王勵(lì)濤
哈爾濱九洲電力設(shè)備制造有限公司

　　對于供水系統(tǒng)的水廠來說，電費(fèi)占供水成本的30％左右。目前，絕大多數(shù)水泵都采用恒速電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)水量發(fā)生變化時(shí)，采用閥門節(jié)流的辦法來調(diào)節(jié)流量，因此嚴(yán)重浪費(fèi)電能。在低壓系統(tǒng)中，國外的變頻調(diào)速器已經(jīng)打入我國市場，取得了良好的節(jié)能效果，但由于電力半導(dǎo)體器件還不能單獨(dú)應(yīng)用于高壓系統(tǒng)中，因此高壓變頻器的成本很高，設(shè)備投資回收期動(dòng)輒近十年，所以急需調(diào)速性能好、價(jià)格低的高壓調(diào)速電機(jī)來解決大中型水泵的調(diào)速節(jié)能運(yùn)行。
　　內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī)及其控制裝置是一種具有優(yōu)良的性能價(jià)格比的調(diào)速節(jié)能產(chǎn)品，適合于水廠的大中型水泵調(diào)速節(jié)能運(yùn)行，一般1～2年即可通過節(jié)電效益回收全部設(shè)備投資。

　　1 內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及調(diào)速原理

　　內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)由內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī)和與之配套使用的控制裝置組成。
　　內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī)是在國家標(biāo)準(zhǔn)系列繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子上增設(shè)了一套三相對稱繞組，稱為調(diào)節(jié)繞組，而將原來的定子繞組稱為主繞組，為保證合理的磁負(fù)荷，適當(dāng)加長電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵芯，以保證有效的鐵面積不變。因此其相同規(guī)格具有相同(或相近)的安裝尺寸，結(jié)構(gòu)相似，便于現(xiàn)有水廠的調(diào)速節(jié)能改造。
　　內(nèi)反饋串級調(diào)速屬繞線型感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子串附和電勢進(jìn)行調(diào)速的理論范疇，該附加電勢就是由調(diào)節(jié)繞組從主繞組感應(yīng)過來的電勢所提供的，通過變流系統(tǒng)將該電勢串入電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，改變其串入電勢的大小和相位即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速(如圖1所示)。同時(shí)，調(diào)節(jié)繞組吸收轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率，并通過與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生正向的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這就使電機(jī)從電網(wǎng)吸收的有功功率減少，主繞組的有功電流隨轉(zhuǎn)速正比變化，達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的。

　　內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)裝有內(nèi)補(bǔ)償裝置，它在調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)繞組側(cè)進(jìn)行補(bǔ)償，抵消變流系統(tǒng)產(chǎn)生的無功分量，直接改善電機(jī)的功率因數(shù)。

　　2 各種調(diào)速方式比較

　　2.1 高壓變頻調(diào)速
　　變頻調(diào)速是通過改變向電機(jī)供電的電源頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，具有調(diào)速范圍寬，控制功能完善等一系列優(yōu)點(diǎn)，但由于受電力半導(dǎo)體器件絕緣水平的限制，在高壓系統(tǒng)中國外多數(shù)廠家都采用"高-低-高"的變頻方案，即用變壓器將電網(wǎng)的高壓降至600 V左右進(jìn)行變頻，然后向?qū)Ｓ秒姍C(jī)供電，或用變壓器升壓后供電給高壓電機(jī)運(yùn)行(但要考慮變壓器的低頻運(yùn)行問題)，只有少數(shù)廠家采用電力半導(dǎo)體器件串并聯(lián)的方案解決了高壓變頻問題，但僅其高壓變頻器造價(jià)便是高壓內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī)及其控制裝置成套造價(jià)的5～7倍，一次性投資巨大，設(shè)備投資回收期很長，而且對調(diào)速范圍要求不大的水廠供水泵來說，變頻調(diào)速的性能也沒有得到充分的利用。
　　2.2 傳統(tǒng)串級調(diào)速
　　傳統(tǒng)的串級調(diào)速是將普通的繞組型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)差功率從電機(jī)轉(zhuǎn)子引出，并通過變流系統(tǒng)的變換后，再經(jīng)逆變變壓器和高壓操作柜送回電網(wǎng)(如圖2所示)。由于逆變變壓器是集中繞組，對諧波的抑制能力不如內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī)的調(diào)節(jié)繞組(其短距和分布作用對空間諧波有很強(qiáng)的抑制能力)，因此其諧波污染大；由于沒有內(nèi)補(bǔ)償系統(tǒng)，功率因數(shù)低。逆變變壓器的容量約為電機(jī)額定容量的一半，體積大，成本高。內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)由于取消了逆變變壓器及其附屬設(shè)備的設(shè)備費(fèi)用和占地，使整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單、更緊湊，具有更高的效率和更好的可靠性。

　　2.3 液力耦合器調(diào)速
　　液力耦合器調(diào)速屬耗能型調(diào)速方式，有如下缺點(diǎn)：
　　① 在調(diào)速過程中有滑差損耗，該損耗最大可達(dá)電機(jī)額定功率的15％；
　　② 傳動(dòng)效率隨轉(zhuǎn)速下降而降低；
　　③ 故障時(shí)不能轉(zhuǎn)換到全速運(yùn)行。
　　盡管該調(diào)速方式成本很低，但運(yùn)行很不經(jīng)濟(jì)。
　　綜上所述，內(nèi)反饋串級調(diào)速2∶1的調(diào)速范圍完全能夠滿足水泵的調(diào)速節(jié)能運(yùn)行，屬高效調(diào)速方式，而且設(shè)備造價(jià)較低，一般1～2年即可通過節(jié)電效益回收全部設(shè)備投資，是符合我國國情的水泵調(diào)速節(jié)能運(yùn)行的理想的解決方案。

　　3 工程實(shí)例

　　盤錦遼河化工(集團(tuán))公司供水廠一車間泵房共有JSD148-4(6 kV、440 kW)電機(jī)拖動(dòng)的水泵4臺(tái)套，負(fù)責(zé)供應(yīng)公司的全部生產(chǎn)用水和生活區(qū)的生活用水，除此以外還負(fù)責(zé)供應(yīng)盤錦乙烯工業(yè)公司的生產(chǎn)、生活用水和盤錦市雙臺(tái)子區(qū)部分生活用水，負(fù)荷變化頻繁而且幅度較大。有時(shí)開2臺(tái)泵，供水量依然不夠，只好開3臺(tái)泵，然后用閥門來控制流量；有時(shí)開2臺(tái)泵也需要用閥門來調(diào)節(jié)流量，因此造成了很大的電能浪費(fèi)。1995年底對其中一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行了調(diào)速節(jié)能改造，即將其中一臺(tái)JSQ148-4電機(jī)用具有相同安裝尺寸的JRNT148-4(6kV、440kW)內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī)替代，電機(jī)基礎(chǔ)無需改變，原電纜仍可使用。1995年11月24日投入運(yùn)行，經(jīng)測試，采用內(nèi)反饋串級調(diào)速電機(jī)及其控制裝置后，平均日節(jié)電量2266 kW·h，每年節(jié)省電費(fèi)26萬元，18個(gè)月即可通過節(jié)電效益回收全部設(shè)備投資。

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