陳志芳

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司熱電總廠，安徽馬鞍山 243000）

1 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)概述

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)與一般傳統(tǒng)電機(jī)相比，具有明顯的特征：定、轉(zhuǎn)子均為凸極構(gòu)造，由硅鋼片疊壓而成。定子極上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)定子繞組串聯(lián)構(gòu)成一相繞組。轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行遵循“磁阻最小原理”，可以設(shè)計(jì)成多種不同的相數(shù)結(jié)構(gòu)，而且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)也可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成多種不同的搭配。最常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)定轉(zhuǎn)子極數(shù)組合有6/4 極、8/6 極、12/8極。圖1為12/8極磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖?？梢钥闯鲩_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，電機(jī)熱耗主要集中的定子上，易于冷卻，檢修維護(hù)工作量小等特征。

2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的控制系統(tǒng)

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)主要有開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換單元、控制器、位置傳感器及電流檢測(cè)元件5大部分組成，如圖2所示。

功率變換器是連接電源和電機(jī)的單元，主要由整流橋和IGBT 等組成。整流橋把輸入交流電整流成直流電，給電機(jī)提供能量輸入。電路圖見(jiàn)圖3。

圖1 12/8級(jí)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)示意圖

圖3 功率變換器單元電路示意圖

位置檢測(cè)主要通過(guò)位置傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置，根據(jù)檢測(cè)到的位置信號(hào)確定正確的勵(lì)磁相。

控制器是整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的核心，根據(jù)設(shè)定好的控制程序，將檢測(cè)到位置、電流信號(hào)等模擬量與給定量比較，控制功率變換器單元中IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷角度，從而控制電動(dòng)機(jī)的方向和轉(zhuǎn)速。同時(shí)通過(guò)對(duì)控制器控制參數(shù)的設(shè)定，使電機(jī)具有良好的調(diào)節(jié)性能。

3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在汽輪機(jī)射水抽氣系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 汽輪機(jī)射水抽氣系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽輪機(jī)射水抽氣系統(tǒng)的作用是抽出汽輪機(jī)凝汽系統(tǒng)內(nèi)空氣，建立和維持凝汽器真空，降低汽輪機(jī)排汽壓力，提高機(jī)組循環(huán)熱效率。另外汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)也需要抽氣，防止空氣漏入汽缸。

射水式抽氣器是通過(guò)射水泵將工作水從射水箱中抽出，進(jìn)入抽氣器噴嘴，形成高速水流，使抽氣器內(nèi)產(chǎn)生真空，抽出凝汽器內(nèi)的汽、氣混合物，從而保證凝汽器的真空度。顯而易見(jiàn)，如射水泵故障，射水抽氣器停止工作，凝汽器內(nèi)將無(wú)法建立真空。因此射水泵電機(jī)穩(wěn)定高效運(yùn)行是保證汽輪機(jī)射水抽氣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障之一。

3.2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在射水抽氣系統(tǒng)應(yīng)用中的設(shè)備接線

某熱電廠#4 汽輪機(jī)射水泵電機(jī)原采用Y280M-4 型90 kW 普通電機(jī)，該型號(hào)電機(jī)為國(guó)家工業(yè)和信息化部《高能耗落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄（第一批）》中明確淘汰的設(shè)備，為響應(yīng)國(guó)家淘汰落后機(jī)電設(shè)備政策，該廠選用高效開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)對(duì)射水泵電機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，改造后射水泵電機(jī)一次接線如圖4所示。

圖4 射水泵電機(jī)改造一次接線

與普通電機(jī)比較，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，改造中新安裝電機(jī)控制柜，控制柜內(nèi)集中布置開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器、檢測(cè)表計(jì)、電源及控制回路接線端子等設(shè)備。其系統(tǒng)接線如圖5所示。

圖5 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)接線

三相電源進(jìn)線接入控制器的三相電源輸入端，不分相序。為減小開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行擾動(dòng)，系統(tǒng)接線應(yīng)注意：

（1）電機(jī)和控制器柜設(shè)備應(yīng)有良好的接地，接地電阻要求小于4 Ω，接地線引線線徑大于35 mm2。

（2）控制器與電機(jī)連接的動(dòng)力電纜應(yīng)選用屏蔽電纜，屏蔽層應(yīng)良好接地，電纜長(zhǎng)度以不超過(guò)20 m為宜；如距離超過(guò)20 m，應(yīng)適當(dāng)增大導(dǎo)線截面積，并設(shè)輸出電抗器。

（3）控制回路均需采用屏蔽電纜，屏蔽層應(yīng)良好接地，減少運(yùn)行中對(duì)控制器擾動(dòng)。

3.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器參數(shù)設(shè)定

為確保開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)滿(mǎn)足汽輪機(jī)射水抽氣系統(tǒng)運(yùn)行要求，需要對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器參數(shù)進(jìn)行必要的設(shè)定、核對(duì)和校正。

（1）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)參數(shù)設(shè)置檢查。磁阻電機(jī)和控制器為廠家成套供貨，電機(jī)參數(shù)在控制器出廠前已經(jīng)配置好，只需要在電機(jī)第一次啟動(dòng)前對(duì)照電機(jī)銘牌對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行檢查核對(duì)。

（2）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)保護(hù)參數(shù)設(shè)置檢查校核。系統(tǒng)配置有外部故障，過(guò)電壓，欠電壓，三相電流平衡，電機(jī)超速、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)，電機(jī)繞組溫度，IGBT等保護(hù)。在電機(jī)第一次啟動(dòng)前應(yīng)對(duì)保護(hù)參數(shù)設(shè)定進(jìn)行檢查，在電機(jī)試運(yùn)行過(guò)程中，還需要根據(jù)運(yùn)行調(diào)試情況對(duì)保護(hù)參數(shù)進(jìn)行必要的修正。

（3）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)零位檢查。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)首次運(yùn)行前，必須先確定電機(jī)的三相零點(diǎn)位置參數(shù)是否正確，否則電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行，甚至出現(xiàn)震蕩、堵轉(zhuǎn)、過(guò)流現(xiàn)象。脫開(kāi)電機(jī)與負(fù)載之間連接，電機(jī)零點(diǎn)自檢，零點(diǎn)自檢完畢后，確認(rèn)電機(jī)三相零點(diǎn)位置參數(shù)：三相之間任意兩相位置絕對(duì)值相差應(yīng)在允許范圍內(nèi)。需要注意的是：更換控制器或電機(jī)（包括電機(jī)軸承、轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)變壓器）時(shí)需要重新零點(diǎn)自檢。

（4）電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向確定。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)對(duì)電源相序不需要特別約定，只需要在電機(jī)首次啟動(dòng)時(shí)，確定電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)向，通過(guò)修改參數(shù)設(shè)置，調(diào)整電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與泵方向一致即可。

（5）控制方式選擇。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制兩種控制方式。

轉(zhuǎn)速控制模式：電機(jī)實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速始終跟隨設(shè)定轉(zhuǎn)速，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩自動(dòng)跟隨負(fù)載變化而變化。

轉(zhuǎn)矩控制模式：電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變，電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速跟隨負(fù)載變化而變化。在轉(zhuǎn)矩模式控制時(shí)，需要設(shè)置合理的電機(jī)轉(zhuǎn)速上、下限值。轉(zhuǎn)速上限值可設(shè)置到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的1.5倍。

（6）電機(jī)響應(yīng)控制?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置電機(jī)加速時(shí)間和減速時(shí)間參數(shù)，來(lái)控制電機(jī)響應(yīng)。

（7）IGBT 導(dǎo)通區(qū)間設(shè)置。導(dǎo)通區(qū)間參數(shù)設(shè)置不合理會(huì)影響度電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，從而影響電機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨以及系統(tǒng)效率。該參數(shù)在出廠前已經(jīng)設(shè)置好，在機(jī)組調(diào)試過(guò)程中，如出現(xiàn)轉(zhuǎn)速與跟蹤誤差較大時(shí)，可根據(jù)需要進(jìn)行合理修改，直到轉(zhuǎn)速跟隨滿(mǎn)足要求。

（8）PID 控制參數(shù)設(shè)置。根據(jù)機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試情況，通過(guò)對(duì)過(guò)程控制比例系數(shù)，積分系數(shù)，控制過(guò)程調(diào)整周期、過(guò)程輸出限幅等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整修正，以達(dá)到最佳的調(diào)節(jié)效果。

3.4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在射水抽氣系統(tǒng)中的調(diào)整實(shí)例及應(yīng)用效果

汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，凝汽器真空處于變工況運(yùn)行狀態(tài)，汽輪機(jī)的熱負(fù)荷，凝汽器水位，循環(huán)水流量、溫度，射水箱水位、水溫等都會(huì)影響凝汽器真空度，因此射水泵除了保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)外，還需要有良好的調(diào)節(jié)性能，尤其在汽輪機(jī)組啟停過(guò)程中，凝汽器真空變化大，射水泵要有足夠的出力驅(qū)動(dòng)射水抽氣系統(tǒng)滿(mǎn)足凝汽器真空度的要求。而開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)具有高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、過(guò)載能力強(qiáng)、調(diào)速范圍寬、響應(yīng)速度快、效率高等特點(diǎn)，作為射水泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)對(duì)電機(jī)控制參數(shù)合理設(shè)置，滿(mǎn)足射水抽氣系統(tǒng)工藝要求。

（1）根據(jù)工藝調(diào)節(jié)和運(yùn)行監(jiān)視要求，將電機(jī)控制模式選擇為轉(zhuǎn)矩控制模式，即電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變，電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速跟隨負(fù)載變化而變化，汽機(jī)人員可以通過(guò)轉(zhuǎn)速反饋直觀的了解電機(jī)出力，方便運(yùn)行人員根據(jù)凝汽器真空度對(duì)射水泵電機(jī)出力調(diào)整。

（2）根據(jù)凝汽器變工況運(yùn)行及汽輪機(jī)啟停時(shí)對(duì)真空泵電機(jī)負(fù)荷出力要求高的特點(diǎn)，對(duì)電機(jī)響應(yīng)控制及PID 控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和校正。調(diào)試期間，汽輪機(jī)熱負(fù)荷頻繁波動(dòng)，單臺(tái)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)射水泵運(yùn)行無(wú)法維持凝汽器真空，分析原因?yàn)殚_(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)在負(fù)荷變化大時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成射水泵出力調(diào)節(jié)慢，將控制器參數(shù)“轉(zhuǎn)速環(huán)過(guò)程輸出幅值”由出廠設(shè)置的50整定為100，提高開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)，滿(mǎn)足汽輪機(jī)熱負(fù)荷變化對(duì)凝汽器真空的要求。

（3）對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋修正。該型號(hào)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)采用旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的轉(zhuǎn)速數(shù)值與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速有一定誤差，調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這一誤差對(duì)電機(jī)調(diào)節(jié)性能影響較大。通過(guò)對(duì)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速測(cè)定，修正電機(jī)控制器轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，保證控制器反饋轉(zhuǎn)速與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速一致，從而保證電機(jī)更好的調(diào)節(jié)性能。

（4）開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行節(jié)能效果。射水泵原電機(jī)運(yùn)行電流150 A，使用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)后，在相同工況下，實(shí)際運(yùn)行電流120 A，電流降低20%，節(jié)能效果明顯。

4 結(jié)論

通過(guò)利用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)對(duì)汽輪機(jī)射水抽氣系統(tǒng)射水泵電機(jī)的換型改造，經(jīng)過(guò)一年時(shí)間運(yùn)行實(shí)踐，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行可靠，調(diào)節(jié)性能好，維護(hù)量少，并且具有較好的節(jié)能效果。