摘要：目前各行各業(yè)對(duì)電力資源的需求量越來越大，電力資源供求緊張的問題也逐漸得到凸顯。針對(duì)這種情況，電力資源的節(jié)約已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中必須要考慮的問題。由于風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性為功率、平方轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成正線性關(guān)系，節(jié)能的關(guān)鍵就是降低電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，因此我國(guó)研發(fā)創(chuàng)建了斬波內(nèi)饋調(diào)速，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)能源的節(jié)約。

關(guān)鍵詞：斬波內(nèi)憒調(diào)速；風(fēng)機(jī)節(jié)能；電力資源；電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度；風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK223 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

據(jù)相關(guān)資料顯示，我國(guó)在風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備上對(duì)電力資源的損耗量占據(jù)了全國(guó)總體耗電的四成之多。大部分的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)都采用的是恒速運(yùn)行，僅僅通過操作人員對(duì)風(fēng)門的調(diào)節(jié)和閥門的停開對(duì)工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，效率十分低下，造成了能源的大量浪費(fèi)。對(duì)于風(fēng)機(jī)來說，由于風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性為功率、平方轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成正線性關(guān)系，節(jié)能的關(guān)鍵就是對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行降低，對(duì)此我國(guó)研發(fā)創(chuàng)建了斬波內(nèi)饋調(diào)速，很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)能源的節(jié)約，本文就針對(duì)這項(xiàng)技術(shù)在風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各個(gè)方面進(jìn)行具體的論述和分析。

1 斬波內(nèi)饋調(diào)速

1.1 現(xiàn)狀

這項(xiàng)技術(shù)是由我國(guó)首次提出的，具有獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)并且被廣泛應(yīng)用。斬波內(nèi)饋調(diào)速主要應(yīng)用于需要進(jìn)行節(jié)能的一些風(fēng)機(jī)，這些風(fēng)機(jī)大部分都配置大中容量的高壓交流電機(jī)。現(xiàn)如今，我國(guó)在這項(xiàng)技術(shù)的研究上從各項(xiàng)指標(biāo)來看已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)。相比于傳統(tǒng)的高壓變頻，斬波內(nèi)饋調(diào)速具有價(jià)格更低、效率更高、功率因數(shù)更高、諧波含量更少等諸多優(yōu)勢(shì)。通過一些實(shí)踐證明，采用這項(xiàng)技術(shù)的風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)可靠性更高、節(jié)能效果更加顯著。

1.2 基本原理

實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的內(nèi)饋調(diào)速就是將調(diào)速電機(jī)的電轉(zhuǎn)差功率（即部分轉(zhuǎn)子功率）進(jìn)行轉(zhuǎn)移，之后通過電能的形式來對(duì)電機(jī)內(nèi)部調(diào)解繞組的調(diào)速方式進(jìn)行反饋。其中，軸功率的輸出隨著轉(zhuǎn)子向調(diào)節(jié)繞組反饋的功率的增大而減小。部分轉(zhuǎn)子功率在轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)繞組二者之間進(jìn)行循環(huán)往復(fù)傳遞，效率可以達(dá)到99.8%。內(nèi)饋調(diào)速的最大特點(diǎn)就是傳遞過程中不需要另外的電源供給。

研究人員在該項(xiàng)技術(shù)的原有基礎(chǔ)上做出了改進(jìn)，強(qiáng)調(diào)了電機(jī)調(diào)速的內(nèi)部因素，在電機(jī)的定子設(shè)置了一個(gè)內(nèi)饋繞組，接受電轉(zhuǎn)差的功率。通過安裝一個(gè)有源逆變器使內(nèi)饋繞組處在發(fā)電的工作狀態(tài)，再通過電磁感應(yīng)把功率向電機(jī)定子進(jìn)行反饋，是電機(jī)定子的有效功率和機(jī)械輸出功率基本相持平，從而實(shí)現(xiàn)了高性能的調(diào)速。

斬波內(nèi)饋調(diào)速實(shí)現(xiàn)了低壓（在200～500V范圍內(nèi)）向高壓（6～10kV）進(jìn)行轉(zhuǎn)化，效率較之其他的調(diào)速技術(shù)更高，將斬波和內(nèi)饋兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合。相比于傳統(tǒng)的變頻調(diào)速技術(shù)，內(nèi)饋調(diào)速通過轉(zhuǎn)子來進(jìn)行轉(zhuǎn)速的控制，有效避免了高壓定子控制的問題，安全性大大增強(qiáng)。對(duì)于電機(jī)的尺寸來說，內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)和原有的電機(jī)差異性不大，在安裝時(shí)使電機(jī)恒速運(yùn)行的裝置和內(nèi)饋調(diào)速的裝置形成并聯(lián)關(guān)系，這種安裝方式的優(yōu)點(diǎn)是：在雕塑控制裝置發(fā)生意外的故障時(shí)，電機(jī)上安裝的自動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)將電機(jī)自動(dòng)切換到恒速運(yùn)行狀態(tài)，保證了電機(jī)的持續(xù)運(yùn)行。

1.3 性能特點(diǎn)

該設(shè)備由斬波控制裝置和內(nèi)饋調(diào)速電機(jī)兩部分組成，前者主要包括斬波柜、啟動(dòng)柜和逆變柜，對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和就地控制。

在過去一段時(shí)間范圍內(nèi)，斬波這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于變流主電路中的強(qiáng)電數(shù)字控制，與傳統(tǒng)意義上的移相控制相比，數(shù)字控制克服了前者存在的很多缺點(diǎn)，是行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的先進(jìn)技術(shù)。通過一些實(shí)際數(shù)據(jù)證明，斬波控制這項(xiàng)技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)移相控制存在的諧波畸變大和功率因數(shù)低等問題，保證了觸發(fā)脈沖的固定，從根本上保證了有源逆變器的可靠性。具體控制情況如下：（1）保證有源逆變器的固定保證了逆變的可靠性，同時(shí)再結(jié)合電路的同步和獨(dú)特的觸發(fā)，使逆變角達(dá)到了自動(dòng)恒定，不再需要同步配相和對(duì)相序進(jìn)行調(diào)整；（2）采用有源——斬波逆變器的主電路，保證了系統(tǒng)具備最小電流畸變率和最大功率因數(shù)；（3）具備自動(dòng)軟加速轉(zhuǎn)全速的功能，大大延長(zhǎng)了接觸器的使用壽命；（4）提供了控制恒壓閉環(huán)的自動(dòng)裝置和抗干擾能力極強(qiáng)的遠(yuǎn)方給定；（5）具備軟啟動(dòng)功能；（6）可以顯示無機(jī)械的傳感速度；（7）通過對(duì)繼電器的控制和邏輯操作，使微機(jī)的運(yùn)行更加可靠；（8）具備多項(xiàng)保護(hù)功能：對(duì)欠壓、過流、失波、相序、缺相、過壓、頻敏和順勢(shì)停電等多項(xiàng)的保護(hù)；（9）斬波主電路中增加DCL吸收電路，避免了因斷電產(chǎn)生的電壓過充問題；（10）具備很高的可靠性和很強(qiáng)的靠干擾能力。

1.4 技術(shù)特點(diǎn)

斬波內(nèi)饋調(diào)速實(shí)現(xiàn)了斬波控制和內(nèi)饋電機(jī)的有效結(jié)合。斬波這項(xiàng)技術(shù)是最佳的電機(jī)控制技術(shù)，內(nèi)饋電機(jī)則需要電力和電子控制進(jìn)行相互配合進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。斬波器在整個(gè)系統(tǒng)中的作用就好比是一個(gè)高速開關(guān)，按照一定的周期和頻率進(jìn)行關(guān)斷和接通，通過對(duì)斬波占空比的控制來對(duì)逆變電流進(jìn)行調(diào)節(jié)工作。對(duì)于逆變電流的控制在一定程度上也間接性地實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)饋繞組功率和電流的控制，最終達(dá)到內(nèi)饋調(diào)速的目的，同時(shí)使內(nèi)饋調(diào)速不受移相控制的影響，形成內(nèi)饋+斬波的最優(yōu)組合。斬波內(nèi)饋調(diào)速這項(xiàng)技術(shù)主要是針對(duì)于風(fēng)機(jī)一類的產(chǎn)品而專門設(shè)立的，調(diào)速往往是針對(duì)于電機(jī)來進(jìn)行的，而內(nèi)饋?zhàn)饔弥饕w現(xiàn)在對(duì)調(diào)速內(nèi)因的充實(shí)上，這項(xiàng)技術(shù)的根本實(shí)質(zhì)就是用數(shù)字控制來代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的移相控制，使技術(shù)的可靠性大大增強(qiáng)。

2 斬波內(nèi)饋調(diào)速技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)的積極影響

通常情況下我國(guó)普遍應(yīng)用的風(fēng)機(jī)種類是高效離心風(fēng)機(jī)，但這種風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的效率卻非常低，主要是因?yàn)椋海?）運(yùn)行點(diǎn)和風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)相差較遠(yuǎn)；（2）風(fēng)機(jī)本身的調(diào)速性能較差。一旦風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行和風(fēng)壓的裕度使風(fēng)機(jī)運(yùn)行的工況點(diǎn)和實(shí)際設(shè)計(jì)高效點(diǎn)出現(xiàn)偏差，就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率很大程度的下降。對(duì)于采用風(fēng)門調(diào)節(jié)方式的風(fēng)機(jī)來說，當(dāng)以上這種偏離度到達(dá)10%時(shí)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率會(huì)下降8%左右；當(dāng)偏離度分別達(dá)到20%和30%時(shí)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率會(huì)下降20%和30%以上，這種情況對(duì)于采用風(fēng)門調(diào)節(jié)方式的風(fēng)機(jī)來說不可避免。提高風(fēng)機(jī)本身的調(diào)節(jié)方式就是提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率的一種有效方法。圖1就是離心式風(fēng)機(jī)在不同的調(diào)節(jié)方式下相關(guān)能耗特性曲線：

3 斬波內(nèi)饋調(diào)節(jié)技術(shù)在風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)節(jié)中的實(shí)際應(yīng)用

攀枝花鋼城集團(tuán)米易白馬球團(tuán)有限公司于2012年對(duì)三臺(tái)高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了節(jié)能技術(shù)的改造，在設(shè)計(jì)時(shí)選取了高壓斬波內(nèi)饋電機(jī)用來進(jìn)行節(jié)能控制，通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。這種方法使由風(fēng)機(jī)入口處的擋板記錄產(chǎn)生的阻力大大降低，進(jìn)而避免了能量的損耗，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速的降低，也使風(fēng)機(jī)本身的耗電量大大減少。同時(shí)，在電機(jī)中安裝斬波內(nèi)饋調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)軟啟動(dòng)的控制，很好地解決了節(jié)流運(yùn)行過程中和大功率電機(jī)的直接啟動(dòng)可能出現(xiàn)的問題。下表1代表著采用新技術(shù)后能耗的對(duì)比：

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，和傳統(tǒng)的高壓變頻技術(shù)相比，斬波內(nèi)饋調(diào)速這項(xiàng)技術(shù)不僅調(diào)速效率更高，而且造價(jià)低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資回收期更短，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，是實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能的一種有效手段，具備很大的潛力。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)一步提高，人們對(duì)于節(jié)能的意識(shí)也隨之得到了增強(qiáng)，斬波內(nèi)饋調(diào)速這項(xiàng)技術(shù)在未來勢(shì)必會(huì)有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 張曉東，趙勝利，李明星.高壓大功率內(nèi)反饋串調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[J].儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)，2011，（2）.

[2] 孫祖明.內(nèi)反饋電機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)的研究[J].電子世界，2012，（8）.

[3] 朱艷麗，劉滬紅.離心通風(fēng)機(jī)常用調(diào)節(jié)方法及經(jīng)濟(jì)性比較[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2011，（1）.

[4] 朱大偉，朱良松，劉祥.330MW燃煤鍋爐一次風(fēng)機(jī)的節(jié)能改造[J].電站輔機(jī)，2011，（1）.

作者簡(jiǎn)介：陳武強(qiáng)（1981-），男，四川彭州人，攀枝花鋼城集團(tuán)米易白馬球團(tuán)有限公司助工，研究方向：電氣冶金。

（責(zé)任編輯：陳 倩）