高壓電機和低壓電機的優劣對比分析_6

2019-11-23 14:25

高壓電機和低壓電機都有各自的優點以及缺點,那它們各自的優勢和劣勢體現在哪些方面呢?

高壓電機:

高壓電機的電壓在1000V以上。常用的是6300V和10000V。電機功率與電壓和電流的乘積成正比,因此低壓電機功率增大到一定程度(如300KW/380V)電流受到導線的允許承受能力的限制就難以做大,或成本過高。需要通過提高電壓實現大功率輸出。

高壓電機和低壓電機的優劣對比分析

優點是:功率大,承受沖擊能力強;電流小。

缺點是:繞組的成本相對較高,相關的絕緣材料成本也會隨之變高;對使用環境的要求遠遠比低壓電動機對環境的要求要高;絕緣處理工藝較難,工時費用較多,電機制造周期較長;慣性大,啟動和制動都困難。

控制裝置根據實際而定方式:電機容量大大小于電源容量且1000KW以下的可直接啟動,這時的沖擊電流是額定值的3-6倍。為了防止沖擊電流過大,對于大電機必須考慮減少啟動電流的啟動方式:有串電抗啟動,變頻啟動,液力偶合器啟動等多種方式。有復雜有簡單,價錢差異很大。由于電壓高,電流沖擊大,電機制造必須滿足過電壓的要求,絕緣水平必須足夠高。

液力耦合器

在電機軸和負載軸之間加入葉輪,調節葉輪之間液體(一般為油)的壓力,達到調節負載轉速的目的。這種調速方法實質上是轉差功率消耗型的做法,其主要缺點是隨著轉速下降效率越來越低、需要斷開電機與負載進行安裝、維護工作量大,過一段時間就需要對軸封、軸承等部件進行更換,現場一般較臟,顯得設備檔次低,屬淘汰技術。早期對調速技術比較感興趣的廠家,或者是因為當初沒有高壓調速技術可以選擇,或者是考慮到成本的因素,對液力耦合器有一些應用。如自來水公司的水泵、電廠的鍋爐給水泵和引風機、煉鋼廠的除塵風機等。現在,一些老的設備在改造中已經逐漸被高壓變頻替換掉。

高低高型變頻器

變頻器為低壓變頻器,采用輸入降壓變壓器和輸出升壓變壓器實現與高壓電網和電機的接口,這是當時高壓變頻技術未成熟時的一種過渡技術。由于低壓變頻器電壓低,電流卻不可能無限制的上升,限制了這種變頻器的容量。由于輸出變壓器的存在,使系統的效率降低,占地面積增大;另外,輸出變壓器在低頻時磁耦合能力減弱,使變頻器在啟動時帶載能力減弱。對電網的諧波大,如果采用12脈沖整流可以減少諧波,但是滿足不了對諧波的嚴格要求;輸出變壓器在升壓的同時,對變頻器產生dv/dt也同等放大,必須加裝濾波器才能適用于普通電機,否則會產生電暈放電、絕緣損壞的情況。如果采用特殊的變頻電機可以避免這種情況,但是就不如采用高低型的變頻器了。

高低型變頻器

變頻器為低壓變頻器,輸入側采用變壓器將高壓變為低壓,將高壓電機換掉,采用特殊的低壓電機,電機的電壓水平多種多樣,沒有統一標準。 這種做法由于采用低壓變頻器,容量也比較小,對電網側的諧波較大,可以采用12脈沖整流減少諧波,但是滿足不了對諧波的嚴格要求。在變頻器出現故障時,電機不能投入到工頻電網運行,在有些不能停機的場合應用會有問題。另外,電機和電纜都要更換,工程量比較大。 串級調速變頻器 將異步電機部分轉子能量回饋至電網,從而改變轉子滑差實現調速,這種調速方式采用可控硅技術,需要使用繞線式異步電動機,而現在工業現場幾乎都采用鼠籠式異步電動機,更換電機非常麻煩。這種調速方式的調速范圍一般在70%-95%左右,調速范圍窄。可控硅技術容易造成對電網的諧波污染;隨著轉速的降低,電網側功率因數也變低,需要采取措施補償。其優點是變頻部分容量較小,比其他高壓交流變頻調速技術成本稍低。 這種調速方式有一種變化形式,即內反饋調速系統,省卻了逆變部分的變壓器,將反饋繞組直接做在定子繞組里,這種做法要更換電機,其他方面的性能與串級調速接近。 串級調速電機受轉子滑環的影響,不能做到很大功率,滑環維護工作量也大,屬于七八十年代的落后技術,工業應用已經越來越少。

電流源型直接高壓變頻器

這種變頻器,輸入側采用可控硅進行整流,采用電感儲能,逆變側用SGCT作為開關元件,為傳統的兩電平結構。由于器件的耐壓水平有限,必須采用多個器件串聯。器件串聯是一種非常復雜的工程應用技術,理論上說可靠性很低,但有的公司可以做到產品化的地步。由于輸出側只有兩個電平,電機承受的dv/dt較大,必須采用輸出濾波器。電網側的多脈沖整流器為可選件,用戶需要針對自己的工廠情況提出要求。這種變頻器的主要優點是不需要外加電路就可以將負載的慣性能量回饋到電網。 電流源型變頻器的主要缺點是電網側功率因數低,諧波大,而且隨著工況的變化而變,不好補償。

電壓源型三電平變頻器

這種變頻器采用二極管整流,電容儲能,IGBT或IGCT逆變。三電平的逆變形式,采用二極管鉗位的方式,解決了兩個器件串聯的難題,技術上比兩個器件簡單直接串聯容易,同時,增加了一個輸出電平,使輸出波形比兩電平好。 這種變頻器的主要問題是:由于采用高壓器件,輸出側的dv/dt仍舊比較嚴重,需要采用輸出濾波器。由于受到器件耐壓水平的限制,最高電壓只能做到4160V,要適應6KV和10KV電網的需要,更換電機是一種做法,但是造成故障時向電網旁路較麻煩。對于6KV電機有一種變通做法,就是將電機由星型接法改為角型接法,這樣電機的電壓就變為3KV;這種做法使電機的環流損耗上升,國內已經有燒毀電機的事例,有可能與此有關。還有的公司用這種變頻器實現高低高方式,使容量比原來采用低壓變頻器實現高低高方式時大,但是高低高方式所存在的問題依然存在。

低壓電機:

結構簡單,運行可靠,頻率高,制造使用和維護都較方便,并具有較好的工作特性。低壓電機分交流異步電動機和直流電動機2種。

交流異步電動機分三相和單相:三相異步電動機主要在設備負載較大的電力拖動上。

直流電動機主要用于窯胴體直流傳動。

繞線式:定子、轉子、鐵芯、端差、接線盒、集電環、風扇或串串頻敏器。

工作原理:當交流異步電動機三相對稱的定子繞組通入對稱的三相交流電機時,或產生一個以同步轉數n,在它同轉數的轉數磁場,電機剛接通電源時,電機尚未開始轉動時,靜止的轉子在轉矩作用下使沿著磁場旋轉的方向轉動起來,轉子總是緊跟旋轉磁場n2<n,的轉速而轉動,所以這種交流電動機稱為異步電動機,只稱感應電動機。

三相異步電動機主要的種類、用途及特點:

種類:鼠籠式異步電動機:用途及特點大部分設備都使用此種電動機,易于維護;

繞線式異步電動機:用途及特點,行車、堆取料機行走,篦冷機熟料破碎等,起動轉矩大;

變頻高速異步電動機:用途及特點,堆、取料機行走、皮帶機、皮帶稱、選粉機等高速,設定在一定的轉速,并且節能;

力矩異步電動機:側式取料機電纜圈盤拖動,特點具有恒轉矩負載特性;

電磁制動異步電動機:主要用于圓形堆場內堆、取料機的回轉拖動。

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