出的變頻控製係統
此係統結構簡單，無須單獨的電源變壓器，變頻器自帶l0kV輸(shu)入(ru)隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)，直(zhi)接(jie)接(jie)電(dian)網(wang)即(ji)可(ke)，不(bu)需(xu)要(yao)電(dian)網(wang)電(dian)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)，不(bu)占(zhan)用(yong)低(di)壓(ya)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)容(rong)量(liang)，同(tong)時(shi)電(dian)機(ji)和(he)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)都(dou)很(hen)高(gao)，電(dian)機(ji)效(xiao)率(lv)>93%，變頻器的效率=97%，電機加變頻器的整體綜合效率>90.2%。此外變頻器對電網側和電機側的諧波都非常小，可忽略不計，電網側諧波總量一般小於2%，電機側諧波可以忽略不計。可以使用普通電機，不需要用變頻器專用電機。還有輸出電纜長度無限製，輸入輸出電流都較小，大約60 ～ 70A，略高於l0kV的變頻器額定電流，采用的電纜截麵較小，電纜成本和施工的成本較低。另外變頻單元的額定電流70A ，接近電機額定電流，電機與變頻器的額定電流容量匹配性好，富裕量足夠，性價比比l0kV輸出的要好。變頻器本體體積比l0kV輸出的小，價格比l0kV輸出的變頻器低。采用大品牌的變頻器，運行的可靠性極高，售後維修的成本很低，設計壽命20年。電機功率與電網電壓匹配，符合國家的政策。但是變頻運行的接線方式為星形接法，不能采用旁路，適合丁不需要旁路的場合。
總之，通過以上的對比分析，得到重要的設計結論：對於400kW及以下的中型電機，應設計0.4kV的變頻控製係統；對於450kW的中型電機，應設計0.4kV的變頻控製係統或高壓變頻控製係統；對於500kW中型電機，在電氣設計中應設計l0kV輸入，6kV輸出的變頻控製係統，電機即可以采用l0kV（可以旁路），也可以采用6kV（不需要旁路時），比較靈活；電(dian)機(ji)的(de)功(gong)率(lv)與(yu)電(dian)網(wang)電(dian)壓(ya)匹(pi)配(pei)，符(fu)合(he)國(guo)家(jia)政(zheng)策(ce)，而(er)且(qie)這(zhe)樣(yang)的(de)方(fang)案(an)具(ju)有(you)整(zheng)體(ti)綜(zong)合(he)效(xiao)率(lv)高(gao)，電(dian)纜(lan)截(jie)麵(mian)小(xiao)，電(dian)纜(lan)和(he)施(shi)工(gong)成(cheng)本(ben)低(di)，諧(xie)波(bo)小(xiao)可(ke)忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)，電(dian)機(ji)不(bu)降(jiang)容(rong)，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)普(pu)通(tong)電(dian)機(ji)，不(bu)需(xu)要(yao)變(bian)頻(pin)器(qi)專(zhuan)用(yong)電(dian)機(ji)，電(dian)纜(lan)長(chang)度(du)無(wu)限(xian)製(zhi)，變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)容(rong)量(liang)與(yu)電(dian)機(ji)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)匹(pi)配(pei)性(xing)好(hao)，不(bu)需(xu)要(yao)占(zhan)用(yong)低(di)壓(ya)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)容(rong)量(liang)，無(wu)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。由(you)於(yu)電(dian)流(liu)小(xiao)，這(zhe)種(zhong)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)已(yi)經(jing)超(chao)過(guo)了(le)低(di)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)。這(zhe)些(xie)設(she)計(ji)已(yi)經(jing)在(zai)熱(re)力(li)工(gong)程(cheng)實(shi)踐(jian)中(zhong)取(qu)得(de)良(liang)好(hao)效(xiao)果(guo)。

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