串级调速

SEC系列高频斩波串级调速系统技术介绍保定华仿电控有限公司二○○四年十月二十八日技术介绍保定华仿电控有限公司目录前言_____________________________________________________________________4第一章串级调速基本原理____________________________________________________51.1异步电动机调速的基本方法______________________________________________51.2串级调速的基本原理____________________________________________________61.3传统串级调速__________________________________________________________81.4现代串级调速__________________________________________________________91.5现代串级调速技术的主要优点___________________________________________10第二章SEC高频斩波串级调速系统构成________________________________________11第三章内反馈交流调速三相异步电动机_______________________________________123.1基本原理_____________________________________________________________123.2主要用途_____________________________________________________________123.3技术指标_____________________________________________________________12第四章SEC系列高频斩波串级调速装置_______________________________________144.1基本原理及构成_______________________________________________________144.2产品系列及型号_______________________________________________________164.3主要功能_____________________________________________________________165.1调速系统主要技术参数_________________________________________________195.2SEC系列高频斩波串级调速系统技术特点_________________________________19第六章可靠性及质量保证___________________________________________________216.1可靠性保证措施_______________________________________________________216.2遵循标准_____________________________________________________________226.3质量保证和技术服务___________________________________________________22技术介绍保定华仿电控有限公司第七章节能效益分析_______________________________________________________237.1水泵运行特性_________________________________________________________237.2水泵阀门调节特性_____________________________________________________247.3水泵调速节能原理_____________________________________________________247.4节能效率分析_________________________________________________________25第八章应用实例___________________________________________________________278.1项目基本情况_________________________________________________________278.2主要测试及运行结果___________________________________________________278.3结论_________________________________________________________________30第九章使用环境条件及用户订货需知_________________________________________339.1装置使用的环境条件___________________________________________________339.2订货需知:____________________________________________________________33技术介绍保定华仿电控有限公司前言由三相异步电机拖动的风机、水泵是国民经济中应用广泛的生产设备，其耗电量占发电总量的40%以上。目前，大多数风机、水泵都采用阀门或档风板来调节流量以满足负荷变化的要求，或采用一些低效调速方法，浪费电能严重。因而高效节能调速技术对经济可持续发展具有特别重要的意义。在高效调速技术方面，有变频调速和串级调速技术。它们的一个重要区别在于变流控制装置(调速装置)的控制点不同。变频技术控制电机的定子侧，而串级调速控制电机的转子侧。变频调速装置需要承受供电电压和控制电机的全部功率,因而在低压，小容量电机上应用广泛，而在高压大容量电机应用上存在诸多问题和困难。而串级调速装置承受的是转子回路低的电压和较电机额定功率小的多的转差功率，因而在高压大容量电机调速上具有突出的优势。串级调速作为异步电动机十分经典的调速方法之一，长期以来人们进行了大量研究与实践。近年,随着电力电子技术和计算机控制技术的应用，串级调速技术产生飞跃的发展，在高压大中型电动机节能调速应用方面以其控制电压低、控制功率小,系统简单,运行可靠,节电率高而展现出光明的应用前景。保定华仿电控有限公司致力于电力电子节能产品研发和生产。目前公司主要产品为SEC系列高频斩波串级调速系统。公司的技术人员在经典串级调速理论基础上，应用现代电机技术、电力电子技术和计算机控制技术的先进成果，研制出高效节能型机电一体化的新一代高科技产品，即SEC系列高频斩波串级调速系统。使得传统串级调速技术焕发了新的生机，得到了广泛的应用。该产品具有优良的调速性能和高节能率，适合于高压大中型电机调速节能应用。范围包括了3KV、6KV、10KV电压等级，220KW~5400KW电机容量，4~24极电机极数的高压电机。可广泛地应用于电力、水利、水处理、供水、城市供热、冶金矿产、港口机械、石油化工等工业领域中的风机、泵类及其他类负载的节能调速。技术介绍保定华仿电控有限公司第一章串级调速基本原理1.1异步电动机调速的基本方法三相异步电动机的转速为：n=(1-s)N=(1-s)60f/p(1-1)其中：n为电机实际转速N为同步转速s为转差率f为电源频率p为电机极对数由电机的转速表达式可以看到,改变电机转速的办法有以下三种：改变电机极数P，改变供电电源频率f和改变电机转差率s。1.1.1变极调速。电机的转速与电机的极对数成反比。因此，通过改变电机定子绕组的接线方式，或在定子槽内嵌放几套不同极对数的独立绕组，使电机运行在不同的极对数下，便能得到不同的转速。这种调速方式原理简单，但只能逐级调速，不能实现平滑无级调速，且电机制造与接线变得复杂。一种典型的变极接线方式如图1-1所示。图1-1.变极调速技术介绍保定华仿电控有限公司变频调速由式(1-1)可以看出，改变供电电源频率便可改变异步电动机的同步转速，从而改变电动机转子的转速。变频调速就是在供电电源和电机定子间加入一变频装置,将50Hz工频电源变成频率和电压可调的电源后给定子供电。变频调速具有适用范围广、调速范围较大、有好的调速平滑性与硬机械特性的特点，因此，得到了较为广泛的关注和应用。其典型原理如图1-2所示。图1-2.变频调速1.1.3变转差率调速转子串附加电势调速,即串级调速,属变转差率调速。在转子回路中串入可吸收电功率的附加电动势，通过改变附加电动势的大小和相位，来达到改变转子电流,电磁转矩和转速的目的,转速在低于同步转速以下调整,同时将转子回路的转差功率回收，达到高效节能目的。串级调速原理见以下图1-5、1-6、1-7所示.1.2串级调速的基本原理由于电机的电磁转矩：22cosICTmMM(1-2)其中：MC为转矩常数m为磁通2I为转子电流2cos为转子功率因数可见电机转矩与转子电流成正比。技术介绍保定华仿电控有限公司转子电流为：2222222XsREIs(1-3)其中：sE2为转子感应电势2R为转子电阻2X为转子电抗s为转差率当在转子回路引入附加电动势fE时2222222XsREEIfs(1-4)此时，电机等效电路可表示为：图1-3.转子串入等效电势时等效电路其中：1U为定子电压1R为定子电阻1X为定子电抗mR为激磁电阻mX为激磁电抗'2R为折算至定子侧的转子电阻'2X为折算至定子侧的转子电抗s为转差率技术介绍保定华仿电控有限公司当附加电势fE与转子电势sE2反相并增大时，电机转速下降并调整的过程如图1-4所示。当机械转矩与电磁转矩平衡时,电机稳定在新的转速。图1-4.转子串入等效电势时降速调速过程1.3传统串级调速传统串级调速是将电机的转子回路通过串级调速控制装置及逆变变压器与电网连接。为了便于在转子回路中串入合适的附加电势,往往将转子交流整流成直流,在直流回路中串入可变直流电势来实现。装置将转子三相交流整流成直流并平波后,由有源逆变器提供串入的直流反电势同时将转子转差功率再逆变为工频交流,通过逆变变压器回馈至电网吸收。等效电势大小的调节是通过调整逆变器的逆变角（移相触发）来实现的。其原理如图1-5所示：技术介绍保定华仿电控有限公司图1-5传统串级调速原理1.4现代串级调速由于传统串级调速是通过调整逆变器的逆变角（移相触发）来实现对等效反电势的调节的。这种移相触发的方法存在着功率因数低及可靠性差的缺点。现代串级调速则把逆变角固定下来并设在最小值，产生一恒定的附加直流反电势,等效电势大小的调节由斩波器来完成。通过调节斩波器导通时间与斩波周期的比率（即占空比或PWM调制脉宽），来改变串入转子回路的等效电势的大小，从而改变转子电流和转差率，达到调节电机