靜止進相器在球磨電機無功就地補償中的應(yīng)用

概述  
   
 靜止進相器是一種無功就地補償裝置,它串接于交流繞線式異步電機的轉(zhuǎn)子回路,用以提高電動機的功率因數(shù),發(fā)揮現(xiàn)有供電設(shè)備的供電潛力,降低電力損耗,從而達到節(jié)能目的,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。  
   
 目前,國內(nèi)外交流繞線式異步電機無功補償方式主要有兩種:1)電機定子側(cè)并聯(lián)電容器;2)電機轉(zhuǎn)子回路串接旋轉(zhuǎn)式進相裝置。電機定子側(cè)并聯(lián)電容器只能補償線路無功功率,不能降低電機定子電流;尤其是對高壓電容器的安裝場所、控制方式都有特殊要求,其投資往往高于一般進相裝置。原有的串接于電機轉(zhuǎn)子回路的旋轉(zhuǎn)式進相裝置是一種整流子旋轉(zhuǎn)電機,特別怕塵埃,使用壽命短,且規(guī)格少,難以與異步電機達到最佳匹配。靜止進相器是在上述兩種無功補償裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型節(jié)能裝置。它采用了變頻技術(shù),具有參數(shù)調(diào)節(jié)容易,不怕塵埃,使用壽命長,維護方便等特點。  

1  工作原理  
    
靜止進相器采用變頻技術(shù),將單相380V交流電,通過12只晶閘管和6只平衡電抗器,變換成與電機轉(zhuǎn)子頻率相同(f1·S≈1Hz)的三相交流電。該電流通入轉(zhuǎn)子回路,從而在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生一個超前于轉(zhuǎn)子電勢近90°的附加電勢Ek,進而改善電機的功率因數(shù)。Ek的大小取決于變頻器電源U2的大小和晶閘管觸發(fā)角的大小。從系統(tǒng)框圖(圖1)看,采樣信號回路根據(jù)電機轉(zhuǎn)子電流信號和附加電勢信號進行處理,把結(jié)果送給邏輯判別回路;邏輯判別回路根據(jù)保護指令控制觸發(fā)器,觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)角,從而在轉(zhuǎn)子回路得到一個附加激磁電流í′mo為了保持í1+í2=ím不變,í2增加,í1就要減少;所以可降低定子電流,減小功率因數(shù)角φ1,提高功率因數(shù)cosφ1(見圖2),由于保持勵磁電流ím不變、轉(zhuǎn)差率不變,進而保證電機出軸力矩不變、電機轉(zhuǎn)速不變。 
 

  
圖2  電動機相量圖  

ím.激磁電流;í1、Ù1.定子電流、電壓;í2.轉(zhuǎn)子側(cè)折算到定子側(cè)電流;φ1.功率因數(shù)角  
   
 隨著補償電壓的逐步升高,定子側(cè)的無功功率逐漸下降,功率因數(shù)逐步上升,定子電流逐漸減小。當(dāng)補償電壓升高到一定值后,定子側(cè)的無功功率減小到接近于零,功率因數(shù)上升到近似于1(見圖3)。   
  
圖3  補償后電機特性曲線  
P1:有功功率;n:電機轉(zhuǎn)速;cosφ1:功率因數(shù);I1:定子電流;P1:無功功率  

2  應(yīng)用實例  
    
我廠1臺水泥球磨機電機型號為JRQ138-8,電機功率380kW。本系統(tǒng)由于力率低,每月要被電力部門罰款五千多元。1998年9月,經(jīng)過充分論證后,選用HF系列靜止進相器。三種無功就地補償裝置選擇比較見表1。  

 
表1  無功功率就地補償裝置選擇比較  

2.1  安裝調(diào)試  
    
為了使電機轉(zhuǎn)子接線盡量短些,應(yīng)將進相器裝于離電機近且通風(fēng)防塵的地方,按電氣聯(lián)鎖信號接線圖(圖4)接線。該進相器出廠時就已將觸發(fā)板調(diào)好、脈沖邏輯已固化,現(xiàn)場只需調(diào)節(jié)變壓器TS二次抽頭(共有六組接線),以改變變頻器輸入電壓U2大小,進而改變電機無功功率的幅度,以達到提高電網(wǎng)功率因數(shù)的目的,故本系統(tǒng)安裝調(diào)試較容易。   
  
圖4  電機電氣控制線路簡圖  
注:虛框內(nèi)為進相器柜中元件,L、N為圖中變頻主回路  

2.2  聯(lián)鎖回路  
    1)將電機轉(zhuǎn)子短接接觸器2KM的一常開輔助觸點串入進相器控制回路,以保證只有在電機起動完畢后才能投入進相器。  
    2)進相器電源控制開關(guān)SQF的一常開觸點,串入電機控制回路,以免出現(xiàn)進相器控制電源斷電,即1C失電的情況下,起動電機,造成轉(zhuǎn)子開路運行的嚴重后果。  
    3)若進相器主電源失電(如FU熔絲熔斷),KA繼電器失電,KA常閉觸點(15、12)閉合,1C得電,轉(zhuǎn)子回路被短接。  
    4)SSR為固態(tài)繼電器,其輸入端為觸發(fā)板信號,若觸發(fā)回路出故障,將斷開SSR,進相器退出運行。  
    為了避免電機轉(zhuǎn)子開路,特別是轉(zhuǎn)子開路狀態(tài)下起動電機,要做到進相器失電時,運行著的電機要能立即停機,停止的電機則不能啟動開機。除采取圖4進相器和電機控制電路互相聯(lián)鎖外,筆者認為還應(yīng)將進相器與電機共用同一控制電源,確保電機安全。  

2.3  應(yīng)用效果  
    
應(yīng)用效果見表2。

 
注:本表是根據(jù)GB12497-95的要求,用三相電動機經(jīng)濟運行測試儀測量的計算值。  
    
本系統(tǒng)月均力率由進相器投入前的85%,提高到93%;平均每月電費按20萬元計算,力率按90%考核,投入后力率電費實際減少5900元。僅以力率電費計算投資回收期只有6.5個月。若計算線損、電機繞組損耗的下降,投資回收期還會更短;此外還可以通過增加磨機裝球量,增加磨機臺時產(chǎn)量,進一步降低水泥的單位電耗,經(jīng)濟效益顯著。  

3  結(jié)語  
    
靜止進相器具有投資省、回收快、安裝維護方便的優(yōu)點,特別適用于水泥行業(yè)球磨機、風(fēng)機等恒轉(zhuǎn)矩負載,節(jié)能效果顯著。但商家只采用開環(huán)控制,使進相器在變負荷電機中難以應(yīng)用,這樣就削弱了變頻技術(shù)的優(yōu)勢,限制其推廣應(yīng)用范圍。