增容型變頻方案與Vacon變頻器的完美結(jié)合

1 高壓電動機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能意義

　　中國各種電動機(jī)的總耗電量約占全國總消費(fèi)電量的60%以上，其中，高壓電動機(jī)與低壓電動機(jī)對比，數(shù)量(臺數(shù))比例約為20%∶80%，容量(功率)比例約為60%∶40%。全國宏觀年節(jié)電能力可達(dá)：

　　25 000 億kW·h×60%×60%×30%×30%=810億kW·h。

　　相當(dāng)于新建100萬kW 機(jī)組、年均運(yùn)行5 000 h的大型發(fā)電廠16 座，接近于中國三峽水電站年總發(fā)電量。

　　圍繞著高壓電動機(jī)變頻調(diào)速也形成了兩條技術(shù)路線。一條是以高壓變頻為代表的基于低效率的高壓電動機(jī)的變頻單元串聯(lián)風(fēng)險模式的高成本技術(shù)路線;另一條是以增容型高- 低壓變頻方案與Vacon變頻器完美結(jié)合為代表的基于高壓電動機(jī)增容提效和變頻單元并聯(lián)冗余模式的低成本技術(shù)路線。

　　2 增容型高- 低壓變頻方案與Vacon 變頻器相結(jié)合

　　增容型高-低壓變頻調(diào)速集成裝置，由多功能變壓器T、Vacon 變頻器LF、利用普通高壓電動機(jī)通過變換其定子繞組接線結(jié)構(gòu)及線圈絕緣結(jié)構(gòu)改制而成的增容型低壓變頻調(diào)速電動機(jī)HM′，以及低壓變頻/工頻切換開關(guān)Ct、Cf、Cw所集成，其特征在于增容型低壓變頻調(diào)速電動機(jī)HM′采用高壓電動機(jī)鐵心結(jié)構(gòu);定子繞組采用中壓絕緣結(jié)構(gòu);定子繞組采用低壓接線結(jié)構(gòu);非負(fù)荷端軸承采用絕緣結(jié)構(gòu);低壓大容量Vacon 變頻器LF 采用輸入電壓補(bǔ)償增容措施，如圖1所示。

　　適用范圍：

　　電網(wǎng)電壓3～10 kV;

　　電動機(jī)功率200～5 000 kW;

　　變頻器Vacon NX5、NX6系列200～5 000 kW;

　　變頻系統(tǒng)(高壓側(cè))功率因數(shù)≥0.95;

　　變頻系統(tǒng)(高壓側(cè))電壓總諧波≤1.6%(中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14549-93《電能質(zhì)量公共電網(wǎng)諧波》限定值為4%);

　　運(yùn)行模式變頻/工頻，手控/自控，現(xiàn)場/遠(yuǎn)控，一拖多臺;

　　控制系統(tǒng)PLC，DCS，F(xiàn)CS等。

　　增容型高- 低壓變頻方案與Vacon變頻器主要結(jié)合點(diǎn)如下。

　　2.1 電動機(jī)增容與Vacon變頻器工況相結(jié)合

　　眾所周知，普通交流電動機(jī)的額定功率都是按照正弦波電源設(shè)計制造的。變頻器提供給電動機(jī)的是由高載頻脈沖包絡(luò)而成的準(zhǔn)正弦波電源，由于du/dt和di/dt的原因，導(dǎo)致電動機(jī)在變頻工況下?lián)p耗增加，效率和性能比率降低，運(yùn)行溫度升高，額定功率下降。具體表現(xiàn)為：

　　1)使用變頻器導(dǎo)致電機(jī)效率降低大約0.5%;

　　2)附加損耗導(dǎo)致電機(jī)升溫，在滿載下，電機(jī)溫度更高，對于200 kW 的電機(jī)，定子損耗增加10%，熱量大約增加18 kW，轉(zhuǎn)子損耗增加100%，轉(zhuǎn)子導(dǎo)電條熱量增加大約60 kW;

　　3)通常降低電機(jī)負(fù)載以承受更大的損耗。

　　為此，適度增加電動機(jī)額定功率適應(yīng)變頻工況勢在必行。采用本增容型高-低壓變頻方案，即可使普通高壓電動機(jī)增加額定功率1～3個標(biāo)準(zhǔn)等級，不僅完全彌補(bǔ)了變頻工況的功率損失，而且足以達(dá)到增產(chǎn)、節(jié)能和節(jié)材等多重目的。

　　本方案利用普通高壓電動機(jī)的機(jī)座和鐵心結(jié)構(gòu)，改用“中壓絕緣結(jié)構(gòu)”和“低壓接線結(jié)構(gòu)”，實(shí)現(xiàn)低壓增容變頻調(diào)速。中壓的范圍為1 500～3 000 V，對比6 000 V和10 000 V的“高壓絕緣結(jié)構(gòu)”，絕緣厚度可適度減薄1/2～2/3，既能長期承受數(shù)倍于額定電壓的高載頻脈沖產(chǎn)生的自感電勢和高次諧波峰值電壓的變頻工況，又提高了槽滿率(導(dǎo)線的占空比>1/3～1/2)，使額定功率提高1～3個標(biāo)準(zhǔn)功率等級，效率提高0.5%～3%，功率因數(shù)提高0.1～0.2，同功率的高壓電動機(jī)制造材料消耗可降低10%～20%。