高壓電機節能控制技術

2022-04-04 14:48:16 字數 4559 閱讀 8222

1、風機水幫浦優化節能控制方案

1.1、據20世紀90年代初的粗略統計,我國風機、水幫浦的總耗電量約佔國家總發電量的30%;據21世紀初的一項統計,我國電動機驅動用電約佔總發電量的2/3,其中約一半用於風機、水幫浦和壓縮機(其中壓縮機用量較小)的驅動。這2個資料比較接近,都說明了風機及水幫浦使用量大、面廣的基本情況。風機的本體效率大致為80%(國際先進水平為80%一85%)。

所謂本體效率是指風機本身單獨執行時可能達到的效率,或風機在風機生產廠家試車台上的效率。2023年原機械工業部節能中心提出,對於機號大於10(即風機葉輪直徑大於1 m)、中等壓力係數的大部分風機,其出廠效率應達到78%~83%。而實際系統執行效率或**效率僅為30%一40%。

1.2、可實現的控制方案

● 恆壓強控制

● 恆流量控制

● 一拖多控制

● 多級聯控制

● 多迴路控制

1.3、控制系統組成

● 採用工業控制匯流排及工業乙太網

● 選用國際品牌控制器及先進控制演算法

● 選用國際品牌感測器及變送器

● 可實現本地及遠端監控

2、空壓機優化節能控制方案

空氣壓縮機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內進行壓縮並使壓縮的氣體具有一定壓力的裝置。在各種行業中它擔負著為工廠中所有氣動元件,各種氣動閥門提供氣源的職責。空壓機的能源消耗很大,它佔到總消耗的77%,其次是維護費用,佔到總消耗的18%,而裝置投資只佔到總成本的5%。

空壓機的電耗是十分驚人的。因此找到空壓機耗能的原因,有針對性的解決,才能進行能效的提高。為了保持壓縮機經濟執行,充分發揮壓縮機組的潛能,需要對其優化調節。

2.1電氣聯鎖控制技術

避免電動機的頻繁啟停。由於空壓機的空載啟動電流大約是額定電流的5~7倍,對電網及其它用電裝置衝擊較大,電能消耗較大,同時,空壓機的電機使用壽命也會縮短。針對具體應用可優化自動加解除安裝控制技術,

2.2恆壓變頻控制技術

空壓機的恆壓變頻調節控制即通過採集供氣管網壓力訊號的變化,調節變頻器輸出電源的頻率以改變電動機的轉速來控制空壓機單位時間的出氣量,從而達到調節總管管網壓力的目的。

2.3空壓站機群優化控制

為了應對壓縮空氣系統中用氣量、用氣壓力的變化引起管網的流量、壓力不斷變化,壓縮機執行工況不斷調節,以滿足使用者用氣的要求同時保持壓縮機經濟執行,空壓站聯網將成為一種發展趨勢,空壓站機群執行時間的優化控制應運而生。空壓站機群執行時間的優化控制系統可以根據系統的壓力和流量等引數的變化,執行合適數量和容量的空壓機,使盡可能少的空壓機處於部分負荷狀態,同時使平均每台空壓機的執行時間降低,減少空壓機的執行和維護費用。

2.4**調壓控制

針對區域使用者為不同負荷要求不同用氣壓力而以整條管路用氣的最高等級壓力設定進行恆壓控制造成能源浪費,**調壓控制將是一種很好的解決方案。『,**控制由4個基本模組組成。主要包括內部模型、反饋校正、滾動優化計算和參考輸入軌跡等幾部分。

它採用基於脈衝響應的非引數模型作為內部模型,用過去和未來的壓力輸人輸出資訊,根據內部模型,**系統未來的壓力輸出狀態,經過用模型輸出誤差進行反饋校正以後,再與參考輸入軌跡進行比較,應用二次型效能指標進行滾動優化,然後再計算當前時刻應加於系統的控制動作,完成整個控制迴圈。採用**調壓方法獲得空壓機執行狀態與壓縮空氣壓力設定值,達到空壓站管網壓力平衡調節,同時有效避免空壓機解除安裝操作和管路放空操作,達到節能的控制目的。

2.5優化排程控制方法

優化排程策略的實施建立在廠區管網資訊化的基礎上,針對管網負荷的變化,實時調整並保證產氣與供氣的平衡,通過自動化的手段,既保證使用者用氣需求,又避免人為操作過程中的過剩浪費。,基於排序的表現矩陣測度可行解,對所有目標總體表現好壞的向量進行比較。另外引入個體適應度定標保持種群的多樣性,採用自適應變化的方式確定交叉和變異概率。

該演算法通過一次計算即可得到問題的非劣解集,簡化了多目標問題的優化求解步驟。優化演算法的主要步驟有適應度計算、交叉和變異概率計算和最優解儲存策略。最終的結果為各系統的用電量與產氣量的非劣解關係,用於指導全系統或子系統的空壓機執行管理,達到經濟合理的節能目的。

一體化設計

一體化設計,結構緊湊,功率單元採用獨創的功率模組與電容模組分離技術,並將功率模組與電容模組前後布置,為同類產品中體積最小的功率模組,其重量只有26kg,極大提高了空間利用率。

高功率密度

高功率密度,緊湊型設計,更加有效地提高了功率單元內部空間的利用率和散熱效率。

模組化設計

模組化設計,拆裝方便,介面採用快速連線設計,即裝即用,易維護。在更換功率單元時只需拔除光纖,即可抽屜式插拔進行作業。

控制簡單

觸控螢幕操作,良好的人機互動介面。

高功率因數和幾近完美的正弦波輸入電流

在高壓變頻器中,具有相同標號的副邊繞組相位一致,標號不同的副邊繞組之間具有一定的相位差,可以消除電網側的諧波電流,並且能保持接近1的輸入功率因數,極大地改善了電網側電源的質量。下圖為實測高壓變頻器輸入電壓波形和輸入電流波形。

圖1-1 高壓變頻器輸入電壓波形圖1-2 高壓變頻器輸入電流形

幾近完美的正弦波輸出電壓

採用spwm調製控制技術,輸出近似完美的正弦波,輸出波形符合中國國家標準cb/t 14549-93及ieee19-1992電能質量標準的要求。如圖1-3所示。

(1)無需使用任何形式的諧波濾波器或功率補償裝置,消除電機執行的諧波問題。

(2)無電機共模電壓引起的絕緣應力,輸入移相整流變壓器有效地消除變頻器共模電壓對電機的影響。

(3)獨有的spwm控制,確保較小的dv/dt,對電纜長度無嚴格限制。

功率單元相互串接成星型接法輸出給電機供電,通過對每個單元的spwm波形進行重組,可得到階梯pwm波形。這種波形正弦度好,dv/dt小,可減少對電纜和電機的絕緣損壞,無須輸出濾波器就可以使用長度很長的輸出電纜,電機不需要降額使用,可直接用於舊裝置的改造;同時,電機的諧波損耗大大減少,消除了由此引起的機械振動。

(a) 輸入電流波形圖 (b) 輸出電壓波形圖 (c)輸出電流波形圖

圖1-3 輸入與輸出電流波形

100系列高壓變頻器是一種環保節能產品,用在發電廠的高壓電機中可以平均節約電能40%左右。目前,大功率高壓變頻器的使用範圍基本上覆蓋了我國電力、供水、冶金、石油、化工、採礦、煤炭、造紙、建材等諸多主要行業,是其它調速裝置所無法比擬的一種新型高壓交流電動機調速裝置。

1000系列礦井提公升機專用四象限高壓變頻器是採用目前國際上先進的igbt功率單元級聯多電平技術、全數字控制技術、spwm脈寬調變技術,具有完全滿足提公升機獨特的應用工藝要求、高效節能、高功率因數及高可靠性等特點.

1000系列高壓變頻器是根據提公升機應用工藝需要,採用目前國際上先進的igbt功率單元串聯多電平技術、數字控制技術、spwm脈寬調變技術和afe有源前端控制技術等最新科技成果研製而成的高壓電機節能調速系列產品。具有高效節能、高功率因素及高可靠性等特點。產品的整體技術效能居世界同期先進水平。

1000系列變頻器採用igbt變頻功率單元串聯多重化疊加技術,屬於高-高電壓源型變頻器,高壓直接輸入輸出,無需輸出變壓器,效率高,輸出頻率範圍寬。

1000系列變頻器實現了電機的軟起動,起動電流小,而且可以連續調速,選擇最佳速度,還可根據使用者的速度曲線圖完成自動控制,既節約了能源,又提高了生產效率。

1000系列變頻器可以實現遠端監控和網路化控制,可以和使用者現場靈活連線,滿足使用者的不同要求,採用光纖通訊技術,使系統抗電磁干擾的能力增強,執行更加安全可靠。

表1-1 1000系列高壓變頻器的主要技術指標

高壓變頻器的主電路如圖2-1所示,不同電壓等級串聯級數各不相同,如6kv串聯級數為6級,10kv串聯級數為9級。通過主電路圖,可以直觀的了解變壓器的副邊繞組與功率單元以及各功率單元之間的電路連線方式,具有相同標號的3組副邊繞組,分別向同一功率室(同一級)內的三個功率單元供電。第一級內每個功率單元的乙個輸出端連線在一起形成星型連線點,另乙個輸出端則與下一級功率單元的輸出端相連,依此方式,將同一相的所有功率單元串聯在一起,便形成了乙個星型連線的三相高壓電源,驅動電動機執行。

圖2-1 高壓變頻器主電路拓撲結構圖

根據hvc產品型別不同,功率單元存在如圖2-2所示兩種拓撲結構。

(a) 兩象限型功率單元拓撲結構

(b) 再生制動型四象限功率單元拓撲結構

圖2-2 高壓變頻器產品功率單元拓撲結構圖

1000系列變頻器為提公升機專用變頻器,採用再生制動型四象限功率單元。提公升機重物下放執行時,電動機執行在發電狀態,其能量可以通過功率單元回饋到電網,與傳統的能耗制動相比,更加省電節能。

功率單元採用全控型器件igbt進行整流和逆變,為交直交結構,功率因數高。中間直流迴路採用金屬薄膜電容器儲能,耐過壓能力強、能承受大的波紋電流、有自癒性,壽命遠高於電解電容。

輸入側結構

各功率單元的輸入側由移相變壓器副邊各繞組獨立供電,移相變壓器副邊繞組分為三組,每組構成一相,如前所述形成多級移相疊加的整流方式可以大大改善電網側的電流波形,使其負載下的網側功率因數接近1.

另外由於變頻器副邊繞組的獨立性,從而使每個功率單元的主迴路相對獨立,類似一台常規低壓變頻器,便於採用現有的成熟技術。

輸出側結構

輸出側u、v、w相分別由各功率單元輸出端子相互串聯結成星形接法給電動機供電,通過對每個單元的pwm波形進行重組可得到階梯pwm波形,這種波形正弦度好,dt/dv小,可減少對電纜和電機的絕緣損壞,無須輸出濾波器就可以在輸出電纜長度很長的情況下使用,電動機也不需要降額使用,可直接用於舊裝置的改造;同時,電機的諧波損耗也大大減少,消除了由此引起的機械振動,減小了軸承和傳動部分的機械應力。

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一,選擇題 共10題,每題2分 1.直流電機的勵磁方式分為 d 兩大類。a 自勵,復勵 b.自勵,並勵 c.並勵,串勵 d.他勵,自勵 2.同步發電機是利用 c 原理製造的。a.基爾霍夫定律 b.歐姆定律 c.電磁感應定律 d.電磁力定律 3 非同步電動機轉子速度 b 定子磁場的速度 a.相等 b....

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