電機(jī)“雙饋”調(diào)速系統(tǒng)

我國(guó)城鄉(xiāng)防洪排澇泵站很多，過(guò)去，我們對(duì)這一具有巨大社會(huì)效益的“提速”運(yùn)行問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足，采取的補(bǔ)救辦法走了很多彎路，如為了應(yīng)對(duì)突如其來(lái)的，十年一遇或百年一遇的高揚(yáng)程排水的需要，片面強(qiáng)調(diào)“高揚(yáng)程”的重要性，建站初期或后期改造普通將電機(jī)轉(zhuǎn)速選得過(guò)高，而后又多次對(duì)電機(jī)進(jìn)行“增容”改造，這使泵站抗遇洪澇災(zāi)害能力有所增加，但泵站由于多數(shù)時(shí)間仍運(yùn)行在中、低揚(yáng)程，這又導(dǎo)致泵站處于“大馬拉小車(chē)”和“高耗低效”運(yùn)行狀態(tài)，白白浪費(fèi)大量電能;有的地區(qū)，為了解決“排-灌”矛盾，在國(guó)家已建立農(nóng)用低速灌溉泵站后，又提出另行設(shè)計(jì)再建一座專(zhuān)用防洪排漬、排澇泵站，浪費(fèi)大量資金。

在最近幾年，很多泵站采用電機(jī)“變極”提速，并對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)提為“三速”或“雙速”的改造，但效果不佳。因?yàn)?ldquo;變極”提速為有級(jí)變速，而高壓大電機(jī)定子繞組的出線有限，充其量只能有1-2 級(jí)轉(zhuǎn)速，而水位及揚(yáng)程的變化是一個(gè)連續(xù)量，兩者變化不相適應(yīng)，因此“就高就不了低，就低就不了高”的現(xiàn)象仍然存在。本產(chǎn)品立足于無(wú)級(jí)“提速”，并具有提速增容的效果，與“變極”提速相比具有很大優(yōu)勢(shì)，如表1 所列。

5.2 提速的“自然增容”效益

很明顯無(wú)功功率Q1可作有功“增容”用。我們可將“雙饋”電機(jī)這一增容特性稱(chēng)為“自然增容特性”，意即電機(jī)定子繞組并未作“增容”改造，但實(shí)際上通過(guò)控制器的矢量控制電機(jī)已具有“增容”特性。

通過(guò)以上的計(jì)算可知電機(jī)由250 r/min 提速到300 r/min 運(yùn)行，要求增容367 kW，而雙饋電機(jī)通過(guò)矢量控制具有“自然增容”392 kW的特性，即原電機(jī)可以不進(jìn)行“增容”改造。

5.3 雙饋“低同步”調(diào)速比常規(guī)低同步串級(jí)調(diào)速好

雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速不僅能超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，也能低于同步轉(zhuǎn)速，而且低同步運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果和動(dòng)態(tài)特性比常規(guī)高效“低同步串級(jí)調(diào)速”要好得多。表2 是“雙饋”低同步調(diào)速技術(shù)與常規(guī)高效低同步串調(diào)技術(shù)的比較。

5.4 顯著的節(jié)能效果

從實(shí)測(cè)的170 kW 雙饋調(diào)速低同步運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)可知具有22%以上的節(jié)電率;根據(jù)“雙饋”調(diào)速工作原理，當(dāng)電機(jī)帶原有負(fù)載運(yùn)行于“低同步”工作狀態(tài)時(shí)，其節(jié)電效果體現(xiàn)在下列三方面：

5)低同步運(yùn)行總節(jié)電為493.6+100越593.6 kW。

6)總節(jié)電率594/800越74%。

扣除電機(jī)啟動(dòng)能耗，AC/AC 無(wú)功損耗及渦流損耗等外，取節(jié)電率50%，按電機(jī)額定功率800 kW計(jì)算，一臺(tái)電動(dòng)機(jī)組可節(jié)省電力800 kW伊0.5=400 kW。取余碼頭泵站2003、2004 兩年開(kāi)機(jī)運(yùn)行平均每年12 374臺(tái)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，則每年平均節(jié)電

400 kW伊12 374=4 949 600 kW·h，排水電費(fèi)按0.215 元/kW·h 計(jì)算，可節(jié)約電費(fèi)4 949 600 kW·h伊0.215 元/ kW·h =106.4萬(wàn)元。

5.5 超低同步無(wú)級(jí)調(diào)速性能

在要求調(diào)速范圍較寬的調(diào)速系統(tǒng)，采用雙饋調(diào)速時(shí)可選擇以電機(jī)額定轉(zhuǎn)速(或同步轉(zhuǎn)速)為基速實(shí)現(xiàn)上下調(diào)節(jié)。

我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)的大中型雙功能“排-灌”泵站，又稱(chēng)為排灌結(jié)合型泵站，既要求水泵能提速運(yùn)行、在洪澇季節(jié)能排除漬水、漬雨;又要求在中、低揚(yáng)程能降速運(yùn)行實(shí)現(xiàn)低速節(jié)水、節(jié)電、灌溉(或排水)。由于調(diào)速范圍對(duì)同步轉(zhuǎn)速上下對(duì)稱(chēng)，變頻器容量又與調(diào)速范圍有關(guān)，這時(shí)雙饋調(diào)速的技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：若取15豫電機(jī)功率的變頻器容量就可獲得30豫的調(diào)速范圍。設(shè)有一臺(tái)同步轉(zhuǎn)為1 500 r/min、額定功率為1 500 kW 的電機(jī)，其調(diào)速范圍為1 000耀2 000 r/min，則本產(chǎn)品的容量?jī)H為500 kV·A，若調(diào)速范圍越窄，則產(chǎn)品容量越小。

5.6 同步電動(dòng)機(jī)可控異步化運(yùn)行

前已說(shuō)及，對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行“保定子，改轉(zhuǎn)子”后即可實(shí)施“雙饋”調(diào)速。我國(guó)大中型排灌站電機(jī)幾乎清一色都是同步電動(dòng)機(jī)，也可以采用這種異步化改造方法，使單速傳統(tǒng)的同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)，但同步電動(dòng)機(jī)也可采用一般的定子側(cè)變頻調(diào)速，如獨(dú)立變頻調(diào)速或無(wú)整流子電機(jī)調(diào)速。采用雙饋調(diào)速與采用一般變頻調(diào)速相比有何優(yōu)勢(shì)呢?表3將兩種方法進(jìn)行了比較。

5.7 同步發(fā)電機(jī)可控異步化運(yùn)行

同理，對(duì)傳統(tǒng)直流勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行“保定子，改轉(zhuǎn)子”改造以后，采用雙饋調(diào)速方法也可使原同步發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)可控異步化運(yùn)行。當(dāng)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)相運(yùn)行可為電力系統(tǒng)提供無(wú)功功率的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，而在低負(fù)荷時(shí)又

可以大量吸收無(wú)功功率，為電力系統(tǒng)提供有力的調(diào)壓手段，可大大改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本技術(shù)對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)向大容量、高電壓及遠(yuǎn)距離輸電方向發(fā)展具有重要意義。我國(guó)水力資源豐富，但河流泥沙多，水頭變化大，我國(guó)相當(dāng)一部分水電機(jī)組均可采用同步機(jī)異步化改造，有望大大簡(jiǎn)化發(fā)電站設(shè)備，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行效率;可使像水輪機(jī)這樣的原動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳工況，使機(jī)組效率提高2%耀3%，氣蝕泥沙的磨損降低，具有重大效益。

5.8 雙饋調(diào)速系統(tǒng)的多種特色性能

1)使有功/無(wú)功獨(dú)立解耦控制;

2)高功率因數(shù)運(yùn)行特性(任意功率因數(shù)可調(diào));

3)在負(fù)荷變化情況下，可靈活調(diào)節(jié)無(wú)功功率和轉(zhuǎn)速;

4)使有功/無(wú)功實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檢測(cè);

5)通過(guò)交流電流調(diào)節(jié)閉環(huán)使電壓型AC/AC轉(zhuǎn)變成電流型AC/AC;

6)能控制轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)相位，獲得數(shù)字投勵(lì)信號(hào)。

從上可見(jiàn)，雙饋調(diào)速是實(shí)現(xiàn)我國(guó)大型電機(jī)系統(tǒng)(電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī))節(jié)能優(yōu)化改造的高性能的理想產(chǎn)品。