高压变频节能技术在风机中的研究与应用

发布时间：2020-08-18 17:53

【摘要】：进入21世界,建设一个节能环保、绿色健康的新型社会已经是大势所趋了。在我们国家,大功率风机是冶炼企业的高耗能设备,是节能降排项目中的重重中之重。云南驰宏锌锗股份有限公司曲靖分公司面临的节能压力也越来越大,在大功率风机的运行过程中,如果采用调节导叶的方式来控制风机的风量,那么风机的振动较大,噪音也较大。为此,如何降低风机能耗、减轻噪声污染,是一个亟需解决的实际生产问题。随着高压变频技术的不断发展和性能的提高,越来越广泛的应用于我国的节能改造中,例如变频器在火力发电行业、钢铁行业等一些高能耗行业的应用已经非常普遍,也取得了实实在在的应用效果,节能成果显著。论文从项目的背景和需要解决的问题出发,论述了高压变频调速技术的发展和研究现状,通过对不同调速方式进行比较,最后选定了最优的变频调速方案对公司的大功率风机进行改造。文中对变频器的选型、高压变频系统设计、设备的调试运行等进行了论述。在第五章中还选择了其中的一台电动机对其进行仿真分析,论证了变频调速的优点。通过对大功率风机节能改造的研究,解决了公司风机能耗大、运行效率低、系统不稳定等问题。并且通过运行已经验证了大功率风机变频调速改造项目每年可以为公司节约488万元左右的成本支出,具有良好的经济效益和社会效益。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM921.51;TF307
【图文】：

电路原理图,串级调速,电气,电路原理图

第二章电动机的调速原理及方法11（a）正方向串联（2p=4）（b）反方向并联（2P=2）（c）反方向串联（2P=2）(a)seriesinthepositivedirection(2p=4)(b)parallelinthereversedirection(2P=2)(c)seriesinthereversedirection(2P=2)图2.2改变定子绕组的连接方式时定子的磁极对数改变Fig.2.2Changingthepolepairofthestatorwhenchangingtheconnectionofthestatorwindings变极调速所具有的好处是速度调控的效率很高，控制电路不是很复杂，维护也简单，在稳定工作的过程中对电网及通讯没有干扰，初期投资少，设备运行的可靠性也高；它的不足之处是：有级调控，而且调节的级差很大，在变换接线方式的时候必须停止运行、断电，这样就会让它的使用受到约束。多数电动机适合于按照一个固定调控档数调节的场合。2.3.2串级调速串级调的方法是在绕线型感应电动机的转子电路中，串联接入一个额外的电动势，通过改变额外电动势的大小和方向进而可以改变转子总的电动势，因此只需要通过改变电动机转子的电流，就可以改变电动机的转动速度了，如下图2.3。图2.3电气串级调速电路原理图Fig.2.3electricalcascadespeedregulationcircuitprinciplediagram根据上图2.3的电路图可以得到串联接入的附加电动势之后的转子电流公式为：

机械特性曲线,机械特性曲线,电阻,转子

第二章电动机的调速原理及方法13一个新的稳定转时，转矩T将会减小到和负载转矩相平衡。同理可得，当电阻值增加时，电动机的转速就会下降。图2.4转子串电阻调速的机械特性曲线（2′′′>2′′>2′）Fig.2.4mechanicalcharacteristiccurveofrotorstringresistancegoverning（2′′′>2′′>2′）电动机的转子绕组串联接入三组不同的电阻值机械型特性曲线图如上图2.4所示，从上图中可以分析得出，对于像风机与泵类或者恒定转矩这两种类型的负载，转子绕组回路串联接入的电阻值越大，转速下降的就越快，当电阻值为2′′′时机械特性曲线比较软，只要负载转矩有一个很小的变化就会使转速产生较大的波动，因此转子串电阻调速不太适用于深度调速的场合。转子串电阻调速最主要的缺点就是串联接入的电阻有很大的消耗，存在转差功率损耗，只要转速越低，转差功率就会越大，这是一种低效调速的方法。优点是可以在一定的范围内对转速实现连续的调节，只用改变电阻值的大小就可以，操作简单。因此，转子串电阻调速只适用于中小容量的绕线式异步电动机中而且不需要进行深度的调速的场合。2.3.4定子调压调速定子调压调速的方法是：首先使用晶闸管交流调压装置把电动机的电源电压变换为恒定频率的可调交流电压后再输入到电动机的定子绕组中，根据电动机的转矩公式可得，电动机的输入电压大小的平方值与电磁转矩成正比，因此只要改变定子的电压大小，就能对电动机的机械特性曲线进行改变，从而对其和负载机械特性曲线的相交点进行改变，该点就是电动机的实际工况点，就可以对电动机进行调速了。如下图2.5所示为调压调速的特性曲线，三条曲线所对应的电压关系为30<20<10。

机械特性曲线,机械特性曲线,定子

昆明理工大学硕士学位论文14图2.5定子调压机械特性曲线Fig.2.5statorpressureregulatingmechanicalcharacteristiccurve从上图中可以看出，对于恒定转矩的负载来说，当定子的电压减小到30时，两个负载的曲线就没有交点了，由此可见定子调压调速的方式对恒定转矩的负载来说调速范围是有限的。然而对于水泵与风机类的平方转矩负负荷的情况，当电压从10降低到20再降低到30时，其在机械特性曲线所对应的工作点也从点a变为点b最后变为点c，调速的范围很大，因此在水泵与风机类负载的场合中应该使用定子调压调速的方式进行调速。由于定子调压调速的方法只改变电压的幅值，不改变电压的频率，同样的旋转磁场的同步转速也不改变，因此就存在转差功率损耗的现象，会使电机的绕组发热，这是一种低效的调速方式。定子调压调速的优点是可靠简单，成本低、占用的空间比较孝使用和维护起来比较方便。缺点是调速的效率较低，机械特性比较软，电网以及电动机的噪音和损耗受调压装置产生的高次谐波影响比较大。从上面的分析得出，定子调压调节速度的方法只适用于水泵和风机的平方转矩负载场合。2.3.5电磁离合器调速电磁离合器调速需要安装电磁调速电动机来实现，位置是在电动机和负载的中间。电磁调速电动机是由下面的三部分组成的：三相异步电动机、电磁转差离合器和测速发电机，三相异步电动机地作用是驱动器，适合使用于容量在0.40—660KW之间的风机、水泵或压缩机等负载。需要由电磁离合器和鼠笼式异步电动机组合而成的调速电动机来进行电磁离合器调速，电磁离合器电动机就是用于这种调速的电动机，也叫做滑差电动机，电磁离合器调速是一种低效的速度调控方式。如下面的图2.6所示，电枢、磁极

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