高频斩波串级调速系统在水泥厂的应用

　　1 引言

　　风机和水泵在国民经济各部门中应用的数量众多，分布面极广，耗电量巨大。据有关部门的统计，全国风机、水泵电动机的耗电量约占全国电力消耗总量的40%左右。目前，风机和水泵运行中还有很大的节能潜力，其潜力挖掘的焦点是提高风机和水泵的运行效率。

　　众所周知，风机、水泵设备是用来输送气、水等流体物质的，在很多情况下，这些流体的流量需要调节控制。在我国，流体流量的调节大多采用为阀门或挡板控制即所谓的全速节流方式实现。由于用阀门或挡板调节时存在节流损失，而且节流增大了管阻，泵和风机往往运行在低效区，加上泵和风机的能耗特性，造成这种调节方式的效率很低。据统计，全速节流调节方式的平均运行效率不到45%。我国有近一半的发电量被风机、水泵所消耗，年耗电量达2万多亿kw·h，而设备的平均运行效率不到45%，比国际水平低20%，存在着严重的能量浪费。因此采用高效节能的运行方式利国利民、势在必行。

　　2005年9月和2006年7月，四川广安腾辉水泥有限公司分别在#1和#2窑尾风机上应用了高频斩波串级调速系统，下文即对应用情况进行介绍和分析。

　　2 sec高频斩波串级调速系统的原理和主要功能

　　2.1 sec系列高频斩波串级调速系统的原理

　　串级调速，即在转子回路中串入可吸收转差功率的附加电动势，通过改变附加电动势的大小，来达到改变转子电流，进而改变电磁转矩和转速的目的。转速在低于同步转速下调整，同时将转子回路的转差功率回收，达到高效节能目的。

　　当在转子回路引入附加电动势ef时的等效电路如图1所示：

　　由此可见，改变附加电动势ef的大小，就可相应改变电机的电磁转矩的大小，进而改变电机的转速。

　　sec高频斩波串级调速系统的原理如图2所示。该系统由启动单元、整流器单元、斩波单元和有源逆变单元组成的。逆变单元的逆变角固定在最小值，产生一恒定的最大附加直流反电势，而等效电势大小的调节由斩波器来完成。

　　2.2 设备构成

　　2.2.1 启动单元

　　启动单元由频敏变阻器(pf)、接触器1km、接触器2km构成。大型电动机，特别是绕线式电动机，起动电流较大，启动时对电网造成较大的冲击。为减少起动电流，使电机平稳起动，在高频斩波串级调速装置中，加设了自动切换的起动装置。在电机起动时，1km闭合，2km打开，电机转子串入三相频敏变阻器pf。频敏变阻器的电阻与流过的电流的频率成正比关系，当电机起动时，电机转速为零，转子电流频率最高，为工频频率，此时频敏变阻器阻值也较高，从而限制了起动电流。随着电机转速的增加，转子电流频率逐渐减少，频敏变阻器阻值也逐渐减小。当电机定子电流低于设定的允许值时，装置自动将2km闭合，切除频敏变阻器，完成起动过程。