一種變頻調速節電技術

電力電子技術是先進制造技術的重要支撐技術之一，它由電力（強電）、電子（弱電）與控制技術交叉復合而成。現代電力電子技術，被世人譽為當代“節能之冠”和“節電之魁”，而變頻技術則是現代電力電子技術的核心。變頻技術的重點是高壓變頻調速技術。以遼寧省為例，近年來每年消費電量都在700多億kW·h，其中電動機耗電量占60%以上，高壓電動機又占電動機耗電量的60%以上。1997年頒布的《中華人民共和國節約能源法》中規定，要大力推廣應用“電力電子節電技術”和“電動機調速節電技術”。針對高壓電動機實施變頻調速則是我國節能技術措施的重中之重。

“面向高壓電動機”的“TG系列高—低壓變頻調速集成裝置”，與國內外高壓電動機變頻調速產品對比，具有高效率、高功率因數、高可靠性，低諧波、低成本、低溫升，施工周期短、投資回收期短等特點。在許多領域都大有作為。

1、面向高壓電動機的TG系列高一低壓變頻調速集成裝置工作原理

本裝置主要由三部分組成：繞組為特殊連接結構的多功能降壓變壓器T；低壓變頻器LF；將原用戶高壓電動機HM通過繞組聯結結構變化、改制而成的特殊低電壓變頻調速電動機HM′，尤其是改制后的電動機HM′和變壓器T是本方案的核心。上述三部分再加上工頻／變頻切換開關Qt、Qf、Qw等實現變頻調速裝置的集成化。

鑒于低壓變頻器的高次諧波一般多接近于5%，而國家標準GB/T14549《電能質量公用電網諧波》針對6～10kV用電設備高次諧波的限定值為4%。TG系列高一低壓變頻調速集成裝置利用繞組為特殊連接結構的多功能降壓變壓器來吸收變頻過程中的高次諧波。故可將高壓側的高次諧波降至2%以下。

改制后的電動機HM′功率不變、外形尺寸不變、絕緣強度不變，定子工作電壓降低。由于工作電壓降低了，絕緣強度又不變，所以電動機HM′的壽命大大增加了。由于外形尺寸不變，現場施工量大大減少了，用戶感到十分方便。改制后的電動機HM′所需要的變頻電壓，是由一臺特制的多功能降壓變壓器T將高壓降至所需要的低電壓，經與之電壓范圍相匹配的低壓變頻器LF提供。

2、面向高壓電動機的TG系列“高一低壓變頻調速集成裝置”具有如下技術特點

1）多功能降壓變壓器采用特殊的連接結構，具有吸收諧波功能。完全達到了國家標準GB/T14549《電能質量公用電網諧波》針對6～10kV用電設備高次諧波的限定值—4%的標準。

2）低壓變頻器LF采用成熟的名牌變頻器，具有工作穩定、可靠，價格低廉等優點；大大提高了本裝置的工作可靠性。

3）原用戶高壓電動機HM通過繞組聯結結構變化后，即可由低壓變頻器進行調速。由于改裝后高壓電動機運行于低壓狀態，這樣可以大大提高電動機的工作壽命，且節約資金，方便施工。

4）由于采用了特殊連接結構的多功能降壓變壓器，改裝后的電動機可直接在工頻下啟動。

5）本變頻技術可滿足不同功率、不同電壓、不同轉數的高壓電動機實現變頻調速需要。

6）安全可靠。裝置采用的多功能變壓器、低壓變頻器、改裝后的高壓電動機均為高可靠耐用設備，加之系統的優化控制和多種保護功能，因而具有高可靠性；變頻控制柜全部采用低壓元器件，頗有安全感。

7）多種控制模式。該系列產品均可實現恒壓控制、變壓控制、手控／自控切換、變頻／工頻切換、短時升頻超速運行等多種控制功能。
8）低成本，短工期。本設備的成本比國內外的“高壓變頻裝置”低20%—30%。施工周期僅為 后者的 1／2－1／4。

3、面向高壓電動機的 “TG系列高一低壓變頻調速集成裝置”的應用效益

該產品已在鐵法市鐵煤集團水暖廠張莊分廠引柴加壓站（6.3KV、220KW供水泵）、營口市自來水總公司三水廠（3kV、230kW供水泵）、沈陽自來水三廠（6KV、630KW供水泵）、取得了十分明顯的經濟效益。

1）節電效果明顯。投資回收期一般為12~~18個月。

2）實現了電動機的軟啟動。電動機的啟動電流可由目前的5～7倍額定電流降低到額定值以下，避免了對電網沖擊和對負載的機械沖擊，從而延長運轉設備的大修期。

3）提高功率因數。可將電動機電源側的功率因數提高到0.96，從而節省無功功率。

4）低溫升，長壽命。該設備通過輸出最佳工作電壓和頻率，使電動機長期低溫、低速運行，從 而延長運轉設備的大修期和使用壽命。

5）減少噪音污染。降低了工作人員的勞動強度。實施變頻后，操作方便省力，降低了工作人員的勞動強度。水泵和電動機實現軟啟動和減速運行后，會顯著降低噪音，進而改善工作環境。

面向高壓電動機的TG系列高一低壓變頻調速集成裝置的應用領域

1、電廠的應用領域
在電廠中高壓電動機數量多，容量大，變頻調速節能潛力巨大。僅風機水泵的耗電量竟占電廠內耗電量的65%以上，是本裝置的第一應用領域。主要應用設備有：排粉機、鼓風機（即送風機）、引風機（即吸風機）、磨煤機；供水泵、循環泵、冷凝泵、灰渣泵等。

以20萬kW發電機組改造為例，宜以三機三泵為改造重點。即：
——送風機。多為1250kW雙機組，多運行在低速段，而且擋板開度只有50%左右，節電潛力可達60%以上，應作為首選改造設備。
——吸風機。多為1500kW左右的雙機組，也多運行在低速段，擋板開度多在60%以下，節電潛力亦有50%左右，宜列為二號改造對象。
——排粉機。多為440kW雙機組，擋板開度多在65%以下，節電潛力約為40%。
——給水泵。單機泵在1500kW左右（適用本高—低壓變頻方案），多機泵共用2000kW及以上的大機組（本變頻方案目前最大功率可達3000kW），節電潛力均可達30%以上。
——循環水泵。也有數百kW，節電潛力約為40%左右。
——冷凝水泵。多為355kW左右的雙機組，節電潛力也為40%左右。

2、熱電廠和各個行業的自備電廠
應用領域與上類同，只是功率較小，同樣應用電動機變頻調速技術節能效益十分明顯。

3、冶金行業
——水廠供水泵；尾渣泵；其它風機、水泵、油泵；壓縮機。

4、石油、化工行業
——輸油泵；注水泵、供水泵、加壓泵。

5、自來水行業
——供水泵，例如調查沈陽市九個供水廠都有變頻調速節能技術改造需求。

6、建材行業
——中大型水泥廠引（吸）風機；大型爐窯引（吸）風機。

7、船舶行業
——機動船改造為電動變頻船，可獲節能和環保雙效益。

8、其他行業
——大型風機高壓電動機；大型水泵高壓電動機；大型壓縮機高壓電動機。