1前言
变频调速技术现已被应用于各行各业,葛洲坝集团水泥分公司于2005年起开始将高压变频器应用于水泥行业的电机节能改造,至今已成功用于煤粉通风机、收尘器风机、窑尾排风机、高温风机、水泥磨选粉机风机、窑头过剩风机、生料磨循环风机等的节能改造,取得了许多成功的改造经验的同时也取得了显著的经济效益。
应用案例:2008年,上海广电电气(股份)有限公司在葛洲坝老河口水泥厂的高温风机上进行了变频改造,经过一年的数据搜集及对比分析,节能效果显著。下面对改造情况作一详细介绍。
2原来液体电阻调节的具体工作方式
绕线式异步电动机的转子经集电环和电刷串接外加电阻后,可以改变电动机的转差率s,进而改变转速。通过改变其转子串接的外电阻可实现调速。转子串接的电阻值R越大,其机械特性也越软,即转矩很小的变化将引起转速较大的波动。此外,在负载小时(即转矩小时)其调速范围变窄。从高温风机长期的液体电阻调节工作过程中可以总结出液体电阻的优缺点:
优点:调速方法简单,初投资低,容易实施,可靠性高,功率因数高,不产生高次谐波,启动设备和调速设备合为一体。
缺点:①由于转差功率都是以发热的形式消耗在电阻上,然后通过冷却水冷却后白白浪费掉,再加上控制设备较多(循环泵和伺服电机等),控制回路消耗的功率较大,因此效率比较低。②由于控制设备的增多,相应的出现故障的概率也较高,考虑到渗漏以及蒸发等原因,需要定期加液之类的,设备维护量比较大。另外环境温度低于零度,需要考虑电解液等加热问题。③调速比低(与变频等相比),不大于50%,不适用于对调速范围要求较大的场合,如转速较低场合。④启动转矩比较小,特性较软。不适合对电动机机械特性要求高的场合。⑤只适用于绕线式异步电机调速,鼠笼式电机只能作软起。
结论:转子串电阻调速的方式,在串级调速和变频调速技术成熟之前是绕线电机的主要的调节手段,因此在一些比较早期的绕线电机的运行场合,应用还是比较多的,但液体电阻调速属于有转差损失的低效调速方式,与高效调速方式相比节能的空间相对较小,而且其技术进步的空间已经不大,并且只能用在绕线式电机上,因此很大的限制了它的应用。
3高压变频调速系统简介
异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率f来改变同步转速而实现调速的,在调速中从高速到低速都可以保持较小的转差率,因而消耗转差功率小,效率高,是异步电动机最为合理的调速方法。由公式n=60f(1-s)/p可以看出,若均匀地改变供电频率f,即可平滑地改变电动机的同步转速。异步电动机变频调速具有调速范围宽、平滑性较高、机械特性较硬的优点,目前,变频调速已成为异步电动机最主要的调速方式,在很多领域都获得了广泛的应用。
高压变频调速具有如下显著的优点:
(1)节能:减少由负载档板或阀门调节导致的节流损失。
(2)提高功率因数:系统网侧功率因数由变频前的0.85左右提高到变频后的0.95以上。
(3)软启软停:减少对电网和负载的冲击。
(4)高效:含变压器在内的整机效率在97%以上。