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类型高压变频和串级技术经济比较.doc

  • 上传人:rav7596
  • 文档编号:6984130
  • 上传时间:2019-04-29
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    高压变频和串级技术经济比较.doc
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    1、1现代串级调速技术与变频技术在高压电机调速节能应用中的技术经济比较保定华仿科技有限公司2现代串级调速技术与变频技术在高压电机调速节能应用中的技术经济比较三相异步电动机调速技术可以改进生产工艺和节省大量电力。而三相异步高压电机的功率大,是大型工矿企业的主要动力源,是电力的主要消耗设备,因而高压电机调速技术对我国节能减排具有战略性的重大意义。一、两种三相异步电机鼠笼式和绕线式高压三相异步电机主要有两种产品类型:一种是鼠笼式电机,它具有结构相对简单,运行维护简便的优点,但转子是封闭的。另一种是绕线式电机,结构稍微复杂,但转子是开放的。在以往长期粗放式产业发展模式下,未考虑调速节能,企业多选用鼠笼式电

    2、机,只有某些行业(如水泥制造等)和对启动力矩及转速有要求的场合选用绕线式电机。在三相异步高压电机调速领域,针对不同类型的高压电机,主要有对高压鼠笼式电机的高压变频技术和对高压绕线式电机的串级调速技术,它们均可实现宽范围的平滑无级转速调节。两种调速方法都是用现代电力电子技术进行交、直流电力的变流,都是变流技术。从电机调速节能的角度看,对高压鼠笼式电机只能从定子一侧进行变流,调速节能实现困难,代价大。而高压绕线式电机则可自其转子一侧较易实现变流,调速节能实现容易,代价小的多。或者3说,高压鼠笼式电机是不适合调速的电机,而高压绕线电机是适合调速的电机。在目前节能减排和资源节约这一重大任务面前,高压电

    3、机调速已是必然要求,从节电效率、从实现调速所付出的代价、从资源节约等方面,我们需要重新综合思考高压电机的类型选用和调速技术的发展方向问题。以下,我们就不同的高压电机的调速技术实现及技术经济性作如下分析。二、高压变频和现代串级调速技术原理1、三相异步电机的转速三相异步电机转子的转速为 n = (1-S) 。pf60其中 n 为转子的转速,f 为电机供电电源频率,p 为绕制电机已确定的极对数,s 为转差率(s= ,n 0是电机旋转磁场转速,又0称为同步转速) 。三相电机制造完成后,一般选择一种极对数,即 p 为常数(也有多极对数的变极电机,可实现变极的有级调速,这里不作讨论) ,因而电机转子转速便

    4、取决于供电频率 f 和转差率 s。在电机转子侧不加以控制的情况下,当电机定子绕组通以三相额定工频(50HZ)电源,定子三相绕组便形成一旋转磁场,旋转磁场的转速称为同步转速。该旋转磁场切割电机的转子绕组(绕线式或鼠笼式) ,在封闭的转子回路中产生感应电势,进而产生转子电流。转子电流与旋转磁4场产生作用力,从而产生转矩,使转子带动负载旋转。由于转子产生感应电势和电流的前提条件是转子绕组被旋转磁场切割(有相对速度) ,因而转子转速总是要低于旋转磁场(同步转速)一定的速度,因此称为异步。同样,在转子回路不另加控制和正常负载情况下,转子一般比同步转速低几至十几转运行,该转速称为额定转速。如 1000 转

    5、/分同步转速的电机,转子额定转速一般为 990 转左右。因而在电机定子供额定电源和电机转子不施加控制的情况下,即便负载大小在额定负载附近有所变动,电机转子转速一般在额定转速上下略有波动,但被基本确定下来,为一基本恒定的转速。因而,不采用调速技术,三相异步电机不具有转速变化的能力。2、变频调速技术由上边的讨论可知,转子转速一般仅低于定子产生的旋转磁场转速几至十几转运转,那么,如果可以改变定子旋转磁场的转速,则转子转速便可得以改变。旋转磁场的转速取决于三相供电电源频率 f,在我国是工频 50Hz/秒,所以,变频技术就是要将工频电源经变频装置后使其频率得以改变,再向定子三相绕组供电,从而达到改变同步

    6、转速的目的。如下图示,变频装置要装于供电电源和电机定子绕组之间。工频供电电源50Hz,6Kv定子三相绕组转子绕组工频供电电源定子三相绕组转子绕组工频供电电源定子三相绕组转子绕组5实现三相交流电源频率的调整和改变,都是采用电力电子变流技术。如图所示,三相工频交流电源接入变频装置,半导体电力电子整流器将其整流成为直流(交流变直流) ,然后再经半导体电力电子逆变器,将直流逆变为三相交流(直流变交流), 而在直流逆变交流的过程中,可以施加控制,使逆变得到的三相交流电频率得以改变和控制。比如,可将 50HZ 工频改变成为 49HZ、48HZ,也可逆变为51HZ 甚至更高的频率。变频器输出的改变了频率的三

    7、相交流为电机定子供电,从而改变同步转速,同样改变了转子的转速(转子转速随同步转速变化而变化)。这便是变频调速的原理。由上述原理可见,变频技术是利用变流技术从电机的定子侧施加控制,是改变电机定子供电电源频率的调速技术(因功率因数的关系还同时调压)。由于高压鼠笼式电机转子封闭,只能使用在定子侧实现控制的高压变频技术。3.现代串级调速技术(1)现代串级调速原理与变频调速技术不同,对绕线式高压电机,串级调速技术改为从电机的转子侧施加控制,其本质是控制转子的电流,如下图所示。eaebecefefef定子供电转子感应电势E2转子串入附加反电势附加反电势Ef6如图所示,当定子三相绕组接入三相交流电源后,产生

    8、旋转磁场,旋转磁场切割转子绕组产生感应电势 E2。在转子绕组回路闭合情况下,E2 除以转子绕组阻抗产生转子电流 I2, I2 与旋转磁场产生转矩。如果可以在每相转子绕组中加入一个与 E2 感应交流电势频率相同、相位相反、大小可调的交流电势(反电势)E f,就可以改变转子电流 I2,从而改变转子绕组与旋转磁场的作用力矩,从而改变转子的转速。由于转子绕组中直接加入交流反电势上的技术困难,因而实际的技术实现仍是采用变流技术,将转子三相交流感应电势整流为直流,在直流回路中加入直流可调反电势,如上图所示。(2)现代外反馈式串级调速原理现代串级调速技术为实现转子回路串入可调反电势采用如下实际电路。现代外反

    9、馈串级调速原理图转子感应电动E2势X2eaebec定子供电 附加可调直流等效反电势 转子串入等效附加反电势转子绕组定子绕组U2U1Uz Uf整流器 斩波器 逆变器变压器6、10KV7当电机定子三相绕组接入三相工频电源后,产生的旋转磁场切割转子三相绕组,产生三相感应交流电动势和转子交流电流,经滑环、炭刷将转子三相感应电流引出至三相全波整流器,整流成上正下负的直流。在上图的右侧,接有一有源逆变电路,其逆变变压器原边三相接回至 6kv 或 10kv 工频电源。当有源逆变器的控制脉冲固定于最小允许逆变角度时,有源逆变器直流侧便产生一设计的最大反电势 U1(极性上正下负)。该电势与转子整流电势极性相反。

    10、该反电势 U1 与逆变变压器付边交流电压U2 成正比,且对应于所设计的调速系统的转速下限。U 2 越大,U 1 就越大,调速系统的调速下限便越低,直到 0 转速。为了调整反电势大小进而调整转速,在整流器和有源逆变器之间加入脉宽调制的斩波器电路,其中斩波电子开关目前采用 IGBT器件。当控制斩波电子开关(按合适的频率)在一个工作周期内开通时间占周期时间的比率(又称占空比 k)时,则在电子开关两端产生的等效平均反电势 Uf= U1(1-k)。如果 k 的值可以在接近 0 至接近 1 之间平滑变化,则与转子感应电势 Uz 极性相反的电势 Uf 可以在接近 U1 至接近 0 之间平滑变化,从而转子转速

    11、便可以在设计的最低转速和额定转速间平滑的变化,实现平滑无级调速的目的。除了上述现代串级调速电路实现平滑无级调速外,另一方面,当转速由额定转速向下调整时,转子回路的感应电功率,又称转差功率会按一定规律变得数量较大。而如上所述,该电功率被整为直流电功率,经斩波电路将其贮存在斩波器电容中,同时又经有源逆8变器逆变为 50HZ 工频电功率,经逆变变压器回馈电网节省下来,从而实现高效节能的调速。上述将转子转差功率经逆变变压器和外电路回馈电网的方式叫外反馈式的串级调速,使用普通的绕线电机。(3)内反馈式串级调速原理内反馈式串级调速原理与外反馈式的工作原理完全相同,其区别只是将逆变变压器去除,而在电动机定子

    12、绕组线槽内又加了一个独立的三相调节绕组,这样在同一定子铁芯中的定子原绕组和该三项调节绕组便代替了外接的逆变变压器,从而使系统更加简洁。这种方式称为内反馈式串级调速,使用内反馈绕线电机,如图示:现代内反馈串级调速原理三、变频调速技术和现代串级调速技术主要优缺点的技术分析变频调速技术和现代串级调速技术都可以实现三相异步电动机平滑无级调速,但由于技术方法不同,带来各自的优点和缺点,兹就主要的技术方面分析比较如下:1 装置的变流(控制)电压:变频与串级装置都是由半导体电力电子器件作成的变流器。由 P-N 结原理制造的各种半导体器件不容易做的耐压很高,因而对高电压的变流是变流器制造的主要困难之一。定子绕

    13、组转子绕组内反馈绕组9(1)变频技术。由上述原理可见,变频技术是将供电电源进行变流,因而变流电压是供电电压。就我们所讨论的高压电机调速而言,其电压是 6kV 和 10kV。由于目前大功率耐高压电力电子器件制造技术上的困难,难于承受 6kV 和 10kV 的高压,因而目前高压变频技术中多采用变压器分多路降压,分路多功率单元(变流单元)串联技术解决耐高压的问题。由于功率单元串联的均压和其它相关问题复杂,从而使变流电路变的复杂和故障因素增多,可靠性受到影响。(2)现代串级调速技术。同样由上述原理可知,现代串级调速的变流装置在转子回路,而电机的转子回路是低电压回路。高压绕线电机转子的开路电压E2E 一

    14、般为几百伏至 1.5kV,而在转子回路经调速装置闭和工作时,实际回路工作电压 E 2S 还要乘以小于 1 的转差率:E 2S =E2E *S,所以一般其工作电压为几百伏至 1kV 左右。这样的电压对单只半导体电力电子器件便可以承受。因而,其变流装置十分简洁,不存在串联的需要,器件选择可以有足够的耐压裕度,因而故障因素少,可靠性可大大提高。2 装置的变流(控制)功率:由于大功率半导体器件制造上的困难,变流功率大是变流器制造的又一主要困难。(1)变频技术。10由变频原理可知,电网供给电机的全部功率都经过变频器,因而变频技术是电机全功率变流。就我们所讨论的高压电机而言,一般都是大功率电机,其功率范围

    15、在几百千瓦至上万千瓦,因而,变流装置的半导体电力电子器件又存在耐受高功率的困难。因而在高压变频中同样采用功率分散变流的办法来解决,同样造成装置庞大,系统复杂和故障因素多,可靠性下降的问题,当然还有由此引起的下面将讨论的其它问题。(2)现代串级调速技术由于串级调速技术工作在转子回路,电网供给电机的功率大多由转子变为机械功率输出驱动了负载,而输入串级调速装置进行变流的只是转子绕组电回路中的转差电功率,是电机定子的输入功率减去机械功率。该转差功率的大小随负载性质不同而不同,随转速的变化而变化。如对最大量应用的泵和风机这类平方性转矩负载的拖动电机而言,其调速范围内的最大转差功率只是电机实际运行最大负载

    16、功率的 14.815%,或者说是变频变流功率的 14.815%。对十分少量的切割机械类线性转矩负载,其最大转差功率为变频的 25%。对十分少量恒转矩负载,其转差功率与转差率成正比,一般应用情况下不超过 40%。因而,无论从泵、风机这类最大量的拖动负载角度讲还是特殊的负载,串级调速变流功率比变频小的多。因而使装置简洁,故障因素少,可靠性可以更高。因变流电压的高低和功率的大小直接关系变流器(调速装11置)制造的难易,为了更清楚的说明它们在这方面的区别,将两种调速装置在电机系统功率流中的安装位置示于下图,电机系统功率流图及高压变频装置所处位置电机系统功率流图及串级装置所处位置串级调速中不同性质负载的

    17、转子转差功率随转速(转差率)变化的计算公式和曲线如下图所示。电机全功率(定子)供电电压 6KV-10KV变频变流装置变频器损耗3-6 定子铜铁损 转子麽擦机械损失有用机械功输出转子铜铁损转子麽擦机械损失定子铜铁损电网供电功率(定子) 有用机械功输出串级调速变流装置装置损耗1转子转差功率(平方转距负载最大为 14.8) ,转子回路电压几百伏至 1KV转子铜铁损12负载性质 转子输入功率P 2 轴机械功率 PM 转差功率 PS 最大转差功率 PSM恒转矩 P2 (1-s) P2 s P2 1P2(当 s=1 时)线性转矩 (1-s) P2 (1-s)2 P2 (1-s)s P2 0.25P2(当

    18、s=0.5 时)平方转矩 (1-s) 2P2 (1-s) 3P2 (1-s)2s P2 0.14815P2(当 s=0.33 时)不同负载性质下电机各功率不同负载性质电机转差功率随转差率 S 的变化曲线3、节电率比较。调速系统的效率决定了调速的节电率。而系统效率反映的是调速装置的效率,装置效率就取决于装置(变流装置)的变流功耗。而在相同变流技术条件下,变流功耗直接与变流功率的大小成正比。(1) 变频技术如上所述,变频技术需变流电机的全功率,因而造成变流功耗大,据不同的变频器变流技术水平不同,其变流功耗在电机功率的0.500.1481转差功率曲线s00.3331恒转矩负载线形转矩负载平方转矩负载

    19、PS0.2510平方转矩负载功率特性0.148 转差功率P 机械功率0.333s01133-6不等。效率在 9794之间。另外,作为大功率电机,3-6的变流功耗均变为大量的热量使装置发热严重,因而一般都要给变频机房加装相当容量的制冷空调以便将热量带走,这些空调的功耗大约为电机功率的 1-2。因而高压变频器的使用效率应在 9395.5%之间。(2) 现代串级调速技术如上所述,现代串级调速技术只变流电机功率 14.815(泵、风机负载)的转差功率,因而,串级调速装置的功耗只是变频装置功耗的 15左右,其自身功耗不到电机额定功率的 1,由于功耗小,因而装置发热很小,在一般厂房温度下不需空调制冷散热,

    20、因而其装置使用效率大于 99,较变频的节电率高出 4 至6 个百分点。这对大容量电机是一个可观的数字。4、调速范围调速范围的要求主要取决于生产工艺的要求,对一般绝大多生产工艺而言,三相异步机的调速范围要求在 50-100之间,只有极个别生产工艺有更低转速的要求。(1) 变频技术由于变频技术可以实现逆变频率自 0Hz 至 50Hz 以上的变化,因而,变频技术可以实现零转速至额定转速,甚至超同步转速的调速,在极个别特殊生产工艺中有其优势。另一方面,由于大多使用三相异步机的场合,机械负载不允许超同步转速运转以及过低转速只在启动过程中有一定意义外,其超同步调速的特点不带来实际应用意14义。(2) 现代

    21、串级调速现代串级调速中随串入反电势的大小,转速调整范围可以在零转速至额定转速间平滑无极调速,但串入反电势不能达到超同步转速。由于生产工艺实际需要的原因,绝大多数调速要求在 50100之间(如水泵,低于一定转速便不能正常泵水工作) ,因而串级调速的调速范围完全满足生产要求。串级调速技术也同样可以实现所谓零转速的软启动功能。5、调速精度调速精度的要求同样依工艺要求不同而不同。可能除精密切割机械需要极高转速精度外,大多泵、风机、轧制机械,牵引机械等的转速精度要求不高。(1) 变频技术变频技术的调速精度取决于逆变控制的精度,一般转速精度可达99.8。(2) 现代串级调速现代串级调速技术由于斩波频率的适

    22、度提高和优化设计技术的应用,系统的转速开环控制精度也已达 99.8,如加入转速闭环控制,精度将进一步提高。6、机械特性机械特性是指在泵或风机等机械负载有扰动情况下,调速系统抗击负载扰动和转速自平衡的能力。15(1) 变频调速有硬的机械特性,具有一般抗负载扰动的能力,在小于最大允许过载量扰动下可以自平衡转速。(2) 现代串级调速同样具有硬的机械特性,同样具有抗一般负载扰动的能力。在小于最大允许过载量的扰动下可以自平衡转速。7、谐波电力电子变流是产生谐波的原因。因谐波会影响装置、电机和网上用电设备,因而谐波需限制在允许量内。变流产生的谐波功率与变流功率成正相关关系。(1) 变频技术变频技术是电机的

    23、全功率变流,且在电网和电机间进行,因而,在相同技术条件下变频器产生的谐波功率大,并已成为变频器制造中需突出解决的问题。所以变频器制造中需要采取一系列技术手段消除对网侧和电机侧的谐波功率影响。由于谐波功率大的原因,高压变频器的安装和使用有一系列严格的要求和限制。(2)现代串级调速技术由于串级调速装置的变流功率很小,因而变流产生的谐波功率相应也很小。另外整流部分在转子回路进行,整流产生的谐波经转子、气隙向定子、电网侧的影响被进一步减弱。而逆变部分,一则功率小,二则可通过变压器绕组接线方式的变化而抑制主要谐波分量。如采用二级或多级逆变技术或最新多电平逆变技术,逆变谐波将十分小。目前即便采用普通的逆变

    24、技术,系统的谐波量均可满足国家标准要求。因而,在谐波控制上,串级较变频有着明显优势。168、系统功率因数用电设备功率因数影响本身效率和供电效率,因而要求较高的功率因数值。(1) 变频技术变频技术在变频中同时调压,从而保持系统有较高的功率因数,较好的解决了这一问题。(2) 现代串级调速技术现代串级调速采用了固定最小逆变角和斩波控制方法,已使系统功率因数大大提高。在不采取补偿措施情况下,系统功率因数在向下调速中会有所下降。然而,分析其原因是在调速中无功功率下降较慢,而有功功率迅速下降所至,而不是系统自电网吸收大量无功造成。在调速中定子电流随转速下降而下降。从这个角度讲,现代串级调速的使用不增加而是

    25、减小供电线路的负载和损耗。一般意义上讲,不加补偿装置,现代串级调速完全可以使用而不构成问题。在对功率因数要求高的场合,可以在定子侧供电线路上加适当电容补偿便可容易的解决这一问题。因而,功率因数的问题不构成应用的问题。9、装置尺寸、安装和耗材(1) 变频装置由于高压变频装置变流功率大,变流电压高,因而装置本身器件多,系统复杂,装置尺寸很大,装置的制造耗材大。一般1000KW 左右的高压变频器尺寸在 6 至 7 米。17(2) 现代串级调速装置由于现代串级调速系统变流功率小和电压低的原因,装置本身结构简单,器件少,尺寸小的多。1000KW 左右的装置尺寸 2 米左右,是变频的 1/41/3。电机功

    26、率越大,尺寸的差距也越大。同样,串级调速装置的制造耗才要少的多,安装更为容易和方便。10、使用运行环境(1) 变频装置由于变频装置的控制复杂性和高功耗,高压变频装置一般有严格的防尘和环境温度要求,因而变频装置机房一般要加防尘措施和使用大功率制冷空调。(2) 现代串级调速装置由于其结构及控制简单,自身功耗很小,串级调速装置可安装运行于一般的泵房、风机房内。除灰尘过大的情况外,无需加防尘措施,也无需加装制冷设备。11、造价(1) 变频装置由于装置的复杂和庞大,变频造价要高的多。(2) 现代串级调速装置如上的原因,装置造价要比变频装置低的多。12、适用电机(1) 变频技术由于变频技术自电机定子侧施加

    27、控制,因而它适用于鼠笼式电18机和绕线式电机,这也是变频技术最突出的优势。同时也要看到,变频技术的谐波问题对电机温度和寿命可能产生的影响。(2)现代串级调速因串级调速自电机转子侧施加控制,因而须使用绕线式电机,从而带来绕线电机的滑环、炭刷长期运行后的定期维护问题。这也是串级调速技术唯一难于避免的问题。13、 系统运行维护量和费用系统的运行维护须全面综合考虑。(1) 变频系统变频调速系统应用于鼠笼电机的情况下,系统中鼠笼电机运行维护量较小,而维护量主要在变频装置的防尘除尘维护和空调制冷维护,这种维护是日常性的。由于变频装置造价高的原因,系统故障后的维修费用一般较高。(2)现代串级调速系统 由于使

    28、用绕线电机的缘故,绕线电机滑环和炭刷的部分在较长时间运行后需作维护工作。由于装置本身的结构简洁、功耗低、可靠性高,因而不需要防尘除尘、空调制冷等日常维护。同时,故障后的维修费用要低的多。三、变频技术与现代串级调速技术的综合比较分析以上分项比较了二种技术的特点,现将各项比较列表如下:19从中可以得出如下主要结论:1、 变频调速技术和现代串机调速技术都可以满足生产工艺的要求,在调速范围、调速精度、机械特性诸方面,现代串级调速与高压变频技术达到同等的水平。现代串级调速已不同于传统的、上世纪 90 年代前的技术,目前已具有很高的技术性能指标。2、 串级调速技术在节电率,谐波控制,装置安装尺寸及制造耗材

    29、,应用使用环境要求上明显优于高压变频技术。151413121110987654321序 号系统复杂、装置大系统简洁、装置小装置尺寸高高调速精度硬硬机械特性同步转速上下低同步以下调速范围949799装置效率Pe0.148Pe(泵风机)控制功率6kV/10kV几百1.5kV控制电压较 高较 低费 用中、小大适用容量高低维护费用难易维护难易较高无补偿较低,但不增加无功功率因数加滤波装置满足不加滤波装置满足谐 波绕线、鼠笼变频电机绕线(滑环)适用电机防尘、空调普通厂房运行环境变频调速系统SEC高频斩波串级调速系统项 目16 多少装置制造耗材20特别是,串级调速是节电率最高的调速,较高压变频高出46 个

    30、百分点。3、 两种技术在功率因数问题上,均有技术措施可获得满意的结果。实际上现代串级调速中不采取补偿措施对应用也不构成严重影响。4、 综合比较系统维护量,变频系统的日常维护量(除尘、制冷)大于现代串级调速系统的维护量(定期集电环维护),费用也高。5、 造价上,串级调速装置低于高压变频装置,甚至在对原使用鼠笼电机的系统进行串级调速改造时,连同配置绕线电机的费用仍可低于单纯高压变频装置的费用。而对原使用绕线电机或新建的项目中,其价格优势会更加显著。 由以上综合分析,可以得出明显的结论:在高压电机调速应用上,现代串级调速技术较高压变频技术有突出的优势,它以低电压、小功率的变流实现高压、大容量电机的调

    31、速。变频使硬劲儿,串级使巧劲儿。电机功率越大,其综合优势越加明显,比如对6Kv/1000Kw 容量的高压电机,变频是做一台 6Kv/1000Kw 的变流器,而串级是做一台 800v/150Kw 的变流器,其难易和可靠性显而易见。从节约电力和节约制造耗材的角度更体现其优势。四、几个问题的讨论:1、为什么串机调速技术被质疑?为什么社会很少认知串级调速技术?21串级调速的学术定义为:电机转子回路串反电势调速。这一技术被最早应用于电机调速中,有悠久的历史。在国外上世纪 40-50年代始,我国 60 至 80 年代便已开始研究并将串级调速技术应用于高压电机的调速中,尽管其目的主要为了生产工艺的要求。这是

    32、由于它变流电压低、变流功率小,即便在当时落后的变流器件和技术条件下已可以实现的原因。而那时,变频技术完全不可能在高压电机上应用。在我国的上世纪 70-80 年代,由一些国有研究所研制的传统的串级调速产品在钢铁、自来水、水泥、矿山行业均有一定应用。所以串机调速是一个经典的理论,国内外均有经典的教科书,专著和文献作过全面的论述。但,同样由于当时电力电子技术水平限制和控制技术水平限制,采用移相逆变技术的传统串级调速技术存在调速范围窄、精度低、功率因数过低、可靠性差的缺点和问题。由于高压电机用于大企业生产的重要流程中,其问题和缺点对生产产生过不利的影响,特别在我国当时的国有企业和国有研究机构的体制下及

    33、全社会节电意识又十分淡薄,因而,在一段应用之后因故障较多而被废弃,也落下了不好的名声。自上世纪 80 年代开始的改革开放和经济体制改革使得中小企业、民营企业得以发展,从追求经济效益出发,这些企业使用的中小电机产生调速节能的需求,就在串级调速消声匿迹的同时,特别适合在中小电机调速应用的变频技术迅速得到发展,产生了巨大的社会影响和认知。22直到上世纪 90 年代末期,借着强大的社会影响力,以及国有企业改革的起步和进展,变频技术由低压向高压发展,虽然存在许多可靠性问题,但在市场上不断拓展。而在此期间只有极少的力量仍致力于串级调速的工作,但由于种种原因,一直没有采用好的技术和很好解决产品性能质量和可靠

    34、性的问题,这又进一步强化了变频技术的影响。本世纪开始,国有大型企业改革进一步深入,国家提出节能战略,对高压电机调速节能产生更急迫的需求。同时高压变频存在的技术困难和不足更多的显露。这时才有更多业界将注意力重新转向串级调速技术的发展。自本世纪初,随着更多的力量投入现代串级调速技术的研究,将最新电力电子技术和数字精确控制保护技术应用于现代串级调速产品研制,新的产品于近年不断问世。这些新产品,特别是华仿电控公司产品的性能指标和可靠性有了质的飞跃和变化,技术处于国际领先水平。这些新的产品树立了社会重新认识串级调速技术的样板。随着样板项目的推出,越来越多的用户认可和推崇串级调速技术,因而串级调速项目数量

    35、近 2、3 年来成倍增长,市场有爆发性发展的趋势。也因为对串级调速技术的重新认识,更多的业界人士以及国内外资本趋于加入串级调速产品的发展。所以,对串级调速技术的误解,与传统串级调速技术产品的问题有关,与我国大型企业改制滞后于中小企业以及串级调速本身适23合高压电机应用而不大适合低压小电机有关,与串级调速技术队伍近乎断代有关。2、关于鼠笼电机和绕线电机目前,在中大型企业中较多采用鼠笼电机,究其原因,固然有鼠笼电机较绕线电机具有结构简单,制造容易和定期维护量小的优点。但另一个未被认识的主要原因是长久以来我们只注重生产工艺的简单可靠而大量使用耗能的节流工艺,没有考虑电机的调速节能。唯有在钢铁、冶金、

    36、矿山、建材等行业,因对启动力矩及转速控制有特别要求,由于绕线机的启动和转速可自转子侧容易的加以各种控制,所以有较多绕线电机得以应用。随着节能和节约资源已成为一个重要的社会要求,高压电机调速已是必须,我们需要从更为广的视角、长期使用效益和系统的角度,重新思考和反省高压电机的使用选型和调速技术的主要发展方向问题。从以上分析,可以得出明显的结论,就是在有调速需求的生产工艺中,应该选用高压绕线式电机。3、绕线电机长期运行可靠性问题绕线电机的主要缺点是有转子滑环和炭刷这一转动摩擦接触的集电环。在材料和生产工艺不佳的情况下,会发生滑环磨蚀和炭刷发热烧损的情况。目前这一问题已经得到好的解决,新材料和新技术的

    37、应用已使绕线电机可以长期可靠运行,滑环炭刷故障率大大下24降,目前我公司和其它公司使用绕线电机的情况表明了这一点。另一方面,滑环、炭刷问题主要是制造工艺的控制和材料选用问题,是容易解决的问题。当然,有必要发展新的更好的集电环技术。4、关于国外的调速产品的问题:目前,国外进口到我国的主要是高压变频产品,而这一产品也只是在上世纪 90 年代后期随着电力电子技术的发展才产生。的确目前尚未见国外串级调速产品在我国销售,只见有外国资本在国内某些串级调速生产厂家的投资。对这一问题,按国外总是领先于国内的逻辑是难以解释的。个中原因或许是他们青睐于高压变频产品而不看好串级调速;也可能是国内青睐高压变频而使其应

    38、合国内客户的需要所致;也可能是高压变频的利润更为丰厚;还有可能,外国人也有对问题认识片面的时候。目前,我们还没有对国外高压电机调速技术的使用状况作深入的调查和研究。但是,在任何一个电机学相关的中外文教科书上都含有介绍传统的串级调速技术的章节(还没有介绍现代串级调速技术),且被称为效率最高的调速技术。我们的理论研究和项目实践都支持这样的观点:即,现代串级调速技术是一个最好的高压电机调速的方法,我们找不到理由否定它。 我们确信实践是检验真理的标准。五、结论由上述的粗略分析,我们可以得出如下结论251、在人类对节能和节约资源的急迫性形成重要社会共识的今天,对高压电机调速节能而言,我们应大力发展和推广使用适合调速的高压绕线式电机,进一步提高高压绕线电机的制造水平和质量。对不需要调速的场合,才适合使用高压鼠笼式电机。2、现代串级调速产品在高压电机应用上已达到很高的可靠性、调速技术指标和性能;另外,与高压变频技术比较,无论是调速改造投资、节电率、资源消耗、使用环境要求、运行维护量及费用、安装尺寸及便宜上都有明显的综合性优势,是应大力推广的技术。3、推广使用高压绕线电机和采用现代串级调速技术对我国节能减排事业具有重大意义,它的产业发展,会给我国社会经济带来巨大的效益。该产业十分契合国家的节能战略,应得到国家的大力支持和发展。保定华仿科技有限公司胡宝国 13603221862

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