发电厂凝泵6kV高压电动机变频调速系统分析
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作者:张萍
摘 要：随着经济建设的不断发展，在电力行业的发展过程中，电厂自用机械高压大功率交流电动机的需求量不断增多，大部分都是高压电动机，在运行中存在低负荷时电机空耗较大，导致用电率较高，如果不采取相应的调速举措，会加大电能的浪费。随着社会经济的不断发展，带动了变频调速技术的发展，高压变频技术得到了广泛应用。发电厂凝泵6kV高压电动机变频调速系统，技术比较先进，具有显著的经济效益，该文就此展开具体探索。
关键词：凝结水泵 变频调速 节能
中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）03（c）-0013-02
近年来，随着计算机技术、电力电子技术、自动控制技术的发展，电力传动技术，替代直流调速、计算机数字控制技术取代模拟控制技术逐渐发展成为重要趋势。变频调速技术在地域电动机的调速活动中得到广泛应用，随着技术提升、制造工艺的发展，高电压大功率变频调速器生产技术逐渐发展成熟，广泛应用于各个领域，工业化的提升、全球能源短缺，使变频器在机械、化工、食品等行业应用，并带来了较好的经济效益，具有重要的现实意义。
1 变频调速的意义以及影响
1.1 变频调速的意义
电动机交流变频调速技术，在改善环境、促进工艺流程过程中具有重要意义，变频调速具有显著的效率高、节电效果、适用性等优势，被国际上认定为最有前途的调速手段。高压变频调速技术，是一种新型的节能技术，符合现代电气传动的发展需求，发展比较成熟，具有良好的节电效果，广泛應用于电力产业。现如今，我国电能利用率较低，会导致严重的资源浪费，尤其是水泵使用阀门、风机使用风门挡板，适时调整相应的水量、风量，对于能源的可持续发展具有重要的现实意义。与此同时，变频调速技术发展成为节约能源的重要举措，对于产品质量的提升具有重要意义。
变频器使用的调速方法，主要是使用定子频率的改变，调节异步电动转速。电动机的旋转速度与频率成比例，故改变频率可以成正比改变电动机的旋转速度。变频器最重要的作用就是调速，降低相应的启动电流。变频器主要是借助电力半导体器件的通断效果，让交流电变为直流电，再逆变成交流实现变频调速的效果，这些不用改变电压就可以实施控制。变频器是变频技术的重要载体，它的原理通过变频技术、微电子技术的应用，改变电动及动作电源频率，对交流电动机进行控制，构成比较复杂，解决了设备电能耗量大的问题，节约了企业经营成本。
电动机变频的节能方法主要有变频调速节能法、提高功率因数节能法、软启动节能法。
设备容量增大会导致工频运行浪费的问题，应用变频调速的方法，调整设备的运行速度，具有重要的节能效果。对于电动机调速过程中，提升功率因数，这体现了重要的变频器节能效果，电动机全压启动、自耦变压器减压启动时，电流可以达到4～6倍的额定电流。过大的启动电流，会加重电路功率的损耗，使电压产生波动，对机械设备、电网造成严重冲击。所以，在供电系统的设计过程中，要增加变压器的容量，减少过大的启动电流对设备造成的损害。
1.2 变频调速的影响
变频器在运行过程中，会造成不同的谐波电压、电流，让电动机在非正弦电压、电流情况中运行，高次谐波会造成电动机铁耗、定子铜耗及附加损耗，这些损耗会使电动机升温，降低其运转效率，设备温度会升高。变频器载波频率从几千到十几千赫，电动机会承受过高的电压，对电动机产生重大冲击，增加了电动机的匝间绝缘的难度。普通电动机使用变频器供电时，由于受到通风、电磁、机械等影响，产生振动噪声，让其运转过程变得更加复杂。
变频电源中各次谐波、电动机电磁部分空间谐波相互影响，造成电磁激振力，增加机械设备的噪音。因为电动机的工作频率范围比较广，转速变化程度比较大，在电动机构件固有振动效率方面具有很大难度。当电源频率较低时，电源中的高次谐波会出现高消耗的问题，其次变通电机转速减小时，冷却风量与转速的比例减小，导致电机热量难以散发出去，让其温度不断升高，在恒转矩输出方面存在很大难度。
随着工业自动化程度的提升、能源的短缺，高压变频调速技术打破了这一局限性，具有重要的应用价值。在变频调速系统中，通过降低电机频率，会降低其速度，在频率调小的过程中，电机转速会下降。因为机械惯性的影响，电机转速没有出现变化，当同步转速比转子转速小时，转子电流的相位发生巨大改变，电机发展成为发电状态。与此同时，电机轴上的转矩转化为制动转矩，电机处于再生制动的状态。由于直流电路的电能没有回馈至电网，通过变频器本身电容量的吸收，对电能有所消耗，在短时间内电荷堆积，形成“泵升电压”，让直流电压升高。但是过高的直流电压会损害零部件。所以，要采取科学的策略实施控制。
2 凝结水泵的工作系统与调速系统的分析
2.1 凝结水泵的作用
凝结水泵是将原动机的机械转化为叶轮输送流体的压能和动能的动力设备，主要作用是输送凝汽器热井中的凝结水到除氧器，在火力发电厂中，凝结水泵对于实现动力循环具有深远的影响。离心式泵是依靠装在主轴上叶轮旋转运动，通过叶轮上的叶片对流体作用，增强流体能量，实现运输流体的目的。
在泵壳内充满液体的情况下，通过原动机带动叶轮旋转，液体在惯性力的重要作用下，由中心流向叶轮边缘，使流速、压强不断升高，提升其运转速度，流出叶轮进入泵壳内，这时将出口阀门开启，将压出室的液体排除，这就是平时讲的压出过程。同时，因为叶轮中心液体流向边缘，形成相应的低压区，当其具有足够的压强、真空时，会让叶轮中心处液体的总能头，比吸水池液面处的液体总能头要低时，通过总能头差的影响，将液体经过吸入管传送至叶轮，这个过程称为吸入过程。叶轮不断旋转，流体就会不断地被压出、吸入，形成了水泵的连续循环，采用变频调速可以节省大量电能，综合经济效益十分显著。
2.2 调速系统控制原理
只要调整电枢电流的大小，就可以直接实现对电机精确的转矩控制，能轻易满足恒转矩的控制要求，这也是直流电机调速系统低速扭矩非常良好的根本原因。对于直流电机的调速，转速n=（电枢电压U-电枢电流I×电枢内阻R）/常数Kφ，因为直流电机的内阻R非常小，所以转速n≈电枢电压U/常数。电枢电压U几乎和转速n成正比例关系，这也是直流电机调速通过发电机调压都能满足控制重要原因。后来可控硅等器件发明出来了，通过全控桥或者半控桥，直接可以让交流电变成可控的直流电，电压大小可以任意快速可调，这样用来控制控制直流电机的电枢电压大小，从而改变电机的转速。控制理论发展起来后，还对直流电机使用了串级系统来调速，也就是速度环在外边，速度偏差作为电流环的给定，电流环作为内环，两个环都使用PID调节器来完成控制，响应快，精度高，扭力大，调速范围宽。变频调速电机，可以在变频器的驱动下，对其转速、扭矩科学调整，适应其变化要求，并且提高了电机绕组的绝缘性能。
3 结语
综上所述，在电力行业的发展中，对电厂自用机械高压大功率交流电动机提出了更高的发展要求，其应用量越来越大。大部分都是高压电动机，在运行中存在低负荷时电机空耗较大，导致用电率较高，如果不采取相应的调速举措，导致电能资源的巨大浪费。随着工业技术的不断发展，高压变频调速技术打破了这一局限性，有效节省了能源，具有重要的应用价值。
参考文献
[1] 王坡，陈少卿.6kV高压电动机故障分析及预防措施[J].科学技术创新，2019（26）：173-174.
[2] 张德康，刘辉.6kV高压电动机电缆室放电现象分析[J].电世界，2013，54（3）：40.
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