試論內反饋高頻斬波調速裝置在水廠輸水泵一托二使用

胡建良　張云昌　沈德龍

摘要：文章講述了內反饋高頻斬波調速原理、性能特點、運行情況，對水廠循環水泵使用內反饋斬波調速裝置一托二運行方式在現實中的使用情況與實際節電效果進行了分析。

關鍵詞：水電阻軟啟動；內反饋斬波；一托二運行方式；節能

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）09-0057-03

杭州余杭水務有限公司是集供排水、營業銷售、管線安裝于一體的綜合性中型供水企業，承擔著為杭州市余杭區875平方公里范圍的供水重任，目前公司供水區域內總供水規模為85萬立方米/日，作為余杭水務有限公司下屬運河分公司，供水制水能力到現在的12萬噸/日，供水范圍為臨平城區、運河街道、余杭經濟開發區，為了適應現代化水司的建設，公司把確保安全供水和提高產品質量、對外服務質量作為中心工作來抓，確立了“科學管理，確保優質供水，誠信服務，力求顧客滿意”的服務質量目標。

1 內反饋斬波調速裝置介紹

現在主要采用的是SSC-F5000系列高壓內饋式高頻斬波調速裝置與相應的YRCT系列高壓內反饋調速三相異步電動機配套組成調速系統，這種系統對拖動水泵、風機類負載使用具有良好的效果，能夠實現平滑無級調速，是一種高效節能產品，對于不同的情況，能夠使節電率達到20%～50%。

該系統將電機轉子電壓經整流變為直流電壓，當斬波器導通時轉子電流被斬波器短路，形成軸功率；當斬波器開路時，轉子直流電流經有源逆變器反饋到電機反饋繞組，形成轉差功率，通過改變斬波器的占空比，從而調節軸功率和轉差功率的比例，即能改變電機轉速。

內反饋電機是在原繞線式電機的定子上增加了一個反饋繞組，從而去掉了龐大的反饋變壓器，提高了系統效率，它具有高效、良好的調速性能，與普通的繞線機具有互換性。

2 內反饋斬波調速裝置工作原理

2.1 基本工作原理

高頻斬波部分是一個BOOST升壓電路，在斬波電路穩定工作時，對于某一個占空比D，輸入電壓Ui與輸出電壓UC之間，有方程式：

Ui=UC（1-D） （1）

轉子電勢為SE20，在轉子整流電路電壓平衡時，忽略二極管壓降，暫不考慮整流電路的換相重疊壓降，有方程式：

KuvSE20=Ui+IdR （2）

式中：

Kuv——轉子電路整流系數

S——轉差率

E20——轉子電路開路電壓

Id——整流電流

R——等效的轉子整流電路及斬波電路總電阻

2.2 內饋式高頻斬波調速裝置

在內反饋電機的轉子電路中，通過斬波器高頻PWM調制調節大功率電子開關的開通和關斷時間的比率，改變串入轉子回路的等效電勢的大小，從而改變轉子電流來調節轉速，并通過變流器和反饋繞組將轉差功率回饋到電網，達到高效調速節能的目的。

2.3 調速節能的方法

通過內反饋高頻斬波調速裝置將電機的轉速調下來，完全打開閥門，不使多余的能量無謂地消耗在閥門上（原技術是在電機工頻運行狀態下通過調節閥門或擋板來粗略地滿足工業要求，浪費大量的電能），在滿足工藝的前提下，將電機的實際使用功率降到最小，從而實現了調速節能的目的。內反饋高頻斬波調速是所有調速中效率最高的一種調速方案。

3 內反饋斬波調速裝置的組成與操作

內饋電機高頻斬波調速系統由線繞式內饋調速電機及調速裝置組成。

（1）內饋調速電機與普通線繞電機相比，除有定子繞組及轉子繞組外，在定子槽內，增添了一個反饋繞組，取代串級調速裝置中的外饋變壓器。

（2）內饋電機高頻斬波調速裝置由水電阻軟啟動裝置、轉子整流器、高頻斬波器、晶閘管相控逆變器及DSP控制器組成。

軟啟動單元由水電阻軟啟動器（ZYQ）、接觸器KM1（KM3）、接觸器KM2（KM6）構成。水電阻軟啟動器的一般啟動電流控制為額定電流的1.1～1.3倍。

調速裝置大量采用最新及成熟的技術、科研成果及新器件、新材料如大屏幕彩色液晶觸摸屏，全中文操作界面；內置高速西門子PLC實現邏輯控制；DSP數字信號處理器實現了斬波器電流閉環和速度閉環控制；系統具有RS485和RS232通訊接口，可以方便地實現遠/近程計算機控制，同時可以方便地實現與用戶端DCS的遠方操作。

調速裝置可以實現兩臺電機的不同運行狀態，主要實現以下運行狀態：

（1）當負荷輕時，可以根據需要對單臺電機進行啟動，并調進入調速運行。

（2）當負荷增加時，如果一臺電機不能滿足生產要求，此時就可以將調速的設備轉到全速，然后通過人機界面切換到另一臺電機上，啟動電機，然后再根據需要對其中的設備進行調速來滿足恒定的水壓，從而達到生產要求。

電機的切換過程與轉換狀態，可以看到設備的狀態切換主要由接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8來完成。

現在我們將兩臺電機分別定義為：M1和M2。啟動電機操作如下：

（1）首先通過K1、K2轉換開關進行啟動電機的選擇，例如：當啟動M1時，就將轉換開關轉到K1位置，此時接觸器KM1將會吸合，做好啟動備好狀態，其他接觸器全部處于斷開狀態（M2電機的接觸器全部處于斷開狀態），將啟動到全速時，接觸器KM2、KM4將會吸合，此時一臺設備就可以滿足生產要求，將M1進行調速運行，在轉到調速狀態運行時，KM1和KM2將全斷開，KM3和KM4將會吸合，設備此時就可以調整轉速來滿足恒壓供水。

（2）如果一臺設備不夠，還要啟動另一臺電機，此時要將M1電機轉到全速狀態，然后將轉換開關旋到K2位置，這時M1電機的接觸器只有KM2處于吸合狀態，KM1、KM3和KM4全部處于斷開狀態，M2的接觸器KM5處于吸合狀態，KM6、KM7和KM8處于斷開狀態，做好M2電機的啟動備好狀態，當M2啟動到全速時KM6和KM8吸合，KM5和KM7處于斷開狀態，此時M2電機就可以轉換到調速狀態，如果需要將M1電機轉調速，將轉換開關旋到K1即可。K1、K2即為所控電機的轉換開關。

（3）當需要停機時，DCS發出分閘信號，此時K1和K2的轉換開關在哪個位置就將會停哪臺電機。

（4）通過這樣的方式，可以進行兩臺電機的切換來滿足生產要求，這樣兩臺高壓電機就可以單獨或并聯運行來實現恒壓供水的調節。

內反饋高頻斬波調速裝置采用先進的數字控制，實現了全自動控制。

4 顯著特點

該產品具有電網快切功能、高壓停電保護功能、不停電機檢修裝置功能等，功能齊全。

4.1 電網的快切功能

“科祺”產品在快切時，電機維持調速狀態，不轉全速，提高了系統的可靠性。內反饋串級調速裝置和內反饋可控硅斬波（SCR）調速無此功能，快切時須轉全速，同時要燒熔斷器和可控硅。

4.2 高壓停電保護

“科祺”產品在停電時，能平穩停車，提高了設備的可靠性。內反饋串級調速裝置和內反饋可控硅斬波（SCR）調速無此功能，高壓停電時，要燒熔斷器和可

控硅。

4.3 節電率高

在綜合節電率方面，內反饋斬波調速比高壓變頻器多節電3%～7%。一般節電率達到20%～50%。節電回收期短，一般在一年左右。

5 日常維護工作

為了更全面地保護設備，讓一些基本故障能夠在設備上得以顯示，所以對于人機界面的設計必須格外注意，一個合理的設計能夠使日常維護工作比較簡單。再就是對人機接口的電流、電壓值要做到24小時監控，如果有任何報警，一定要引起高度重視。

參考文獻

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[4]菲茨杰拉德.電機學（第六版）[M].北京：電子工業

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（責任編輯：周 瓊）