转子变频调速(串调样本).pdf

1 一 概述 随着我国国民经济的快速发展 能源需求与经济快速发展的矛盾日益突 出 建设一个节约型社会成为我国经济可持续发展的一项重要的战略国策 在我国 风机 泵类耗电量约占全国总动力耗电的43 且绝大部分工作 在定速运转状态 特别对于高压大容量电机 由于高压变频设备价格昂贵 系 统复杂 运行及维护费用高 传统串级调速系统可靠性差 功率因素低 谐波 污染大等方面原因 国内的高压大容量电机几乎都工作在定速运转状态 只能 靠调节风门 阀门等来适应工况变化 平均效率只有30 造成大量的能源浪 费 转子变频调速装置是我公司为满足高压大容量电机的调速需要 在总结 国内外各类调速技术的基础上 历经数年精心研制出的一种新型调速设备 其 价格低廉 平均价格约为高压变频的40 60 效率高 平均效率0 9 功率因 素高 平均功率因素超过0 8 转子变频调速系统与定速运行相比 平均节能 40 与高压变频相比 平均节能5 与液力耦合相比 平均节能20 转子 变频调速装置还具有极高的可靠性 且可自动实现故障情况下的运行方式切 换 因而转子变频调速装置可以为各类重要负荷提供调速控制 二 风机 泵类负载功率与转速的关系分析 在风机 水泵等选型设计过程中 功率 流量 压力等通常都留有较大 的裕量 实际使用中往往采用风门 阀门等增大风阻或管路阻力 减小流量及 输出压力 以适应不同的工况要求 由流体动力学原理可知 流体机械的功率 或电动机的输出功率 与转速的立方成正比 即 e 3 PP e n n 2 式中 e n 电动机的额定转速 n 电动机的实际转速 e P 电动机的额定功率 P 电动机实际输出功率 可见当电动机转速下降时 其输出功率将以立方速度下降 如根据需要 负载转速下降到额定转速的80 则电动机的实际输出功率为 ee e e PP n n P512 0 80 3 即实际需要电动机的输出功率仅为其额定功率的51 2 可见 在定速运 行情况下 这类负载多消耗了近50 的电能 三 转子变频调速装置的节能原理 在不计及电动机损耗情况下 可以认为电动机三相定子绕组从电网中吸 收的电功率全部转变为定子及转子铁芯中的旋转磁场的电磁功率 电动机转子 将旋转磁场的电磁功率全部转换为负载的旋转机械功率 即 MPPP outdcin 式中 in P 电动机的输入功率 dc P 定子及转子铁芯中电磁功率 out P 电动机的输出功率 M 电动机的输出转矩 对于软负载设备 2 kM 电动机的角频率 当电动机转速下降时 电动机的输出功率将减小 设电动机的输出角频 率为 则电动机的输出功率为 3 dc 32 out P M M P 电动机的电磁功率即输入功率为 dc 2 dcdcin P P M M P P 电动机的转差功率即电磁输入功率与电动机的输出功率的差为 dc 2 outin P P P P 由上述分析可见 对于软负载设备 当电动机的转速下降时 不仅电动 机的输入功率降低了 而且电磁输入功率与电动机的轴输出功率存在一个转差 功率 转子变频调速装置不仅降低了电动机的转速 减少了电动机定子绕组从 电网吸收的电功率 而且通过在转子回路中串入与转子感应电流同频率 且相 位相反的附加电势 吸收转差功率 并通过转子变频电机中与定子高压绕组同 槽嵌入的逆变绕组 逆变回电网 四 转子变频调速装置的工作原理简述 高压异步电动机由于容量大 直接启动对电网的冲击大 因此 高压大 容量异步电动机通常设计为转子绕线式 异步电动机的三相定子绕组通以三相交流电流时 在定子与转子铁心中 会产生在空间上对称分布且互差 120电角度的三相脉动磁势 在时间与空间均 互差 120电角度的三相磁势的合成磁势在定子与转子气隙中形成了旋转磁 场 转子绕组切割旋转磁场 产生感应电势 并通过转子回路形成感应电流 转子感应电流在旋转磁场的作用下 产生电动力 从而驱动转子旋转 电动机 的转速较小时 转子绕组切割旋转磁场的速度较快 即转子绕组中的感应电势 较大 产生的感应电流较大 输出的转矩较大 当电动机的输出转矩与负载转 4 矩相等时 电动机的转速处于相对平衡状态 如果在电动机的转子绕组中串入 与转子感应电势同频率 相位相差 180的附加电势 则电动机在相同的转速下 感应电势相同 转子回路的感应电流将减小 即电动机的输出转矩将减小 电动机的输出转速将减小 当电动机转子感应电势克服附加电势产生的转子电 流及输出转矩与负载转矩相等时 电动机的输出转速重新达到相对平衡状态 改变附加电势的幅值 即可改变电动机的输出速度 转子变频调速装置的作用就是为电动机产生一个频率始终与电动机转子 电流相同 相位相差 180 且幅值可调的附加电势 五 转子变频调速装置构成及特点 转子变频调速装置由转子变频电机及转子变频调速控制柜组成 1 转子变频电机兼备逆变变压器 减小了谐波污染 提高了功率因素 减小了系统结构尺寸 降低了系统造价 转子变频电机是在定子槽中与高压定 子绕组同槽嵌入逆变绕组 利用定子槽的分布及短距特性 抑制逆变电流中的 高次谐波 同时进一步提高了调速装置的功率因素 转子变频电机除了定子槽 比同规格的普通电机略深外 外形尺寸及机械特性与同系列 同功率的普通高 压电机完全相同 2 转子变频调速装置采用触摸屏及PLC作为系统的控制中心 转子变频 控制柜由3 5 台威图控制柜拼装而成 触摸屏显示系统参数 包括电动机转 速 转子电流 转子电流频率 转差率 回馈功率 转子回路功率因素等 电 动机的转速可以通过模拟屏设定 也可以由外给定信号控制 3 采用直流斩波调节附加电势 改善了调速系统的特性 使系统更可靠 转子附加电势的电路设计为交 直 交方式 采用三相桥式整流电路对转子电流 进行整流 IGBT 直流斩波器调节附加电势的幅值 固定逆变角的三相全控桥 5 将电机的转差功率逆变回电网 4 采用数字频率测速法测量电动机的转速 转子变频调速装置利用异步 电动机转子电流频率与转速的关系 采用PLC 采样12 倍频的转子电流的过零 脉冲 计算出电动机的转速 从而减少了系统硬件 提高了测速环节的可靠性 5 采用速度 电流双闭环控制 以提高速度控制精度及系统抗干扰能力 6 转子变频调速装置具有软启动功能 减小了电机启动过程中对电网的 冲击 7 转子变频调速装置还具有很好可靠性和安全性 固定角逆变的三相全 控桥 不仅提高了逆变电路的功率因素 减小了逆变电流的谐波分量 而且与 逆变角可调的电路相比 其可靠性得到进一步的提高 转子变频调速装置能够 自动对系统工况进行监测 当系统发生故障不能继续进行调速控制时 IGBT 斩波电路将迅速短接直流回路 三相全控桥逆变电路停止触发 转子常闭型接 触器线圈断电闭合短接三相转子绕组 电动机转速上升 回到定速运转状态 此时 装置发出声光报警 触摸屏给出报警信息 指示维修人员故障地点 以 便于迅速排除故障 六 转子变频调速装置主要性能指标及使用条件 1 调速范围 一般50 100 额定转速 也可以根据用户需求设计调速 范围 调速范围 裕量 越大 节能效果越显著 2 电网电压 3kV 6kV 10kV 3 电机容量 75kW及以上 以高压配电的电动机 目前 系统可以做到 5600kW 4 功率因素 转子变频调速装置平均功率因素大于0 8 也可以根据用 户要求进行内补偿 6 5 谐波影响 系统内完全消除了 3 倍次谐波 主要存在的 5 7 次谐波 4 远远优于国家标准 6 环境温度 10 40 转子变频电机使用滚动轴承 5 40 转子变频电机使用滑动轴承 7 环境湿度 相对湿度 90 8 海拔 1000M 9 环境空气无过量尘埃 腐蚀性及爆炸性气体 转子变频调速装置是可靠性极高 性能价格比极好的节能产品 一般情 况下 长时间连续运行的负载 使用一年所节约的电费将超过设备的投入 扬州瑞普电气有限公司扬州瑞普电气有限公司 20052005 6 6 8 8 7 附录附录 一 转子变频电机型号意义 YRBF 电机功率 极数 机座中心高 以YR电机为基础设计的大中型转 子变频电机 参照 GB T13957 JB T7594 JRBF 电机功率 极数 机座号 以 JR 电机为基础设计的转子变频 电机 YRBF 定子铁心外径 极数 电机功率 以YR电机为基础设计的大型转 子变频电机 参照JB2223 二 JRBF系列 参照标准 JB564 64 额定电压 6kV 转子变频调速 电机主要技术参数 转子变频电机 型号 功率 KW 额定电 流A 额定转 速rpm 最低转 速rpm 转子开路 电压V 转子电 流A 逆变绕组 电压V 逆变绕组 电流A JRBF136 4 220 27 2 1472 880 302 471 145 377 JRBF137 4 260 29 6 1475 750 305 533 183 427 JRBF138 4 300 35 9 1475 890 391 491 186 393 8 转子变频电机 型号 功率 KW 额定电 流A 额定转 速rpm 最低转 速rpm 转子开路 电压V 转子电 流A 逆变绕组 电压V 逆变绕组 电流A JRBF147 4 360 43 8 1480 890 558 408 266 326 JRBF148 4 440 49 1482 890 586 457 306 366 JRBF1410 4 500 57 5 1482 890 734 428 346 342 JRBF158 4 680 74 1485 890 728 560 373 450 JRBF1510 4 850 98 2 1479 890 814 662 385 530 JRBF1512 4 1050 121 5 1484 890 1045 627 495 502 JRBF148 6 310 38 1 981 600 529 378 247 302 JRBF1410 6 380 43 0 983 600 508 448 278 358 JRBF157 6 460 53 978 500 470 611 315 488 JRBF158 6 550 62 984 600 551 623 369 499 JRBF1510 6 650 73 983 600 660 608 333 487 JRBF1512 6 780 93 8 991 600 1062 456 495 365 JRBF147 8 200 26 4 738 460 422 305 192 244 JRBF148 8 240 31 6 738 460 475 326 217 261 JRBF1410 8 280 36 1 739 470 572 313 247 251 JRBF157 8 320 40 6 739 460 509 404 231 323 JRBF158 8 380 47 9 740 460 588 412 266 330 JRBF1510 8 475 58 9 740 460 697 435 315 348 JRBF1512 8 570 70 5 741 460 853 422 385 338 JRBF1410 10 200 27 0 590 330 511 248 266 198 JRBF157 10 260 33 5 590 330 415 403 217 322 JRBF158 10 310 40 0 590 330 474 419 247 335 JRBF1510 10 400 50 5 590 330 603 412 315 330 JRBF1512 10 480 60 2 590 330 738 409 385 327 JRBF1510 12 280 37 7 490 290 505 350 247 280 JRBF1512 12 330 44 0 490 290 586 359 289 287 三 YRBF 系列 参照标准 JB2223 77 额定电压 6kV 转子变频电 机主要技术参数 转子变频电机型号 功率 KW 额定 电流A 额定转 速rpm 最低转 速rpm 转子开路 电压V 转子电 流A 逆变绕组 电压V 逆变绕组 电流A YRBF1000 6 1180 1000 115 988 600 1063 587 495 470 YRBF1250 6 1180 1250 142 991 600 1488 517 693 414 YRBF1600 6 1180 1600 184 989 600 1241 811 577 649 YRBF2000 6 1180 2000 229 990 600 1488 840 693 672 YRBF2500 6 1180 2500 284 991 600 1074 1446 577 1157 YRBF630 8 1180 630 77 741 460 743 535 385 428 YRBF800 8 1180 800 97 741 460 836 608 433 486 YRBF1000 8 1180 1000 119 742 460 1030 614 533 491 9 转子变频电机型号 功率 KW 额定 电流A 额定转 速rpm 最低转 速rpm 转子开路 电压V 转子电 流A 逆变绕组 电压V 逆变绕组 电流A YRBF1250 8 1430 1250 144 742 460 1126 693 577 554 YRBF1600 8 1430 1600 182 742 460 1358 737 693 590 YRBF2000 8 1730 2000 227 741 460 1835 602 886 482 YRBF2500 8 1730 2500 279 743 490 1410 1092 577 874 YRBF630 10 1180 630 78 593 350 878 456 385 345 YRBF800 10 1180 800 98 594 350 1131 446 495 357 YRBF1000 10 1430 1000 120 592 350 1149 552 495 442 YRBF1250 10 1430 1250 152 592 350 1339 592 577 474 YRBF1600 10 1730 1600 183 593 350 916 1093 385 875 YRBF2000 10 1730 2000 233 593 350 1033 1215 433 972 YRBF2500 10 2150 2500 289 594 350 1209 1278 612 1022 YRBF400 12 1180 400 52 495 290 712 349 411 280 YRBF500 12 1180 500 63 495 290 858 361 496 289 YRBF630 12 1430 630 80 495 290 776 503 449 403 YRBF800 12 1430 800 100 495 290 951 517 550 414 YRBF1000 12 1430 1000 124 495 290 1229 497 710 398 YRBF1250 12 1730 1250 148 495 290 1312 570 758 456 YRBF1600 12 1730 1600 188 495 290 1575 607 910 486 YRBF2000 12 1730 2000 235 495 290 1947 640 1124 512 YRBF2500 12 2150 2500 290 495 290 1251 1240 722 992 YRBF3200 12 2150 3200 367 495 290 1502 1317 867 1708 YRBF500 16 1430 500 66 371 200 729 430 421 344 YRBF630 16 1430 630 83 371 200 917 428 529 343 YRBF800 16 1730 800 108 370 200 1085 463 626 37 YRBF1000 16 1730 1000 133 371 200 1268 494 732 396 YRBF1250 16 1730 1250 166 370 200 1519 514 877 412 YRBF1600 16 2150 1600 199 370 200 1925 516 1111 413 YRBF2000 16 2150 2000 245 371 200 2204 565 1272 452 YRBF2500 16 2150 2500 304 370 200 2571 604 1484 484 YRBF500 20 1730 500 71 296 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逆变绕 组电压V 逆变绕 组电流A YRBF710 12 1000 1000 125 9 492 290 1110 555 2 644 445 YRBF710 12 1120 1120 144 493 290 876 798 509 639 YRBF800 12 1250 1250 160 493 290 975 799 566 640 YRBF800 12 1400 1400 179 493 290 1098 791 637 633 YRBF800 12 1600 1600 201 494 290 1105 898 614 719 YRBF800 12 1800 1800 226 494 290 1264 881 734 705 YRBF900 12 2000 2000 250 494 290 1358 916 788 733 YRBF900 12 2240 2240 281 494 290 1471 948 854 759 YRBF900 12 2500 2500 314 495 290 1473 1045 855 836 YRBF1000 12 2800 2800 350 495 290 1607 1073 933 859 YRBF1000 12 3150 3150 393 495 290 1768 1097 1026 878 YRBF1000 12 3550 3550 442 496 290 1537 1419 892 1136 YRBF1000 12 4000 4000 497 496 290 1710 1437 992 1150 YRBF710 16 630 630 88 369 200 1075 368 624 295 YRBF710 16 710 710 99 369 200 1257 353 730 283 YRBF800 16 800 800 112 369 200 1518 327 881 262 YRBF800 16 900 900 123 369 200 1513 372 878 298 YRBF800 16 1000 1000 138 370 200 1087 569 631 456 YRBF800 16 1120 1120 155 370 200 1245 554 723 444 YRBF900 16 1250 1250 161 370 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YRBF500 10 400 400