變頻電動機構在火電廠的應用

一、概述

電動執(zhí)行機構是把電能轉化成機械能、拖動各種生產機械的最重要、也是最基本的工具，由于生產工藝的要求和節(jié)約能源的需要，可調速電動執(zhí)行機構一直成為科技人員的研究對象，其應用也越來越廣泛。在可調速電動執(zhí)行機構的發(fā)展過程中曾出現過直流調速、調壓調速、電磁調速、電液耦合調速以及滑差調速等各種調速方式，但是，以上各種調速方法在實際應用中都存在著局限性和缺點。隨著電力電子技術、自動控制技術、計算機技術的迅猛發(fā)展，一種新型的、智能的、集各種高精尖技術于一體的可調速電動執(zhí)行機構產生了，這就是變頻電動執(zhí)行機構。

隨著變頻技術的日趨成熟，變頻電動執(zhí)行機構以其獨具的性能獲得越來越廣泛的應用，與其它的可調速電動執(zhí)行機構相比有如下優(yōu)點：

a.啟動電流小、對生產機械無沖擊，可以大大延長設備的使用壽命。

b.智能化程度高、自診斷功能和保護功能齊全，設備的安全性、可靠性提高。

c.安裝簡單、使用方便、維護成本大大降低。

d.機械特性好、動態(tài)響應速度快、可提高控制系統(tǒng)的調節(jié)品質。

e.風機、泵類等高耗電設備采用變頻調速后可降低耗能、節(jié)約成本、提高效率。

二、變頻裝置原理

變頻電動執(zhí)行機構是由變頻裝置(變頻器)和電動機組成的可調速拖動機構，電動機的轉速和轉向由變頻裝置控制，按照生產工藝的要求工作。其理論依據是下面公式：

n=no(1-s)

no=60f/p

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n——電動機轉速

no——同步轉速

s——滑差

f——輸入電壓頻率

D——電動機極對數

從上面公式看出，改變電動機轉速的方法有三種：一是改變滑差：二是改變電動機極對數;三是改變輸入電壓頻率。通過引入變頻裝置把固定的電網頻率轉換成電動機所需要的頻率來實現電動機的調速就是變頻電動執(zhí)行機構工作的理論基礎。

變頻裝置一般分為交一交、交一直一交兩種實現方式。交一交型變頻器的調節(jié)范圍小、功率因數低、諧波污染大?，F在的大部分變頻裝置都采用交一直一交的實現方式，其主要構成分四部分：整流器、濾波器、逆變器和以CPU為核心的控制保護部分。

整流器采用可控元件接成三相全控橋，把輸入的三相交流電變成電壓可調的直流電。

濾波器主要是為了獲得較為平直的直流電、吸收電動機回饋的能量實現緊急剎車制動功能。

逆變器采用門極可關斷晶閘管GTO、大功率晶體管GTR、絕緣柵雙級型晶體管IGBT等元件，采用脈寬PWM調制或矢量控制等方式將直流電逆變?yōu)轭l率可調的交流電。

以CPU為核心的控制保護部分是整個變頻裝置的指揮中心、其通過輸入CPU的軟件程序來完成控制、保護等各種功能，并且實現與DCS、PLC及其它控制系統(tǒng)的接口。

變頻裝置按其工作電壓還有高壓、低壓之分，高壓變頻器又可分為直接高壓型和高一低一高型。各種類型的變頻器有不同的應用場合，即使是相同類型的變頻器因其技術上的差別也有著不同的品質和價格。因而在變頻電動執(zhí)行機構的使用中要科學的選擇變頻器和電動機，力求最好的性能價格比。

變頻電動執(zhí)行機構中的電動機就是異步電動機，但是因使用的場合和變頻裝置采用的技術不同，有的可以使用普通的異步電動機，有的需選用專用的電動機。因此，對原來采用異步電動機定速運行的執(zhí)行機構進行變頻改造時要慎重 研究：是否可以保留原電動機，如果保留原電動機還需科學的選擇變頻裝置。

三、變頻電動執(zhí)行機構在火電廠的應用

變頻電動執(zhí)行機構是國外首先研制成功的，國內應用較早的是石油化工、礦山機械等行業(yè)，電力行業(yè)最初是從給粉機開始使用變頻調速的，這是因為給粉機使用低壓電動機，低壓變頻器成熟較早、安裝簡單、對電動機進行變頻改造比較容易。給粉機采用變頻調速后不僅取得了顯著的經濟效益，與采用傳統(tǒng)的機械調速裝置相比還有如下許多優(yōu)點：給粉機下粉均勻，煤粉自流現象減少，鍋爐燃燒穩(wěn)定;燃料控制系統(tǒng)調節(jié)范圍加寬，保護功能和事故處理能力增強。正因為此，大部分電廠相繼對給粉電動機和直吹式燃燒系統(tǒng)的給煤機進行了變頻改造，并且都獲得了良好的運行效果。

隨著高壓變頻技術的日益成熟，高壓變頻電動執(zhí)行機構在電力行業(yè)逐漸開始使用，考慮到節(jié)能效果，國內使用高壓變頻裝置的設備主要集中在送風機、引風機、灰漿泵、低加疏水泵、升壓水泵和凝結水泵上，國外已有在給水泵上使用高壓變頻裝置的例子。

例如，在沒有變頻電動執(zhí)行機構之前，火電機組一直采用電動機按定速運行，通過調節(jié)送、引風機導葉或擋板的開度來控制鍋爐爐膛的風量。而200MW以上機組的送、引風機都采用高壓大功率電動機，耗電量大，由此造成的節(jié)流損失浪費大量的廠用電，很不經濟，而且由于非線形和響應速度慢影響自動的投入和調節(jié)品質。因而，一些老電廠已經或正在考慮采用變頻電動執(zhí)行機構對風量的控制方式進行改造，考慮到采用整體的變頻電動執(zhí)行機構雖然有諸多優(yōu)點，但是改造成本高，而原有送、引風機的電動機在容量等級、防護等級等指標上都能滿足變頻調速的要求，所以都是在保留原有設備的基礎上增加變頻裝置，方法有兩種：一種方法是，增加的變頻裝置與原電氣控制線路并聯，通過切換開關選擇控制電動機運行的通路，如圖。采用這種方法，當變頻裝置故障或檢修時，可使電動機恢復到原有的控制方式，不影響整個機組的運行，但是兩個控制通路之間需加連鎖，以免短路。第二種方法是，去掉原有的電氣控制線路，直接采用變頻器控制電動機的運行。

對老機組耗能高的高壓電機設備采用上述方法改造后不僅改善了相關控制系統(tǒng)的調節(jié)品質，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，更重要的是節(jié)省了廠用電。所以越來越受到電廠的重視，如大慶華能新華電廠對引風機和灰漿泵進行了變頻改造：安徽銅陵電廠對低加疏水泵進行了變頻改造;清河電廠對引風機進行了變頻改造。改造后都取得了較好的經濟效益和社會效益。

四、結論

顯然，用變頻電動執(zhí)行機構代替許多傳統(tǒng)電動執(zhí)行機構是節(jié)約能源、改善工藝流程、提高控制系統(tǒng)品質的有效手段。但是，目前大部分變頻裝置依賴進口，價格昂貴、一次性投入高，普遍使用變頻電動執(zhí)行機構還不現實，對老機組中采用變頻調速后節(jié)能效果顯著的執(zhí)行機構進行改造、尋求高性能價格比的解決方案應該成為目前研究的重點。

在對老機組改造中采用變頻調速裝置的同時，在新建機組設計中盡量采用變頻電動執(zhí)行機構，這樣可以避免二次投入的浪費;同時，為變頻電動執(zhí)行機構設計的專用變頻電動機有散熱效果好、電磁損失少、比普通電動機更節(jié)能等優(yōu)點，可使整個變頻電動執(zhí)行機構工作效率更高。