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大功率风机_泵节能调速发展方向探讨

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大功率风机_泵节能调速发展方向探讨 电气传动 1 9 9 9 年 第 1 期 大功率风机 、泵节能调速发展方向探讨 天津电 气传动设计研究所 马小亮 摘要 : 大 功率风机和泵 采用调速 传动可节 约大量能 量 , 但 由于缺少简单 、 可靠 、经 济的 中压 电机调速装 置 , 该技 术基本没推开 。 I G C T 是 一种新型大功率半导体开关器 件 , 适合用于 中压变频 。无刷双馈 电机的串级和双馈 调速 装置简单 、经济 , 特别适合 用于 中压低速 ( < 7 50 一 1 。。。 r / m in) 风机和泵传动 。 关键词 :...

大功率风机_泵节能调速发展方向探讨
电气传动 1 9 9 9 年 第 1 期 大功率风机 、泵节能调速发展方向探讨 天津电 气传动 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究所 马小亮 摘要 : 大 功率风机和泵 采用调速 传动可节 约大量能 量 , 但 由于缺少简单 、 可靠 、经 济的 中压 电机调速装 置 , 该技 术基本没推开 。 I G C T 是 一种新型大功率半导体开关器 件 , 适合用于 中压变频 。无刷双馈 电机的串级和双馈 调速 装置简单 、经济 , 特别适合 用于 中压低速 ( < 7 50 一 1 。。。 r / m in) 风机和泵传动 。 关键词 : 风机 泵 节能 调 速 T r e n d s o f H i g h P o w e r V a r i a b l e S P e e d D r i v e s o f F a n s a n d P u m P s f o r E n e r g y S a v i n g M a X i a o l i a n g A b s t r a e t : V a r i a b l e s p e e d f a n a n d p u m p d r iv e s e a n s a v e a l o t o f e n e r g y , b u t t h e y a r e n o t b e w id e ly a d o p t e d 于o r la e k o f s im p le , r e l i a b l e a n d e h e a p m id v o l t a g e i n v e r t e r s . IG C T 15 a k i n d o f n e w h ig h p o w e r s e m i e o n d u e t o r s w i t e h i n g d e v i e e s a n d s u i t s f o r m id v o l t a g e i n v e r t e r s . C a s e a d e a n d d o u b le 一 fe d d r iv e s o f d o u b l e 一 f e d b r u s h l e s s m o - t o r s a r e s im p l e a n d e h e a p a n d s a i t f o r m id v o l t a g e lo w 一 s p e e d ( < 7 5 0 一 l 0 0 0 r / m i n ) f a n s a n d p u m p s . K e y w a r d s : f a n p u m p s a v e e n e r 只 y a d j u s t i n 又 s p e e d 1 概述 众所周知 , 风机和泵采用调速传动后可节 约 大量电能 , 平均 3 0 %左右 。 但 由于调速装置价格 贵 , 推广应用受限制 。特别是大功率 的风机和泵传 动 , 由于缺少简单 、可靠 、经济的 中压电机调速装 置 , 节能调速基本没推开 。 大功率风机和泵一般用中压 (1 kV 一 10 k V ) 交流 电机传动 。 中压变频方案分两大类 : 中压直接 变频和高一低一高变频方案 。 中压直接变频按使 用的器件不 同又分两类 : G T O 变频器和 I G BT 变 频器 。G T O 器件 电压电流等级达 4 5 0 0一 6 0 0 0 V , 4 0 0 0 ~ 6 0 0 o A , 采用三 电平线路 , 不 串不并 , 逆变 器输出可到 1 0 M V A , 满足大功率风机和泵要求 。 但 由于 G T O 器件 贵 , 开关慢 , 损 耗大 , 要 求庞大 的缓 冲及 门极驱动 电路 , 可靠性 欠满意 , 难以 推 广 。 IG B T 开关快 , 损耗小 , 缓冲及门极 电路简单 , 但 电压 电流等 级受 导通 压降 限制 , 实 用器件 仅 1 8 0 0 V , 1 2 0 0 A , 用于中压变频需多器件串并联 , 线路复杂 , 可靠性受影响 。这类装置 中较有名的是 美国 R o b ico n 公司的分离直流电源多重 电压源逆 变器 串联方 案 , 一 套 3 3 0 0 V 变频 器 , 每 相 4 桥 串 , 三相 12 桥 , 48 支 IG B T 器件 , 变压器 12 组 , 副边很复杂 。 高一低一 高变频先用一台降压变压 器把中压变为低压 , 经通用的低压变频器变频 , 再 用一台升压变压器把低压升至中压 , 该方案 的优 点是使用标准变频器 , 缺点是多了两台变压器 , 增 加了成本和 占地面积 , 降低效率 , 另外低压变频器 容量最大 1 5 0 O k W 左右 , 也限制了该方案的应用 范围 。 1 9 9 6 年一种新型 半 导体开关器件— 集成门极换流晶闸管 I G C T ( i n t e g r a t e d g a t e 一 e o m m u - t a t e d t h y r i s t o r )面世 。 该器件综合 G T O 和 I G BT 二者的长处 , 摒弃它们各 自的短处 , 非常适合用于 中压开关电路 [l. 2〕。两年来基于这类器件的中压变 频发展很快 , 已有系列产品 。 我国标准 中压 电压等级为 6 k V 和 10 k V , 若 直接变频 , 即使用 4 . 5 k V 或 6 kV 的开关器件仍 需 串联 。 大量 风机和泵传 动用中压 电机功率 在 1 0 0 0 ~ 2 0 0 0 k w 以下 , 电流 仅 I OO A 左 右或 更 小 , 器件 电流 利用率 低 , 不 合理 。 建议 关于小区增设电动车充电建议给教师的建议PDF智慧城市建议书pdf给教师的36条建议下载税则修订调整建议表下载 开发 1 . 7 k V , 2 . 3 k V , 3 . 3 k V , 4 . 1 6 k V 的中压 电机 , 简化 变频器 , 降低造价 , 由此在变频器前需加一台网侧 变压器 。 电气传动 1 9 9 9 年 第 1 期 对于风机和泵 的调速 , 合理 的方案应是绕线 电机串调或双馈 。电机定子绕组直接接中压电网 , 无网侧变压器 。 转子绕组为低压 。 易和 电力电子 器件相匹配 。在串调或双馈调速时 , 转子电路的功 率为滑差功率 , 风机和泵所需的调速范围小 , 一般 30 %左右 , 这样 电力 电子装置的功率仅为电机功 率的 30 %或 15 % 。 但绕线电机有滑环和碳刷 , 维 护麻烦 , 在很多地方不受欢迎 。现国内外都在开发 无刷双馈电机川 , 该电机特性与绕线电机相同 , 定 子两套绕组 , 一套接 中压 电网 , 另一套控制绕组 , 相 当于绕线机的转子绕组 , 接串调或双馈装置 , 实 现调速 , 是很有希望的中压节能调速方案 , 在俄罗 斯和 澳大利亚已有成功经验 , 效果很好川 。 本文介绍 IG C T 变频及无刷双馈两技术 。 变为 p 一 n 一 p 晶体管三层结构 , 有 了稳定的 中间 状态 , 一致性好 , 可 以无缓冲电路运行 。 ( 5 ) 由于 I G C T 芯片厚度减小到和二极管差 不多 , 因而 可 以将 I G CT 和反并续 流二极管集成 在 同一芯片上 , 减化电压型逆变器结构 。 ( 6 )由于触发功率减小 , 可 以把触发及状态监 视 电路和 I G C T 管芯做成一个整体 , 通过两根光 纤输人触发信号 , 输出工作状态信号 。其方框图示 于图 1 。 阳极 电源地 屏蔽地 2 IG C T 逆变器 I G C T 是在 G T O 基础上发展起来的新器件 , 它保 留了 G T O 导通压降小 , 电压电流高 ( 4 5 0 0 一 6 0 0 O V , 4 0 0 0 ~ 6 0 0 0 A )的优点 , 又克服了其开关 性能差的缺点 , 是一种较理想的兆瓦 、 中压开关器 件 。 IG C T 主要采用 了下列几项技术 。 ( 1 ) I G C T 和 G T O 都基于 晶闸管机理 , 与基 于晶体管机理的器件 I G BT 相 比 , 导通压 降小 , 电 压 、 电流高 , 最大电流 石sM 和 厂 t 高 。 ( 2 )为了减小开关损耗 , 使器件导通时存储的 电荷在关断时快速 移走 , 在 G T O 中采用 阳极短 路 , 为电子流走提供通道 , 导致触发及维持 电流急 骤加大 。 I G C T 取 消 了 阳极短 路 , 代之 以 “ b uf fer l a y e r t r a n s p a r e n t e m i t t e r ”技术 , 使触发电流减小 近 1 个数量级 , 电荷存储时 间减 少至 1 / 1 5 , 后沿 拖尾电流减小 2 0 倍 。 ( 3) 上述技术 的采用还能在获得同样阻断电 压条件下 , 减 少芯片厚度 30 % , 使得导 通压降进 一步降低 , 石sM 和 厂t 提高 , 达到普通晶闸管水平 , 降低通态损耗 , 改善保护 。 ( 4) G T O 有 两个稳定工作状态 “通 ”和 “断 ” , 在它们 之间 (开断过 程 中 )是 不稳 定状态 。 一个 G T O 芯片由成千上万个小 G T O 并联构成 , 在开 关 过程 中特性 的不一致导致 要求庞大 的缓 冲电 路 , 降低 d y / dt , 其价格和损耗大约 占一半 。 I G C T 采用一种新 的低电感封装技术 , 在 门极一 ZO V 偏 置情况下 , 可获得 4 0 0 0 A /娜 电流 变化 率 , 使得 在大约 1 邵 时间内全部阳极 电流经 门极流出 , 不 通 过阴极 , 晶闸管的 p 一 n 一 p 一 n 四层结 构暂时 4 阳极电压监视 屏蔽地光控输入之 状态监视~ 环图 1 IG C T 方框 图 ( 7 )由于开关过程一致性好 , 可 以方便的实现 串并联 , 进一步扩大功率范围 。 作为例子 , 在 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1 中 给 出 4 5 0 0 V , 3 k A (必 8 5 m m 直 径 ) G T O 和 I G C T 的特性 比较 。 表 1 G T O 和 IG C T 特性比较表 444 . 5 k V , 3 k A , 必 8 5 m mmm G T ( ))) I G C TTT 通通 态压降降 3 . Z VVV 1 . g VVV 最最大导通 d i / dttt s o o A / 拜sss 3 o OO A /拜sss 导导通损耗耗 5 w sss 0 . 5 w sss 缓缓冲电容容 6 拜FFF 0 拜FFF 门门极驱动功率 ( S OO H : ))) 80 www 1 5 www 门门极存储 电荷荷 8 0 0 0 拌 eee 2 0 0 0 拌eee 存存储时 间间 2 0 拜sss 1 仁 sss 最最大关断 d y / dttt s o o V /料sss ) 4 o o o V / 拜sss I G C T 逆 变器不要 限制 d y / dt 的缓 冲电路 , 但为限制短路电流上 升率 , 在实 际电路 中常串人 适当电抗 , 参见图 2 。 + 图 2 三相 I G C T 逆变器 电气传 动 1 9 9 9 年 第 1 期 X l ‘一X l + X r /2 X Z‘一X Z + X r /2 式中 X m , X l , X Z , X r—第 1 , 2 台 电机的互抗 ,定子漏抗和转子漏抗 由于互抗减小 , 漏抗加大 , 无刷双馈 电机比同 容量和转速的普通绕线机体积和重量大 。 转速越 低 , 二者差越小 。 7 5 0 一 1 0 0 0 r / m i n 的无刷双馈电 机大约大 5 0 % 。 电机造价的增加可 以从调速装置 的节约中得到补偿 。若转速再高 , 无刷双馈电机将 增大许多 , 制造也较困难 , 不一定合算 。 无刷双馈 电机调速原理图示于 图 6 。 调速装 置可 以是交一直 一交间接变频器或交一交直接变 频器 。图中作为例子画 的是交一直一交变频器 。它 既可是电压型 , 也可是电流型 , 故在图中没画 中间 直流环节的电容或 电抗 。 如果整流器是普通二极 管 , 能量只能从电机流出 , 不能回馈 , 则只可 以从 同步速向下调速 , 通常称之为串调 。如果整流器是 由可控器件构成 的能量可 回馈的装 置 , 则既可 向 下调速 , 也可超 同步速 向上 调速 , 通 常称 之为双 馈 。 双馈比 串调复杂 、贵 , 但容量可省一半 。 以要 求调整范围 5 0 0 ~ 1 0 0 0 r /m i n , 功率 1 3 0 0 k w 的 装 置为 例 , 若 用 串 调 , 电机 1 3 0 0 k w , I 0 0 0 r / m i n , 串调装置 6 5 0 kw , O一 2 5 H z ;若 用双馈 , 电 机 1 0 0 0 kw , 7 5 O r / m i n , 双馈 装 置 3 2 5 k w , 士 1 2 . 5 H z 。 这样的装置在 明斯克电厂使用 , 年节电 1 6 0 万度 。 无刷双馈调速和变频调速的 比较 : 以 电站灰 渣泵为例 , 电机 32 0 k w , 7 50 r / m in , 原为 鼠笼机 , 约 丫8 万 / 台 , 若 改 为无 刷双 馈 电机 , 约 丫12 万 台 , 3 0 %调速范围的串调装置约毕15 万 / 台 (含起 动装置 ) , 共 丫 27 万 / 台 ;若用变频调速 , 无论是中 压变频或高低高变频都要 丫50 万以 上 。 ( 3) 若速度 低于 I OO0 r /m in , 无刷双馈 电机 串调或双馈是 中压电机节能调速较合理的方案 。 参考文献 H a r o l d M . S t i l l m a n n . I G C T 一 M e g a w a t t P o w e r Sw i t h e s f o r M e d i u m 一V o l la g e A p p l i e a t i o n . A B B R e v i e w 1 9 9 7 , ( 3 ) S t e im e r P K . C a r r o l l E . e t e I G C T 一 a N e w E m e r g in g T e e h n o lo - g y fo r H ig h P o w e r . L o w C o s t I n v e r t e r s . I E E E 一IA S A m m M e e t i n g R e e 19 9 7 李松 辽等 . 无刷 双馈 变频 调速 电机的 原理分 析 . 中小型 电 机 , 1 9 9 6 , ( 3 ) D ja k o v A F . 乙 B o ld l e n e r H G . e t c . A d zu s t a b l e E l e e t r i c D r i v e o n t h e B a s i s o f C o n t n e t l e s s D o u b l e 一 f e d M o t o r f o r T h e r m a l P o w e r P la n t C I G R E , IE E E , 1 9 9 0 收稿 日期 : 19 98 一0 8 一2 0 深圳市华能电子有限戈扮司 向您隆重推荐—H IC 高可靠变频调速控制装置 H IC 高可靠变 频调速 控制 装置 为微 电子 、 电力 电子和信息 技术 发展 的高科技 产 品 , 也是 机 电一体 化和 高效节能装置 。 本装 置选用国际优质 变频器为 主体 , 兼配 国外 最优基础 件 、元器 件和 华 能 软件 , 具有高可靠性 、 高调速精度 、 高稳 定度等特点 。 深圳华能生产 的 “H IC 高可靠变频 调速装 置 ”已 以以茹 蒸卜卜卜 整整整整整流流流流流流流流流流流流流流流流流流 逆逆111一 ~ ~ lllllllll 变变一一1一 ” 一,立, ‘一 ’ 门门 图 6 无刷双馈 电机调速原理 图 4 结论 ( 1) 中压电动 机拖动的风机和泵节 能调速可 节约大量能量 , 但至今没有合适的调速装置 。 ( 2 ) I G C T 变频调速装 置可能是解决 中压变 频的希望 。 6 广 泛 用于 炼油 行 业常 减压蒸 馏 、催 化 裂 化 、 延迟 焦 化 、糠醛精制 、 酮苯 脱蜡 、 氧化 沥 青 、污 水 处理等装 置 ;化 纤行业 的前纺 、后纺 、长 丝高速 纺 、 切断机 、 聚 醋切 片 、 1 6 OH : / 1 6 oV 静 变频 电源 等生 产 线 , 钢 铁 、 有色行业的 高炉 卷扬 、 圆盘给 料 、拉 丝机 、 电渣炉 、转 窑 ; 辊道 、鼓 风 机 、 转 炉倾动 及氧 枪 升 降等装置 ; 化 工 、 医药行 业的蒸馏 、搅拌 、给 料 、 回转 炉 、缎烧炉 、挤 出机 、 造粒机 、高压甲氨泵等装置 ; 机械行业 的磨床 、 铣床 、刨 床 、组合机床 、锅炉 、变压器 、卷扬机 、各类 生 产线等 ; 电力 、建材 、矿 山 、石 油 、 城市供水行业 的 风 机 、水泵 、输 油泵 、沙泵等装 置 ; 宾馆 、 写字楼 的空 调 系统等 , 均产生颇佳效果 。 提高 了产 品产量和质 量并 节 电 1 0 % 一 7 0 % , 其中多 项技术通过部级鉴定 。 H IC 高可靠变频调速控制装 置将把您 的设 计置 阴认引路的币沁/代创‘“韵币的南以助佗的币”扔币叭山汗的礴引币酌掩韵矛代创吓”刃山u妙汗的白姚尹代韵踌妙介“刹产任们币Ž币‘沁竹的序以”叫忱的汗的份乙的认引介韵矛代刃钾韵廿钾妙汗砂汗韵伦的币竹而创认刃代创 于 国内外 同行 业领 先地位 , 我 们真诚与各 行业朋 友 作 , 欢迎来 电来 函索取资料 。
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分类:建筑/施工
上传时间:2011-11-20
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