電機“雙饋”調速系統

我國城鄉防洪排澇泵站很多，過去，我們對這一具有巨大社會效益的“提速”運行問題認識不足，采取的補救辦法走了很多彎路，如為了應對突如其來的，十年一遇或百年一遇的高揚程排水的需要，片面強調“高揚程”的重要性，建站初期或后期改造普通將電機轉速選得過高，而后又多次對電機進行“增容”改造，這使泵站抗遇洪澇災害能力有所增加，但泵站由于多數時間仍運行在中、低揚程，這又導致泵站處于“大馬拉小車”和“高耗低效”運行狀態，白白浪費大量電能;有的地區，為了解決“排-灌”矛盾，在國家已建立農用低速灌溉泵站后，又提出另行設計再建一座專用防洪排漬、排澇泵站，浪費大量資金。

在最近幾年，很多泵站采用電機“變極”提速，并對電機進行過提為“三速”或“雙速”的改造，但效果不佳。因為“變極”提速為有級變速，而高壓大電機定子繞組的出線有限，充其量只能有1-2 級轉速，而水位及揚程的變化是一個連續量，兩者變化不相適應，因此“就高就不了低，就低就不了高”的現象仍然存在。本產品立足于無級“提速”，并具有提速增容的效果，與“變極”提速相比具有很大優勢，如表1 所列。

5.2 提速的“自然增容”效益

很明顯無功功率Q1可作有功“增容”用。我們可將“雙饋”電機這一增容特性稱為“自然增容特性”，意即電機定子繞組并未作“增容”改造，但實際上通過控制器的矢量控制電機已具有“增容”特性。

通過以上的計算可知電機由250 r/min 提速到300 r/min 運行，要求增容367 kW，而雙饋電機通過矢量控制具有“自然增容”392 kW的特性，即原電機可以不進行“增容”改造。

5.3 雙饋“低同步”調速比常規低同步串級調速好

雙饋電機轉速不僅能超過同步轉速，也能低于同步轉速，而且低同步運行時節能效果和動態特性比常規高效“低同步串級調速”要好得多。表2 是“雙饋”低同步調速技術與常規高效低同步串調技術的比較。

5.4 顯著的節能效果

從實測的170 kW 雙饋調速低同步運行狀態參數可知具有22%以上的節電率;根據“雙饋”調速工作原理，當電機帶原有負載運行于“低同步”工作狀態時，其節電效果體現在下列三方面：

5)低同步運行總節電為493.6+100越593.6 kW。

6)總節電率594/800越74%。

扣除電機啟動能耗，AC/AC 無功損耗及渦流損耗等外，取節電率50%，按電機額定功率800 kW計算，一臺電動機組可節省電力800 kW伊0.5=400 kW。取余碼頭泵站2003、2004 兩年開機運行平均每年12 374臺時統計數據，則每年平均節電

400 kW伊12 374=4 949 600 kW·h，排水電費按0.215 元/kW·h 計算，可節約電費4 949 600 kW·h伊0.215 元/ kW·h =106.4萬元。

5.5 超低同步無級調速性能

在要求調速范圍較寬的調速系統，采用雙饋調速時可選擇以電機額定轉速(或同步轉速)為基速實現上下調節。

我國農田水利建設的大中型雙功能“排-灌”泵站，又稱為排灌結合型泵站，既要求水泵能提速運行、在洪澇季節能排除漬水、漬雨;又要求在中、低揚程能降速運行實現低速節水、節電、灌溉(或排水)。由于調速范圍對同步轉速上下對稱，變頻器容量又與調速范圍有關，這時雙饋調速的技術優勢表現在：若取15豫電機功率的變頻器容量就可獲得30豫的調速范圍。設有一臺同步轉為1 500 r/min、額定功率為1 500 kW 的電機，其調速范圍為1 000耀2 000 r/min，則本產品的容量僅為500 kV·A，若調速范圍越窄，則產品容量越小。

5.6 同步電動機可控異步化運行

前已說及，對同步電機進行“保定子，改轉子”后即可實施“雙饋”調速。我國大中型排灌站電機幾乎清一色都是同步電動機，也可以采用這種異步化改造方法，使單速傳統的同步電動機轉變為無級調速電機，但同步電動機也可采用一般的定子側變頻調速，如獨立變頻調速或無整流子電機調速。采用雙饋調速與采用一般變頻調速相比有何優勢呢?表3將兩種方法進行了比較。

5.7 同步發電機可控異步化運行

同理，對傳統直流勵磁同步發電機進行“保定子，改轉子”改造以后，采用雙饋調速方法也可使原同步發電機實現可控異步化運行。當作發電機運行時，進相運行可為電力系統提供無功功率的能力遠遠超過傳統同步發電機，而在低負荷時又

可以大量吸收無功功率，為電力系統提供有力的調壓手段，可大大改善電力系統的穩定性。本技術對現代電力系統向大容量、高電壓及遠距離輸電方向發展具有重要意義。我國水力資源豐富，但河流泥沙多，水頭變化大，我國相當一部分水電機組均可采用同步機異步化改造，有望大大簡化發電站設備，進一步提高系統運行效率;可使像水輪機這樣的原動機運行在最佳工況，使機組效率提高2%耀3%，氣蝕泥沙的磨損降低，具有重大效益。

5.8 雙饋調速系統的多種特色性能

1)使有功/無功獨立解耦控制;

2)高功率因數運行特性(任意功率因數可調);

3)在負荷變化情況下，可靈活調節無功功率和轉速;

4)使有功/無功實現數字化檢測;

5)通過交流電流調節閉環使電壓型AC/AC轉變成電流型AC/AC;

6)能控制轉子感應電勢相位，獲得數字投勵信號。

從上可見，雙饋調速是實現我國大型電機系統(電動機和發電機)節能優化改造的高性能的理想產品。