靜止進相器在球磨電機無功就地補償中的應用

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子回路,用以提高電動機的功率因數,發(fā)揮現有供電設備的供電潛力,降低電力損耗,從而達到節(jié)能目的,提高企業(yè)的經濟效益。  
   
 目前,國內外交流繞線式異步電機無功補償方式主要有兩種:1)電機定子側并聯(lián)電容器;2)電機轉子回路串接旋轉式進相裝置。電機定子側并聯(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子回路的旋轉式進相裝置是一種整流子旋轉電機,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上發(fā)展起來的一種新型節(jié)能裝置。它采用了變頻技術,具有參數調節(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,將單相380V交流電,通過12只晶閘管和6只平衡電抗器,變換成與電機轉子頻率相同(f1·S≈1Hz)的三相交流電。該電流通入轉子回路,從而在轉子回路中產生一個超前于轉子電勢近90°的附加電勢Ek,進而改善電機的功率因數。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,采樣信號回路根據電機轉子電流信號和附加電勢信號進行處理,把結果送給邏輯判別回路;邏輯判別回路根據保護指令控制觸發(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,減小功率因數角φ1,提高功率因數cosφ1(見圖2),由于保持勵磁電流ím不變、轉差率不變,進而保證電機出軸力矩不變、電機轉速不變。 
 

  
圖2  電動機相量圖  

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

2  應用實例  
    
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  安裝調試  
    
為了使電機轉子接線盡量短些,應將進相器裝于離電機近且通風防塵的地方,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)板調好、脈沖邏輯已固化,現場只需調節(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,以達到提高電網功率因數的目的,故本系統(tǒng)安裝調試較容易。   
  
圖4  電機電氣控制線路簡圖  
注:虛框內為進相器柜中元件,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SQF的一常開觸點,串入電機控制回路,以免出現進相器控制電源斷電,即1C失電的情況下,起動電機,造成轉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。  
    為了避免電機轉子開路,特別是轉子開路狀態(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,筆者認為還應將進相器與電機共用同一控制電源,確保電機安全。  

2.3  應用效果  
    
應用效果見表2。

 
注:本表是根據GB12497-95的要求,用三相電動機經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,增加磨機臺時產量,進一步降低水泥的單位電耗,經濟效益顯著。  

3  結語  
    
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、風機等恒轉矩負載,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用,這樣就削弱了變頻技術的優(yōu)勢,限制其推廣應用范圍。