襄陽源創(chuàng)電氣有限公司小王告訴我們:水泥行業(yè)主要的用電設(shè)備有破碎機、球磨機、輥壓機和風(fēng)機四種，這四種設(shè)備占整個水泥廠耗電量的98%以上，其中破碎機、球磨機和輥壓機在水泥行業(yè)中占耗能 的70%，風(fēng)機占整個能耗的20%左右。這些大型用電設(shè)備能耗高，而在運行中功率因數(shù)過低，存在大量的無功損耗現(xiàn)象。因此，如何有效減少此類大中型繞線電 機造成的無功損耗成為許多水泥廠節(jié)能降耗的關(guān)鍵。尤其是破碎機和輥壓機這類負(fù)載變化幅度大、變化速度快的電機的無功補償更是其中的難點。

 

    2   無功功率補償方式的選擇

 

    目前，國內(nèi)針對繞線式電機的就地無功功率補償方法主要有三種：電機定子側(cè)并聯(lián)電容器、電機轉(zhuǎn)子回路串接 旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相器和電機轉(zhuǎn)子回路串接靜止進(jìn)相器等。這三種補償方式主要適用于電機負(fù)載基本恒定或緩慢變化的場合，對電機負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化劇烈的應(yīng)用場合，卻不能取 得理想的補償效果。而我公司在多年無功功率補償設(shè)備生產(chǎn)的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代微電子技術(shù)、交交變頻技術(shù)、優(yōu)化的PID控制策略等先進(jìn)技術(shù)或理論，自主研 發(fā)的新型變負(fù)載進(jìn)相器，完美解決了突變式負(fù)載工況下的繞線電機就地補償難的問題，同時也能夠?qū)徛?a href="http://www.myjjz.com/index.html" target="_blank">變負(fù)載及恒定負(fù)載的繞線電機進(jìn)行有效的就地補償。

 

    2.1   電機定子側(cè)并聯(lián)電容器

 

    首先，電容補償只是對除電機之外的電網(wǎng)無功進(jìn)行補償，減少電網(wǎng)上無功傳輸量，而對電機的電流、功率因數(shù) 等運行參數(shù)并無任何改變。其次，由于電容器補償量一般固定不變，即使將電容器分級來改變補償量，也不能滿足功率因數(shù)變化頻率高、范圍大、速度快的突變負(fù)載 電機的補償要求。而且電容的運行受諧波的影響較大，電容器在諧波存在的情況下運行會造成過電流和過負(fù)荷，危害電容器的使用壽命。

 

    2.2   電機轉(zhuǎn)子回路串接旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相器

 

    旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機是旋轉(zhuǎn)的，它與電機的聯(lián)接是通過滑環(huán)和碳刷實現(xiàn)的。碳刷怕塵埃，易磨損，壽命短，使旋轉(zhuǎn)式 進(jìn)相機維修量大，需要備用元件，旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機有噪音，會產(chǎn)生火花。旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機的補償量是固定的，不能根據(jù)電機的運行情況調(diào)節(jié)。另外，旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機一般直 接聯(lián)接在電機上，如果旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相機出現(xiàn)故障，會造成電機轉(zhuǎn)子開路運行或停機，維修只能在停機狀態(tài)進(jìn)行，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。

 

    2.3   電機轉(zhuǎn)子回路串接普通靜止進(jìn)相器

 

    普通靜止進(jìn)相器無電容器，無轉(zhuǎn)動部件，不怕灰塵、可靠性高、使用壽命長、維修方便，幾乎沒有聲音，不會 產(chǎn)生火花，沒有電容器和旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相器不足。進(jìn)相器出現(xiàn)故障后可以自動退出運行，通過轉(zhuǎn)接裝置將轉(zhuǎn)子接入起動器，電機可以繼續(xù)運行。電機運行時對進(jìn)相器進(jìn)行 維修，維修好后可以不停機再投入運行，能夠很好的保證生產(chǎn)的連續(xù)性。水泥行業(yè)的球磨機、風(fēng)機等繞線電機，正常運行時負(fù)載比較穩(wěn)定，變化幅度不大，對于這類 電機，用普通靜止進(jìn)相器就可以取得很好的補償效果，故普通靜止進(jìn)相器逐漸被廣大的水泥用戶接受和認(rèn)可。

 

    但普通靜止進(jìn)相器由于補償方式比較單一，補償量基本恒定，在水泥行業(yè)的主要用電設(shè)備的破碎機和輥壓機上 使用時，由于破碎機和輥壓機的負(fù)載變化幅度大、速度快，容易出現(xiàn)兩種極端現(xiàn)象，要么輕載補償不足，要么重載過補，不能夠進(jìn)行有效的跟蹤與補償，故達(dá)不到很 好的補償效果。

 

    2.4   電機轉(zhuǎn)子回路串接變負(fù)載進(jìn)相器

 

    變負(fù)載進(jìn)相器除具有普通靜止進(jìn)相器的全部優(yōu)點外，另具有普通靜止進(jìn)相器所不具有的兩大突出特點：

 

    （1）變負(fù)載進(jìn)相器具有雙單片機控制系統(tǒng)，內(nèi)置多種補償模式，能夠自動跟蹤負(fù)載變化情況，根據(jù)負(fù)載的變化情況自動調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，使其補償效果無論在何種負(fù)載狀況下始終保持在理想的補償狀態(tài)，完全滿足負(fù)載突變工況下的無功補償要求。

 

    （2）能夠?qū)崟r檢測電機負(fù)載的變化，動態(tài)調(diào)整附加在轉(zhuǎn)子上的電動勢幅值，以使電機的功率因數(shù)保持在期望 值上。因此，WVP變負(fù)載進(jìn)相器在水泥行業(yè)破碎機和輥壓機這種變化負(fù)載的工況下，使功率因數(shù)達(dá)到理想的效果，解決了普通靜止進(jìn)相器在這類變化負(fù)載下的補償 不夠或過補的缺陷，使水泥行業(yè)各類繞線電機得到全面理想的補償。

 

    （3）通過特殊的信號采樣電路，能夠檢測電機輕載情況下的低頻轉(zhuǎn)子電流信號。

 

    3   變負(fù)載進(jìn)相器的工作原理

 

    如圖1和圖2所示，變負(fù)載進(jìn)相器利用現(xiàn)代微電子及大功率開關(guān)器件組成交交變頻器，把工頻50Hz的交流 電壓變換為與轉(zhuǎn)子電流頻率相同、相位滯后轉(zhuǎn)子電流90°的補償電壓作為附加電勢，在電機轉(zhuǎn)子回路加入該附加電勢來改變繞線電機轉(zhuǎn)子回路電流和電壓的相位關(guān) 系，進(jìn)而改變電機定子電流和電壓的相位關(guān)系，達(dá)到改變電機功率因數(shù)的目的。同時根據(jù)電機運行功率因數(shù)的大小，實時自動調(diào)整附加電勢的幅值，改變轉(zhuǎn)子電流的 大小，以適應(yīng)負(fù)載的變化，達(dá)到動態(tài)補償功率因數(shù)的目的。

 

    當(dāng)電機在某一負(fù)載下運行時，其轉(zhuǎn)子電流為I2e、定子電流為I1e,向量圖如下所示:

 

    從電機學(xué)我們知道，激磁電流Im由關(guān)系式Im = I1e － I2e，從圖3可得出Im。當(dāng)變負(fù)載進(jìn)相器的電勢疊加在轉(zhuǎn)子回路后，轉(zhuǎn)子電流的相位變?yōu)閳D3中的I2。由于負(fù)載不變，激磁電流Im不變。此時的定子電流 I1由關(guān)系式I1=Im＋I(xiàn)2從圖3可得出I1，如圖所示。從圖3中可以看出I1的功率因數(shù)角和幅值都比I1e小，說明電機的功率因數(shù)得到提高，定子電流 有所下降。

 

    4  變負(fù)載進(jìn)相器的性能特點

 

    1）采用先進(jìn)的交-交變頻技術(shù)和微機控制技術(shù),可靠性高。

 

    2）功率因數(shù)從0.90～0.99可連續(xù)設(shè)置，能自動將電機功率因數(shù)補償?shù)饺我辉O(shè)定值。

 

    3）采用優(yōu)化的功率因數(shù)閉環(huán)控制，使動態(tài)補償精度達(dá)±2%。

 

    4）降低電機定子電流15％～25％，降低線損、銅損20％～40％。

 

    5）電機無功功率降低60%以上。

 

    6）電機的溫升顯著降低，過載能力及效率大為增強。

 

    7）對不同工況的補償適應(yīng)性強于現(xiàn)有補償裝置。采用優(yōu)化功率因數(shù)閉環(huán)控制，動態(tài)響應(yīng)速度快，自動調(diào)節(jié)補償量，從而克服了其它補償裝置所存在的補償效果隨電機電流的波動或負(fù)載變化而變化的不足，其補償精度高、效果好。

 

    8）對不同負(fù)載變化響應(yīng)時間≤2ms。

 

    9）完備的保護(hù)功能：輸出失流保護(hù)、超溫保護(hù)、外部故障輸入保護(hù)和轉(zhuǎn)子缺相保護(hù)等。對每種保護(hù)均有相應(yīng)的故障代碼顯示輸出，方便用戶判斷處理。

 

    10）齊全的聯(lián)鎖功能：開機聯(lián)鎖使條件不具備時，電機不能起動；投入聯(lián)鎖使電機沒有起動完畢時，不能投入；跳閘聯(lián)鎖使電機在WVP出現(xiàn)重大故障時跳閘停機。

 

    11）用戶界面友好，操作方便。結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊、占地面積小。安裝、調(diào)試及日常維護(hù)方便。

 

    12）可廣泛用于冶金、鍛燒、熔融、石油化工、水泥、造紙及制糖等大型高耗能行業(yè)的90-21000KW繞線電機，并特別適用于拖動突變式負(fù)載的電機。

 

    5  變負(fù)載進(jìn)相器在水泥行業(yè)的典型應(yīng)用實例

 

    新疆某水泥有限責(zé)任公司有一臺800KW的高壓電機用在破碎機上，高壓電機參數(shù)如下：

 

    型號YRKK630-8        額定功率800KW         額定電壓10KV

 

    額定電流 60A           轉(zhuǎn)子開路電壓1076.8V    額定功率因數(shù)0.81

 

    轉(zhuǎn)子額定電流445.5A     額定轉(zhuǎn)速742 r/min

 

    這臺用于破碎機負(fù)載的電機，負(fù)載變化量大，電機頻繁工作在輕載或者過載兩種極限狀態(tài)（空載時的運行電流33A，功率因數(shù)為0.5以下，運行電流可到72A，過載量達(dá)到20％，功率因數(shù)為0.87），存在較大的沖擊性電流，電機的運行工況十分惡劣。

 

    由于電機輕載時功率因數(shù)很低，而過載時電機的運行電流超過額定電流較多造成電機的溫度升高，危及電機的可靠性及使用壽命，該水泥公司于2008年7月購買 了其他公司的一臺普通靜止進(jìn)相器，投入使用后發(fā)現(xiàn)輕載時功率因數(shù)不能提高到0.9以上，而且進(jìn)相后電流隨負(fù)載的變化擺動較大，效果不理想，故使用一段時間 后被用戶閑置不用。2009年6月投運了我公司一臺QCVP2－800G進(jìn)相器，編號為20905262。投入進(jìn)相器之后電機輕載時運行電流由33A降至 12A，功率因數(shù)從0.5以下提高到0.98，電機帶載時運行電流從72A降至62A，功率因數(shù)從0.87提高到0.99，電機溫升下降，無過補或欠補現(xiàn) 象存在，使用效益十分顯著，用戶非常滿意。

 

    6   結(jié)束語

 

    對于水泥行業(yè)來說，球磨機、風(fēng)機這類負(fù)載平穩(wěn)的繞線電機使用普通靜止進(jìn)相器即可取得很好的補償效果。而在破碎機、輥壓機這類存在負(fù)載突變的條件下，使用 普通靜止進(jìn)相器往往不能取得佳的補償效果，采用LVP變負(fù)載進(jìn)相器則彌補了普通靜止進(jìn)相器的不足，解決了突變式負(fù)載工況下的繞線電機就地補償難的問題。 通過對水泥行業(yè)大量使用的繞線電機的無功損耗進(jìn)行有效補償，可以降低功耗以節(jié)省電費的支付，提高功率因數(shù)以避免供電部門的罰款，提高設(shè)備利用率以減少電器 設(shè)備的容量增大的投資，降低電機溫升以防止電機過熱燒毀，降低定子電流和提高過載能力以提高生產(chǎn)能力，從而給使用企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

 

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