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少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置的制作方法

文檔序號:7435595閱讀:290來源:國知局
專利名稱:少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及高壓電動機,尤其是一種適宜于高壓電動機節(jié)能節(jié)材的少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置。
背景技術(shù)
按照有關(guān)規(guī)定10kV及以上的電壓稱為高壓;10kV以下至1kV稱為中壓,1kV以下稱為低壓。而人們習慣地將3kV、6kV和10kV電壓統(tǒng)稱為高壓,電機廠家統(tǒng)稱3~10kV電動機為高壓電動機,變頻器廠家統(tǒng)稱3~10kV變頻裝置為高壓變頻器。
按照設(shè)計規(guī)范規(guī)定,200kW以上電動機,建議采用高壓電動機。這是因為采用高壓制式可以顯著降低輸電損耗。另則,同等容量的高壓電動機的啟動電流與額定電流之比明顯小于低壓電動機,而啟動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比則明顯大于低壓電動機;高壓電動機采用高等級絕緣,過載能力強,皮實耐用,使用壽命長,在我國諸多領(lǐng)域大量應用。
我國各種電動機的總耗電量約占全國總消費電量的60%以上,其中,高壓電動機與低壓電動機對比,數(shù)量(臺數(shù))比例約為20%∶80%,容量(功率)比例約為60%∶40%。近年來,我國每年總消費電量已突破20000億kW·h,如按電動機的耗電量占全國總消費電量的60%、高壓電動機的耗電量占電動機耗電量的60%、可改造率暫按30%、微觀(單臺)節(jié)電率僅按30%預測,全國宏觀年節(jié)電能力可達20000億kW·h×60%×60%×30%×30%=648億kW·h。相當于新建100萬kW機組、年均運行5000小時的大型發(fā)電廠20座!綜合電價若按平均0.5元/kW·h計算,我國宏觀年節(jié)電價值可達0.5元/kW·h×648億kW·h/a=324億元。
1997年頒布的《中華人民共和國節(jié)約能源法》第三十九條第(二)已明確規(guī)定“發(fā)展電機調(diào)速節(jié)電和電力電子節(jié)電技術(shù)”。其中,電力電子節(jié)電技術(shù)的核心就是變頻技術(shù),變頻調(diào)速技術(shù)則將電機調(diào)速節(jié)電技術(shù)與電力電子節(jié)電技術(shù)融為一體。特別是高壓電動機變頻調(diào)速節(jié)電技術(shù),已經(jīng)成為我國節(jié)能技術(shù)措施中的“重中之重”。
至今,已有的針對高壓電動機所采用的變頻調(diào)速技術(shù)方案主要有以下幾種傳統(tǒng)的高低高壓型。它通過一臺降壓變壓器先將高壓工頻電源變?yōu)榈蛪汗ゎl電源提供給低壓變頻器,再將變頻器輸出的低壓變頻電源通過一臺升壓變壓器變?yōu)楦邏鹤冾l電源,提供給高壓電動機變頻調(diào)速。其缺點是升壓變壓器如果采用普通硅鋼片磁性材料,須加裝輸出濾波器,故成本高;若采用非晶態(tài)磁性材料,成本更高;無論哪一種升壓變壓器,在低頻工況下運行,效率都低,功率因數(shù)亦低,占地面積大。
高高壓型。它通過多支高壓變頻器件串聯(lián)方式,實現(xiàn)高壓頻率直接轉(zhuǎn)換。其缺點是多支高壓器件串聯(lián)采用傳統(tǒng)的均壓方式,可靠性差,故障多,造價高。
多級多重高低高壓型。如圖3所示,它通過一臺特制的多線圈高/低壓移相變壓器GLT,實施高壓工頻電源輸入,多個低壓不同電角度工頻輸出,經(jīng)多級多重低高壓變頻器LGF,將多個變頻單元不同相位的低壓變頻電源疊加成多脈沖的三相高壓變頻電源,提供給普通高壓電動機HM變頻調(diào)速。
鑒于這種多級多重高低高壓型變頻裝置的輸出波形更接近于正弦,高次諧波電壓和電流均較低,而且采用變壓器移相輸出線圈的均壓方式,提高了串聯(lián)高壓器件的可靠性,因而得到了國內(nèi)外用戶的青睞,成為當今世界高壓變頻的主流方案之一,簡稱高壓方案。但存在著以下缺憾(1)普通高壓電動機效率低成本高。這是因為普通高壓電動機HM的絕緣材料占據(jù)了定子鐵心槽窗口2/3以上的空間,例如10kV等級的定子線圈至少要包扎12層云母帶,相對壓縮了導體的有效利用空間,導致槽滿率(占空比)不足1/3。為了達到所需功率,勢必加大槽窗口截面積,通常的設(shè)計原則是選擇大號機座制造。而且,為了適應電網(wǎng)電壓的升級,例如早期的3kV升為6kV,目前的6kV升至10kV,今后為了減少輸電損耗,高壓等級還會進一步升級。總之,高壓電動機的額定電壓越高,絕緣等級也就越高,機座號或者鐵心長度序號越大,效率越低,功率因數(shù)亦低,能耗越大,材耗越大,體積越大,造價越高,運行越不經(jīng)濟。因此,基于低效率高成本的普通高壓電動機的變頻調(diào)速方案,必然走一條低效率高成本的技術(shù)路線。而且,高壓電動機在高壓高頻脈沖下運行,受du/dt、di/dt影響,定子和轉(zhuǎn)子損耗明顯增加,當變頻頻率達到工頻頻率即滿載運行時,電動機往往達不到標稱額定功率,變頻運行溫升也明顯高于工頻工況。
(2)多線圈高/低壓移相變壓器效率低成本高。所用多線圈高/低壓移相變壓器HLT,雖然其輸出線圈的電壓屬于低壓等級,但線圈對地電壓仍系高壓范疇,而且數(shù)量龐大。例如10kV變頻裝置的變壓器至少繞制24組輸出線圈,高壓絕緣材料占據(jù)了變壓器鐵心窗口的相當大的空間。而標準系列的干式變壓器鐵心窗口是裝不下這么多的高壓等級絕緣的低壓線圈,勢必加大鐵心窗口尺寸才能制造這種特殊變壓器,磁路冗長必然加大鐵損,引線又多又長固然加大銅損,與節(jié)能型標準系列變壓器對比,效率下降了3%~5%,制造成本增加了20%~30%。
(3)多級多重低高壓變頻器成本高。例如10kV多重化低高壓變頻器,至少得配置24個750V電壓等級的變頻單元,導致成本高。尤其是10kV、800kW以下,6kV、800kW以下的多級多重低高壓變頻器,因受變頻單元最小功率限制,制造成本居高不下,功率越小,單位kW的成本越高。
(4)產(chǎn)生軸電壓和軸電流,損害軸承。由于變頻器輸出的電壓和電流并非是理想的平滑正弦波,而是由高載頻多重脈沖電壓和電流疊加包絡(luò)合成的準正弦波,受其du/dt和di/dt影響,加上三相變頻輸出電壓不平衡度高達3%左右,必然引起電動機的轉(zhuǎn)子感生軸電壓,通過兩端軸承構(gòu)成放電回路而產(chǎn)生軸電流,招致軸承噪音大,甚至過早損壞。
(5)變頻單元越多,故障概率越大。眾所周知,電子設(shè)備的故障概率取決于元器件的數(shù)量,這就是目前高壓變頻裝置故障較多的主要根源之一。
(6)電壓等級越高,整套設(shè)備體積越大。因為電壓等級越高,高壓電動機HM體積越大,多線圈高/低壓移相變壓器HLT體積越大,多級多重低高壓變頻裝置LHF體積越大,于是,構(gòu)成一個龐大的變頻調(diào)速系統(tǒng),占地面積和空間都大。
前述幾種方案都是基于高壓電動機的變頻調(diào)速技術(shù)方案。
而今,還有幾種旨在淘汰普通高壓電動機的變頻調(diào)速技術(shù)方案。例如內(nèi)反饋型。它是傳統(tǒng)的串級調(diào)速方案的一種改良類型。無論內(nèi)反饋,還是外反饋,都是基于繞線型電動機的變頻調(diào)速方式。其缺點一是繞線型轉(zhuǎn)子因其滑環(huán)和電刷維護麻煩,故障多;二是逆變器件晶閘管載頻低,高次諧波大;況且,高壓內(nèi)反饋調(diào)速電機對比同等容量、同等電壓等級的普通籠型電動機體積大,效率低,成本高,維護量大。
常規(guī)高低壓型。采用變壓器將高壓工頻電源降為低壓壓工頻電源,用普通低壓電動機取代普通高壓電動機實施低壓變頻調(diào)速。因受低壓電動機制造工藝條件所限,其標準系列最大容量一般不超過500kW;定子繞組采用低壓等級絕緣,長期在高載波脈沖電壓和高次諧波峰值電壓下運行,必將加速絕緣老化,乃至發(fā)生擊穿燒毀事故。況且,相同容量的高壓電動機與低壓電動機的底座尺寸亦不同,必須重打基礎(chǔ),更換對輪。如若改用低壓變頻調(diào)速電機,造價又昂貴。
還有兩種利用普通高壓電動機的高低壓變頻調(diào)速技術(shù)方案。例如面向高壓電動機的高低壓變頻調(diào)速集成裝置,由至少一側(cè)繞組為延邊三角形連接結(jié)構(gòu)的降壓變壓器T、低壓變頻器LF、利用普通高壓電動機HM通過繞組聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)變化改制而成的特殊電壓變頻調(diào)速電動機HM′,以及變頻/工頻切換開關(guān)Ct、Cf、Cw所集成。其優(yōu)點是,結(jié)構(gòu)簡單,效率高,功率因數(shù)高,可靠性高,諧波低,成本低,施工周期短。但僅僅通過改接線改壓,往往定子繞組欠壓而達不到電動機的標稱額定功率。
增容型高低壓變頻調(diào)速集成裝置,由提供低壓大容量變頻器LF合理升壓增容的變壓器T、容許過壓10%~15%運行的低壓大容量變頻器LF、利用普通高壓電動機通過變換其定子繞組接線結(jié)構(gòu)及線圈絕緣結(jié)構(gòu)改制而成的增容型低壓變頻調(diào)速電動機HM′,以及低壓變頻/工頻切換開關(guān)Ct、Cf、Cw所集成,其特征在于增容型低壓變頻調(diào)速電動機HM′采用高壓電動機鐵心結(jié)構(gòu);定子繞組采用中壓絕緣結(jié)構(gòu);定子繞組采用低壓接線結(jié)構(gòu);低壓大容量變頻器LF采用輸入電壓補償裝置。其特點屬于高低壓變頻調(diào)速技術(shù)方案。其優(yōu)點是高效率、低成本、可提升普通高壓電動機的額定功率1~3個標準等級、提升通用性變頻器的額定功率0.5~2標準等級、適用低端功率范圍寬等,成為當今高低壓變頻調(diào)速技術(shù)的主流方案。其缺點是(1)電流諧波較大。一般采用三相高壓輸入單副邊6脈沖輸出,電網(wǎng)側(cè)電壓總諧波,雖然遠低于國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的限定值4%,但其電流總諧波值高達30%以上,達不到IEEE519-1992標準規(guī)定的在電網(wǎng)短路電流小于20倍負載電流時諧波電流失真小于5%的要求;即使采用雙副邊12脈沖輸出,其電流總諧波值仍有10%;采用三副邊18脈沖輸出,電流總諧波值小于5.5%,方能基本滿足IEEE519-1992標準的限定值要求。
(2)運行電流大,電纜I2R功耗隨之增加。盡管該方案效率高,電流I的增加值低于低/高電壓的反比值,電纜電流密度取值低,電阻R的減少值大于高/低電壓的正比值,但其I2R損耗仍占變頻輸出功率的2%~3%,約比高壓變頻電纜I2R損耗高1%~2%。當?shù)蛪弘娎|導線截面積超過185mm2時,還將隨之增加電纜費用。
(3)產(chǎn)生軸電壓和軸電流,損害軸承。由于低壓變頻器輸出的電壓和電流也不是平滑的正弦波,而是由高載頻脈沖電壓和電流包絡(luò)合成的準正弦波,受其du/dt和di/dt影響,加上三相變頻輸出電流不平衡度高達3%~5%,導致轉(zhuǎn)子感生軸電壓,通過兩端軸承構(gòu)成放電回路而產(chǎn)生軸電流,招致軸承噪音大,甚至過早損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有高壓電動機變頻調(diào)速方案之不足,提供一種少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,旨在解決前述多級多重高低高壓型變頻調(diào)速器存在的六個缺憾問題。
少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,由提供少級數(shù)多相位低壓工頻電源和中壓工頻電源的少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT、具有升壓增容的少級多重低中壓變頻器LMF、利用6~10kV普通高壓電動機HM通過變換其定子繞組接線結(jié)構(gòu)及線圈絕緣結(jié)構(gòu)而改制成的2.3~6kV增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM,以及中壓變頻/工頻切換開關(guān)W1和W2所集成,其特征在于少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT帶有升壓變頻增容結(jié)構(gòu)和中壓工頻供電結(jié)構(gòu);增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM采用普通高壓電動機HM的鐵心結(jié)構(gòu),定子繞組采用中壓等級絕緣結(jié)構(gòu),非負載端軸承采用絕緣結(jié)構(gòu);少級多重低中壓變頻器LMF采用3~5變頻單元,并具有容許提升輸入電壓增容功能;三相高壓輸入6~10kV,高/中壓比例為1∶(1/√3~1/3),低壓匹配為690~750V。


圖1是本發(fā)明的少級多重增容型低中壓變頻調(diào)速集成裝置電路原理圖。圖2是本發(fā)明增容型中壓變頻調(diào)速電動機非負載端軸承絕緣結(jié)構(gòu)的截面圖。圖3是一種公知的多級多重高低高壓型變頻調(diào)速裝置電路原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本技術(shù)方案作進一步詳細說明。
針對圖3公知的多級多重高低高壓型變頻調(diào)速裝置的低效率高成本的多級多重高低高壓變頻技術(shù)路線,本技術(shù)方案采取高效率低成本的少級多重高中壓變頻技術(shù)路線,變六個弱點為六個優(yōu)點。如圖1所示,少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,由提供少級數(shù)多相位低壓工頻電源和中壓工頻電源的少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT、具有升壓增容的少級多重低中壓變頻器LMF、利用6~10kV普通高壓電動機HM通過變換其定子繞組接線結(jié)構(gòu)及線圈絕緣結(jié)構(gòu)而改制成的2.3~6kV增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM,以及中壓變頻/工頻切換開關(guān)W1和W2所集成,其特征在于少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT帶有升壓變頻增容結(jié)構(gòu)和中壓工頻供電結(jié)構(gòu);增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM采用普通高壓電動機的鐵心結(jié)構(gòu),定子繞組采用中壓等級絕緣結(jié)構(gòu),非負載端軸承采用絕緣結(jié)構(gòu);少級多重低中壓變頻器LMF采用3~5變頻單元,并具有容許提升輸入電壓增容功能。三相高壓輸入6~10kV,高/中壓比例為1∶(1/√3~1/3),低壓匹配為690~750V。
其中,少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT,高壓側(cè)輸入繞組采用延邊三角形自耦式結(jié)構(gòu),一則為少級多重低中壓變頻器LMF提供適度升壓增容電源,二則為變頻器檢修提供電動機中壓工頻電源,實施中壓工頻啟動和工頻運行,使用戶無后顧之憂。調(diào)節(jié)延邊三角形的內(nèi)角與延邊的比例,即可調(diào)節(jié)自耦式結(jié)構(gòu)的變壓比,內(nèi)角的最大化即為三角形(Δ)接法,內(nèi)角的最小化即為星形(Y)接法。高壓側(cè)輸入三相6~10kV,高/中壓自耦變壓比為1∶(1/√3~3),低壓側(cè)輸出為3~5組三相690~750V。
增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM,定子鐵心采用普通高壓電動機的機座型號和鐵心尺寸,定子線圈采用中壓絕緣結(jié)構(gòu),定子繞組采用中壓接線結(jié)構(gòu),出線盒采用中壓等級結(jié)構(gòu)。在原高壓電動機磁通密度不變前提下,可增加其額定功率1~3個標準等級。其非負載端軸承采用絕緣結(jié)構(gòu),用以切斷感生的軸電壓和軸電流閉合回路,從而延長軸承的檢修期和使用壽命。絕緣材料為機械強度高又耐電性能好的陶瓷、聚四氟乙烯、環(huán)氧玻璃絲布絕緣板等,絕緣厚度為0.3~3mm,強度高和軸徑小者取低值,反之亦然。額定變頻/工頻電壓為2300~6000V。
依據(jù)磁通Φ的基本公式Φ=U/4.44fTK其中Φ=B×Sf;B-磁通密度;Sm-磁路截面積;U-電動機額定電壓;T-導體匝數(shù);K-接線常數(shù),普通高壓電動機1路星(Y)接K為1,中壓電動機1路角(Δ)接K為√3,2路角(Δ)接K為2√3。
為保持原高壓電動機的磁通不變,導體匝數(shù)T將隨電壓UK成正比變化,導線截面積將隨電壓UK成反比變化。由于電動機的額定電壓從6~10kV高壓降到2.3~6kV中壓,線圈絕緣隨之減薄,騰出定子槽空間,為適度放大線規(guī)以此增加電動機容量創(chuàng)造有利條件。
少級多重低中壓變頻器LMF,變頻單元的串聯(lián)級數(shù)由10kV高壓變頻模式的≥8級,減少至3級,最多不超過5級。
依據(jù)諧波次數(shù)h的基本公式h=mn±1式中m-脈沖數(shù);n-自然數(shù)。
如3級變頻單元的脈沖數(shù)m為18,18±1為17和19,亦即,17次和19次及以下各次諧波都將得到有效抑制。
少級多重低中壓變頻器LMF額定工頻輸入電壓為690-750v額定變頻電壓為2300~6000V,容許提升電壓并增容5%~25%。在其額定電流不變前提下,通過提升變頻單元輸入電壓可增加變頻功率0.5~2個標準等級。變頻單元實施1路串聯(lián)Y形接線結(jié)構(gòu),在Y形的中點與地線之間接入一支電阻,形成高阻抗接地回路,以降低共模電流幅值,從而提高變頻系統(tǒng)的安全可靠性。
圖2示出本發(fā)明增容型中壓變頻調(diào)速電動機非負載端蓋與軸承之間的絕緣結(jié)構(gòu)截面圖。圖中1為非負載端蓋;2為軸承室定位螺栓;3為軸承外套絕緣;4為軸承止口絕緣,采用機械強度高又耐電性能好的陶瓷、聚四氟乙烯、環(huán)氧玻璃絲布絕緣板等,絕緣厚度為0.3~3mm,強度高和軸徑小者取低值,反之亦然;5為軸承;6為絕緣結(jié)構(gòu)的定位擋板;7為轉(zhuǎn)子軸。絕緣結(jié)構(gòu)絕緣材料置于軸承外套與非負載端蓋之間,絕緣材料置于軸承外套與走位絕緣結(jié)構(gòu)的擋板之間本技術(shù)方案的技術(shù)經(jīng)濟特點本發(fā)明與多級多重高低高壓型變頻裝置對比,在結(jié)構(gòu)原理方面,兩者都采用普通高壓電動機,但前者改用中壓絕緣結(jié)構(gòu)、中壓接線結(jié)構(gòu)、軸承絕緣結(jié)構(gòu),而后者電機原封未動;兩者都采用降壓移相變壓器,但前者采用高/中/低壓繞組結(jié)構(gòu),輸入繞組為延邊三角形自耦結(jié)構(gòu),輸出繞組為少線圈移相結(jié)構(gòu),而后者為多線圈移相結(jié)構(gòu);兩者都采用多重化變頻器結(jié)構(gòu),但前者為少級多重高壓結(jié)構(gòu),而后者為多級多重中壓結(jié)構(gòu)。
在經(jīng)濟效益方面,兩者均具高次諧波電壓和諧波電流低、變壓器移相線圈均壓可靠性高的兩大優(yōu)點,而且本發(fā)明獨具以下特點(1)改制為高效率低成本的增容型中壓變頻調(diào)速電動機。普通高壓電動機HM改制為增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM后,絕緣材料只占據(jù)電動機定子鐵心槽窗口1/2以下,例如3kV等級的定子線圈只要包扎4層云母帶,僅為10kV等級的定子線圈云母層的1/3,相對增加了導體的有效利用空間,使槽滿率(占空比)達到1/2以上。在保持原高壓電動機磁通密度和電流密度不變前提下,可提高其額定輸出功率1~3個標準等級。
表1列出原10kV、800kW普通高壓電動機HM改制為6kV增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM的對比數(shù)據(jù)。其功率增加了兩個標準等級。
表2列出原6kV、300kW普通高壓電動機HM改制為3kV增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM的對比數(shù)據(jù)。其額定輸出功率也增加了兩個標準等級。
表1和表2適宜于現(xiàn)場普通高壓電動機HM實施變頻調(diào)速技術(shù)改造項目,可達到增容節(jié)能等目的。表3和表4適宜于新建項目普通高壓電動機HM變頻調(diào)速工程,可達到增容節(jié)材等目的。
表3列出10kV、800kW普通高壓電動機HM改用6kV增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM的對比數(shù)據(jù)。其額定輸出功率不變,可節(jié)省原材料7.53%,并可降低兩個標準功率等級訂購高壓電動機,從而節(jié)省工程成本。
表4列出6kV、300kW普通高壓電動機HM改用3kV增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM的對比數(shù)據(jù)。其額定輸出功率不變,可節(jié)省原材料14.93%。亦可降低兩個標準功率等級訂購高壓電動機,以減少工程成本費用。
(2)采用高效率低成本的少線圈高/中/低壓移相變壓器。例如3kV高/低壓移相變壓器輸出線圈只消配置9組,比10kV高/低壓移相變壓器減少了5/8,即減少了絕緣材料占據(jù)的鐵心窗口空間,縮短了磁路長度,從而降低了鐵損,引線也少了故降低了銅損,效率提高了2%~3%,制造成本降低了10%~20%。
(3)采用少單元低成本的少級多重低中壓變頻調(diào)速集成裝置。例如690V/3kV低中壓變頻器,只需配置9個690V電壓等級的變頻單元模塊,比750V/10kV低高壓變頻器24個750V電壓等級的變頻單元減少了5/8,從而降低變頻單元成本5/8。在其額定電流不變前提下,通過適度提升變頻單元輸入電壓可增加額定功率0.5~2個標準等級。由于采用少單元結(jié)構(gòu),功率越小,單位kW的成本越低。例如3級多重低中壓型變頻器,比8級多重化低高壓型變頻器成本減少3/8,比5級多重化低高壓型變頻器成本減少3/5。隨著制造成本的下降,可將變頻裝置的低端功率規(guī)格延伸至200kW。
(4)采用軸承絕緣結(jié)構(gòu),延長軸承使用壽命。增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM在變頻過程中也不可避免地產(chǎn)生軸電壓,是通過軸承絕緣結(jié)構(gòu)予以隔離之。鑒于雙軸承都采取絕緣結(jié)構(gòu)成本高,只消在非負載端蓋即后端蓋與軸承之間加絕緣結(jié)構(gòu),既可隔離軸電壓和軸電流,并能延長兩端軸承的檢修期和使用壽命。
(5)變頻單元少,可靠性高。例如3kV變頻單元的總數(shù)僅為10kV變頻單元的3/8,故可有效降低其故障概率。
(6)整套設(shè)備體積輕小,便于運輸和安裝。增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM比普通高壓電動機HM要小1~3個機座號,少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT比多線圈高/低壓移相變壓器HLT體積小,少級多重低中壓變頻器LMF比多級多重低高壓變頻器LHF體積又小,構(gòu)成一個輕型變頻調(diào)速系統(tǒng),總占地面積小得多。
表5列出10kV、1600kVA多級多重高低高壓型變頻裝置與6kV、1600kVA少級多重高中壓型變頻調(diào)速集成裝置的對比數(shù)據(jù)。其中,可增容5%,減少體積13.73%,減輕重量10%。
表6列出10kV、1600kVA多級多重高低高壓型變頻裝置與3kV、1600kVA少級多重高中壓型變頻調(diào)速集成裝置的對比數(shù)據(jù)。其中,增容率為15.5%(采用750V變頻單元可達25%),減少體積29.41%,減輕重量20%。
表7列出6kV、1600kVA多級多重高低高壓型變頻裝置與3kV、1600kVA少級多重高中壓型變頻調(diào)速集成裝置的對比數(shù)據(jù)。其中,增容率為15.5%(采用750V變頻單元可達25%),減少體積29.41%,減輕重量20%。
綜上,本發(fā)明比多級多重高低高壓型變頻裝置可提高效率3%~5%,降低成本10%~20%。
本發(fā)明與增容型高低壓變頻調(diào)速集成裝置對比,在結(jié)構(gòu)原理方面,兩者都利用普通高壓電動機改為中壓絕緣結(jié)構(gòu),但前者采用中壓接線結(jié)構(gòu)、軸承絕緣結(jié)構(gòu),而后者僅采用低壓接線結(jié)構(gòu);前者采用高/中/低壓移相而后者為高/低壓結(jié)構(gòu),而后者為高/低壓分離而后者為高/低壓結(jié)構(gòu);前者采用多脈沖中壓變頻器,而后者為少脈沖低壓變頻器。
在經(jīng)濟效益方面,兩者均可高效率、低成本、提升普通高壓電動機的額定功率1~3個標準等級、提升通用性變頻器的額定功率0.5~2標準等級、適用低端功率范圍寬等特點,而且,還獨有以下特點(1)電壓總諧波低和電流總諧波均低。僅3級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,即等效于三副邊18脈沖的增容型高低壓變頻調(diào)速集成裝置的效果,電流總諧波值小于5.5%,基本上能滿足IEEE519-1992標準的限定值要求。
(2)運行電流較小,電纜I2R功耗及其成本均較低。
總之,本發(fā)明集成了當今高壓和高低壓兩大主流變頻調(diào)速技術(shù)方案的優(yōu)點,彌補了各自的缺點,具有更廣泛的應用前景。
(3)非負載端軸承采用絕緣結(jié)構(gòu),延長軸承使用壽命。在非負載端蓋即后端蓋與軸承之間加絕緣結(jié)構(gòu),以隔離軸電壓和軸電流,從而延長兩端軸承的檢修期和使用壽命。本裝置技術(shù)規(guī)格輸入電壓3相6~10kV±2.5%~±5%;輸出功率200~5600kW;增容等級普通高壓電動機可提高1~3個標準功率等級,少級多重低中壓變頻器可提高0.5~2個標準功率等級;輸出頻率0~55HZ;效率≥96%;功率因數(shù)≥0.96;電壓總諧波<1.4%(國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》限定值為4%);電流總諧波<5.6%(國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》無限定值;基本滿足IEEE519-1992標準規(guī)定在電網(wǎng)短路電流小于20倍負載電流時諧波電流失真度小于5%的要求);啟動模式變頻軟啟動/工頻啟動;變頻運行模式變頻/工頻切換,手控/自控切換;控制接口為PLC、DCS、FCS等控制系統(tǒng)預留模擬和數(shù)字接口。
本裝置應用領(lǐng)域(1)電廠及熱電廠的鼓風機(即送風機)、引風機(即吸風機)、排粉機、給水泵、循環(huán)水泵、冷凝水泵、灰渣泵等。
(2)冶金行業(yè)的供水廠供水泵、尾渣泵、煉鋼爐及除塵器引風機、中大型輸油泵、中大型壓縮機等。
(3)石油、化工行業(yè)的供水泵、輸油泵、注水泵、供水泵、加壓泵等。
(4)采礦行業(yè)的主扇、中大型供水泵、提升機等。
(5)機械行業(yè)的中大型試驗臺、運輸機等。
(6)自來水行業(yè)的中大型供水泵。
(7)建材行業(yè)的中大型引(吸)風機。
(8)交通行業(yè)的機動船和機車變頻技術(shù)改造。
表1

表2

表3

表4

表5

表6

表7

權(quán)利要求
1.少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,由提供少級數(shù)多相位低壓工頻電源和中壓工頻電源的少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT、具有升壓增容的少級多重低中壓變頻器LMF、利用6~10kV普通高壓電動機HM通過變換其定子繞組接線結(jié)構(gòu)及線圈絕緣結(jié)構(gòu)而改制成的2.3~6kV增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM,以及中壓變頻/工頻切換開關(guān)W1和W2所集成,其特征在于少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT帶有升壓變頻增容結(jié)構(gòu)和中壓工頻供電結(jié)構(gòu);增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM采用普通高壓電動機HM的鐵心結(jié)構(gòu),定子繞組采用中壓等級絕緣結(jié)構(gòu),非負載端軸承采用絕緣結(jié)構(gòu);少級多重低中壓變頻器LMF采用3~5變頻單元,并具有容許提升輸入電壓增容功能;三相高壓輸入6~10kV,高/中壓比例為1∶(1/√3~1/3),低壓匹配為690~750V。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,其特征在于少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT,高壓側(cè)輸入繞組采用延邊三角形自耦式結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)其內(nèi)角與延邊的線圈比例,為少級多重低中壓變頻器LMF提供適度升壓增容電源,為增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM實施變頻/工頻切換提供中壓工頻電源;高壓側(cè)輸入三相6~10kV,高/中壓自耦變壓比為1∶(1/√3~3),低壓側(cè)輸出為3~5組三相690~750V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,其特征在于增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM,定子鐵心采用普通高壓電動機的機械和鐵心結(jié)構(gòu),定子線圈采用中壓絕緣結(jié)構(gòu),定子繞組采用中壓接線結(jié)構(gòu),出線盒采用中壓等級結(jié)構(gòu),非負載端軸承采用絕緣結(jié)構(gòu);絕緣材料為機械強度高又耐電性能好的陶瓷、聚四氟乙烯、環(huán)氧玻璃絲布絕緣板等,絕緣厚度為0.3~3mm;額定變頻/工頻輸入電壓為2300~6000V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,其特征在于少級多重低中壓變頻器LMF采用3級變頻單元,最多不超過5級,并具有提升其輸入電壓增容功能;額定工頻輸入電壓為690-750v額定變頻輸出電壓為2300~6000V,容許提升電壓并增容5%~25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,其特征在于絕緣結(jié)構(gòu)絕緣材料置于軸承外套與非負載端蓋之間,絕緣材料置于軸承外套與走位絕緣結(jié)構(gòu)的擋板之間。
全文摘要
少級多重增容型高中壓變頻調(diào)速集成裝置,由提供少級數(shù)多相位低壓工頻電源和中壓工頻電源的少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT、具有升壓增容的少級多重低中壓變頻器LMF、利用6~10kV普通高壓電動機HM通過變換其定子繞組接線結(jié)構(gòu)及線圈絕緣結(jié)構(gòu)而改制成的2.3~6kV增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM,以及中壓變頻/工頻切換開關(guān)W1和W2所集成,其特征在于少線圈高/中/低壓移相變壓器HMLT帶有升壓變頻增容結(jié)構(gòu)和中壓工頻供電結(jié)構(gòu);增容型中壓變頻調(diào)速電動機MM采用普通高壓電動機的鐵心結(jié)構(gòu),定子繞組采用中壓等級絕緣結(jié)構(gòu),非負載端軸承采用絕緣結(jié)構(gòu),在保持原高壓電動機磁通密度和電流密度不變前提下,可提高其額定輸出功率1~3個標準等級;少級多重低中壓變頻器LMF采用3~5變頻單元,并具有容許提升輸入電壓增容功能。在其額定電流不變前提下,通過適度提升變頻單元輸入電壓可增加額定功率0.5~2個標準等級。三相高壓輸入6~10kV,高/中壓比例為1∶(1/√3~1/3),低壓匹配為690~750V。
文檔編號H02P27/04GK101051813SQ20071001132
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者呂志斗 申請人:呂志斗
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