時間:2009-03-30 16:54:40來源:yangliu
圖3 功率單元原理框圖[/align]
來自主控制器的控制光信號,經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換,送到控制信號處理器,由控制電路處理器接收到相應(yīng)的指令后,發(fā)出相應(yīng)設(shè)的IGBT的驅(qū)動信號,驅(qū)動電路接到相應(yīng)的驅(qū)動信號后,發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動電壓送到IGBT控制極,操作IGBT關(guān)斷和開通,輸出相應(yīng)波形。
功率單元中的狀態(tài)信息將被收集到應(yīng)答信號電路中進行處理,集中后經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換器變換,以光信號向主控制器發(fā)送。
?。ㄈ?、高壓變頻器運行原理:
高壓變頻器的每個功率單元相當于一個三電平的二相輸出的低壓變頻器,通過疊加成為高壓三相交流電,以6KV變頻器為例,論述:6KV輸出電壓的變頻器,每相有6個功率單元相串聯(lián)。單元的輸入電壓為三相600V,輸出則為單相577V,單元相互串聯(lián)疊加后可輸出相電壓3464V。當變頻器輸出頻率為50HZ時,相電壓為13階梯波,如下圖所示。圖中UA1 … UA6分別為A相6個功率單元的輸出電壓,疊加后為變頻器A相輸出電壓UA0。圖中顯示出了生成PWM控制信號時所采用A相參考電壓UAr,可以看出UA0很好地逼近UAr。UAF為A相輸出電壓中的基波成分。
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圖3 相電壓回路疊加波形[/align]
由于變頻器中點與電動機中性點不連接,變頻器輸出實際上為線電壓,由A相和B相輸出電壓產(chǎn)生的UAB輸出線電壓可達6000V,為25階梯波。如下圖所示,為輸出的線電壓和相電壓的階梯波形,UAB不僅具有正弦波形而且臺階數(shù)也成倍增加,因而諧波成分及dV/dt均較小。
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圖4 線電回路疊加波形[/align]
?。ㄋ模?多電平單元串聯(lián)疊加型變頻器的三相波形輸出質(zhì)量:
高壓變頻器在運行后,將輸入的工頻的三相高壓交流電轉(zhuǎn)化為可以進行頻率可調(diào)節(jié)的三相交流電,其電壓和頻率按照V/F的設(shè)定進行相應(yīng)的調(diào)節(jié),保持電機在不同的頻率下運行,而定子磁心中的主磁通保持在額定水準,提高電機的轉(zhuǎn)換效率,在下圖中是在現(xiàn)場運行時,經(jīng)過PT采集的電動機三相輸入波形:
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圖6 液力耦合器的基本構(gòu)造[/align]
泵輪和渦輪相對安裝,統(tǒng)稱為工作輪。在泵輪和渦輪上有徑向排列的平直葉片,泵輪和渦輪互不接觸。兩者之間有一定的間隙(約 3mm 一 4mm ) ;泵輪與渦輪裝合成一個整體后,其軸線斷面一般為圓形,在其內(nèi)腔中充滿液壓油。
?。ǘ┮毫︸詈掀鞯陌惭b方式:
液力耦合器的輸入軸與電動機聯(lián)在一起,隨電動機的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,是液力耦合器的主動部分。渦輪和輸出軸連接在一起,是液力耦合器的從動部分,與負載連在一起。其結(jié)構(gòu)示意圖如下:
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圖7 液力耦合器安裝圖[/align]
在安裝時,液力耦合器安裝在電動機與負載之間,通常由于負載較大,且與其它設(shè)備有聯(lián)鎖,采用將電機后移方案,在改造方案中需重新做電機的基礎(chǔ)。
?。ㄈ┮毫︸詈掀鞯墓ぷ髟恚?
電動機運行時帶動液力耦合器的殼體和泵輪一同轉(zhuǎn)動,泵輪葉片內(nèi)的液壓油在泵輪的帶動下隨之一同旋轉(zhuǎn),在離心力的作用下,液壓油被甩向泵輪葉片外緣處,并在外緣處沖向渦輪葉片,使渦輪在受到液壓油沖擊力而旋轉(zhuǎn);沖向渦輪葉片的液壓油沿渦輪葉片向內(nèi)緣流動,返回到泵輪內(nèi)緣,然后又被泵輪再次甩向外緣。液壓油就這樣從泵輪流向渦輪,又從渦輪返回到泵輪而形成循環(huán)的液流。液力耦合器中的循環(huán)液壓油,在從泵輪葉片內(nèi)緣流向外緣的過程中,泵輪對其作功,其速度和動能逐漸增大;而在從渦輪葉片外緣流向內(nèi)緣的過程中,液壓油對渦輪作功,其速度和動能逐漸減小。液壓油循環(huán)流動的產(chǎn)生,是泵輪和渦輪之間存在著轉(zhuǎn)速差,使兩輪葉片外緣處產(chǎn)生壓力差。液力耦合器工作時,電動機的動能通過泵輪傳給液壓油,液壓油在循環(huán)流動的過程中又將動能傳給渦輪輸出。液壓油在循環(huán)流動的過程中,除受泵輪和渦輪之間的作用力之外,沒有受到其他任何附加的外力。根據(jù)作用力與反作用力相等的原理,液壓油作用在渦輪上的扭矩應(yīng)等于泵輪作用在液壓油上的扭矩,這就是液力耦合器的工作原理。
(四)、液力耦合器的調(diào)速方法:
液力耦合器在實際工作中的情形是:電動機驅(qū)動泵輪旋轉(zhuǎn),泵輪帶動液壓油進行旋轉(zhuǎn),渦輪即受到力矩的作用,在液壓油量較小時,當其力矩不足于克服載的起步阻力矩,所以渦輪還不會隨泵輪的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,增加液壓油,作用在渦輪上的力矩隨之增大,作用在渦輪上的力矩足以克服負載起步阻力而起步,其液壓油傳遞的力矩與負載力矩相等時,轉(zhuǎn)速隨之穩(wěn)定。負載的的力矩和轉(zhuǎn)速成平方比,當隨著液壓油量的增加,輸出力矩加大,渦輪的轉(zhuǎn)速隨之加大,達到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。
液力耦合器的工作時,其力矩與速度之間的變化,如圖所示的速度矢量圖。
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圖8 液力耦合器速度矢量圖[/align]
油液螺旋循環(huán)流動的流速 VT 保持恒定, VL 為泵輪和渦輪的相對線速度, VE 為泵輪出口速度, VR 為油液的合成速度。渦輪高速轉(zhuǎn)動,即輸出和輸入的轉(zhuǎn)速接近相同時小,而合成速度 VR 與泵輪出口速度之的夾角很大,這使液流對渦輪很小,這將使輸出元件滑動,速度降低。當將油液量加大,相對速度 VL 和合成速度 VR 都很這就使液流對渦輪葉片的推力變得直到有足夠的循環(huán)油液對渦輪產(chǎn)生足夠的沖擊力,輸出轉(zhuǎn)速變高。
?。?液力耦合器的轉(zhuǎn)換效率:
液力耦合器調(diào)速原理表明,傳動速度的改變,實質(zhì)是機械功率調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此液力耦合器輸出轉(zhuǎn)速的降低,實際是輸出功率減小。在調(diào)速過程中,液力耦合器的原傳動轉(zhuǎn)速沒有發(fā)生變化,假設(shè)負載轉(zhuǎn)矩不變,原傳動的機械功率也不變,那么輸入與輸出功率的差值功率那里去了呢,顯然是被液力耦合器以熱能形式損耗掉了。設(shè)原傳動功率為PM1,輸出功率為PM2,損耗功率則為
由以上公式說明液力偶合器是一種耗能型的機械調(diào)速裝置,調(diào)速越深(轉(zhuǎn)速越低)損耗越大,對于平方轉(zhuǎn)矩負載,由于負載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化,原傳動輸入功率則按轉(zhuǎn)速的平方率降低,損耗功率相對小一些,但輸出功率是按轉(zhuǎn)速的立方率減小,調(diào)速效率仍然很低。同時在運行中耦合器排油溫度高一般勺管位置是在50%左右最高,因為這時渦輪中的油有一半,渦輪與泵輪介面摩擦產(chǎn)生熱量大,勺管位置低時渦輪中油少,泵輪與渦摩擦產(chǎn)生的熱量雖然大,冷油器可以冷卻,勺管位置高時滑差率小,所以排油溫度不高一般偶合器的工作冷油器的冷卻水門是不調(diào)節(jié)的,故而低轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生的熱量是可能通過冷油器帶走的,故而隨著轉(zhuǎn)速的升高,工作油溫是不斷增加的。但隨著轉(zhuǎn)速的提高,工作油的循環(huán)量也增加了,因此工作油有一個高溫點,在高溫點,液力耦合器的損耗最大。
?。ㄆ撸?液力耦合器的性能特點:
?。?) 應(yīng)用范圍:
l 調(diào)速范圍寬,可實現(xiàn)從零調(diào)節(jié)。
l 沒有電氣連接,可工作于危險場地,對環(huán)境要求不高。
?。?)技術(shù)成熟:
l 結(jié)構(gòu)簡單,操作方便。
l 多年研究,結(jié)構(gòu)合理。
l 全部國產(chǎn)化,維修方便。
(3)性能指標:
l 價格便宜,對精度要求低
l 能量轉(zhuǎn)換效率低。
l 結(jié)構(gòu)簡單,故障率低。
l 運行時需加專用的冷卻系統(tǒng)。
l 液壓油老化后定時更換。
四、變頻裝置和液力耦合器的優(yōu)缺點比較:
?。ㄒ唬?、節(jié)能效果:
1、 變頻裝置節(jié)能效果好,功率因數(shù)高
2、 液力耦合器節(jié)能效果低,在低速時,有近3/4的能量被浪費。大容量的設(shè)備還應(yīng)添加水冷系統(tǒng)。
?。ǘ?、安裝方式:
1、 變頻裝置安裝方便,電機和負荷不動,將其加入電源側(cè)即可。
2、 液力耦合需裝在電機和負荷中間,在安裝時需將電機移位方能安裝。
?。ㄈ踩裕?
1、 變頻裝置在出現(xiàn)問題后,可以進行旁路的方式運行。
2、 液力耦合器出現(xiàn)間題后,必需停機維修。
?。ㄋ模?、運行精度:
1、 變頻運行精度高,可以實現(xiàn)精確調(diào)節(jié),速度是由輸出頻率限定,當負荷出現(xiàn)波動時,轉(zhuǎn)速不變。
2、 液力耦合器靠油量和負荷的拉動調(diào)速,調(diào)速精度低,當負荷變化時,轉(zhuǎn)速隨之變化。
?。ㄎ澹⒕S護費用:
1、 變頻調(diào)速維護費用低,在設(shè)備正常運行時無消耗品。
2、 液力耦合器在運行一定時間后,對液壓油進行更換。
?。?、操作性:
1、 變頻調(diào)速操作復(fù)雜,需要對操作人員進行專門的培訓(xùn)。
2、 液力耦合器操作簡單,方便。
(七)、經(jīng)濟性:
1、 變頻調(diào)速裝置價格昂貴。
2、 液力耦合器價格便宜。
五、高壓變頻器和液力耦合器的實際應(yīng)用:
在黑龍江某發(fā)電廠在10號爐的引風機上用液力耦合器運行,在13號爐的引風機上采用是高壓變頻裝置進行調(diào)速。10號爐和13號爐都是同型號的100MW機組,其引風機用容量是630KW的異步電動機進行拖動。
?。ㄒ唬⒏邏鹤冾l器運行的數(shù)據(jù):
13號發(fā)電機組有功負荷工況下,引風機拖動電動機分別在旁路、調(diào)速運行工況時,實際測量了電機的電流、電壓和功率因數(shù),并計算消耗的電量:
1、50MW負荷












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