斩波内馈调速在风机节能方面的应用

摘要：目前各行各业对电力资源的需求量越来越大，电力资源供求紧张的问题也逐渐得到凸显。针对这种情况，电力资源的节约已经成为我国经济发展过程中必须要考虑的问题。由于风机的负载特性为功率、平方转矩和转速成正线性关系，节能的关键就是降低电机运转速度，因此我国研发创建了斩波内馈调速，实现了对风机运转能源的节约。

关键词：斩波内愦调速；风机节能；电力资源；电机运转速度；风机运转 文献标识码：A

中图分类号：TK223 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

据相关资料显示，我国在风机和泵类设备上对电力资源的损耗量占据了全国总体耗电的四成之多。大部分的机械运转都采用的是恒速运行，仅仅通过操作人员对风门的调节和阀门的停开对工况进行调节，效率十分低下，造成了能源的大量浪费。对于风机来说，由于风机的负载特性为功率、平方转矩和转速成正线性关系，节能的关键就是对电机运转速度进行降低，对此我国研发创建了斩波内馈调速，很好地实现了对风机运转能源的节约，本文就针对这项技术在风机运行的各个方面进行具体的论述和分析。

1 斩波内馈调速

1.1 现状

这项技术是由我国首次提出的，具有独立的知识产权并且被广泛应用。斩波内馈调速主要应用于需要进行节能的一些风机，这些风机大部分都配置大中容量的高压交流电机。现如今，我国在这项技术的研究上从各项指标来看已经达到了国际先进水准。相比于传统的高压变频，斩波内馈调速具有价格更低、效率更高、功率因数更高、谐波含量更少等诸多优势。通过一些实践证明，采用这项技术的风机在运行时可靠性更高、节能效果更加显著。

1.2 基本原理

实现风机的内馈调速就是将调速电机的电转差功率（即部分转子功率）进行转移，之后通过电能的形式来对电机内部调解绕组的调速方式进行反馈。其中，轴功率的输出随着转子向调节绕组反馈的功率的增大而减小。部分转子功率在转子和调节绕组二者之间进行循环往复传递，效率可以达到99.8%。内馈调速的最大特点就是传递过程中不需要另外的电源供给。

研究人员在该项技术的原有基础上做出了改进，强调了电机调速的内部因素，在电机的定子设置了一个内馈绕组，接受电转差的功率。通过安装一个有源逆变器使内馈绕组处在发电的工作状态，再通过电磁感应把功率向电机定子进行反馈，是电机定子的有效功率和机械输出功率基本相持平，从而实现了高性能的调速。

斩波内馈调速实现了低压（在200～500V范围内）向高压（6～10kV）进行转化，效率较之其他的调速技术更高，将斩波和内馈两项技术进行了有机的结合。相比于传统的变频调速技术，内馈调速通过转子来进行转速的控制，有效避免了高压定子控制的问题，安全性大大增强。对于电机的尺寸来说，内馈调速电机和原有的电机差异性不大，在安装时使电机恒速运行的装置和内馈调速的装置形成并联关系，这种安装方式的优点是：在雕塑控制装置发生意外的故障时，电机上安装的自动保护装置会将电机自动切换到恒速运行状态，保证了电机的持续运行。

1.3 性能特点

该设备由斩波控制装置和内馈调速电机两部分组成，前者主要包括斩波柜、启动柜和逆变柜，对电机实现了远程控制和就地控制。

在过去一段时间范围内，斩波这项技术主要应用于变流主电路中的强电数字控制，与传统意义上的移相控制相比，数字控制克服了前者存在的很多缺点，是行业内公认的先进技术。通过一些实际数据证明，斩波控制这项技术有效解决了传统移相控制存在的谐波畸变大和功率因数低等问题，保证了触发脉冲的固定，从根本上保证了有源逆变器的可靠性。具体控制情况如下：（1）保证有源逆变器的固定保证了逆变的可靠性，同时再结合电路的同步和独特的触发，使逆变角达到了自动恒定，不再需要同步配相和对相序进行调整；（2）采用有源——斩波逆变器的主电路，保证了系统具备最小电流畸变率和最大功率因数；（3）具备自动软加速转全速的功能，大大延长了接触器的使用寿命；（4）提供了控制恒压闭环的自动装置和抗干扰能力极强的远方给定；（5）具备软启动功能；（6）可以显示无机械的传感速度；（7）通过对继电器的控制和逻辑操作，使微机的运行更加可靠；（8）具备多项保护功能：对欠压、过流、失波、相序、缺相、过压、频敏和顺势停电等多项的保护；（9）斩波主电路中增加DCL吸收电路，避免了因断电产生的电压过充问题；（10）具备很高的可靠性和很强的靠干扰能力。

1.4 技术特点

斩波内馈调速实现了斩波控制和内馈电机的有效结合。斩波这项技术是最佳的电机控制技术，内馈电机则需要电力和电子控制进行相互配合进而达到调速的目的。斩波器在整个系统中的作用就好比是一个高速开关，按照一定的周期和频率进行关断和接通，通过对斩波占空比的控制来对逆变电流进行调节工作。对于逆变电流的控制在一定程度上也间接性地实现了对内馈绕组功率和电流的控制，最终达到内馈调速的目的，同时使内馈调速不受移相控制的影响，形成内馈+斩波的最优组合。斩波内馈调速这项技术主要是针对于风机一类的产品而专门设立的，调速往往是针对于电机来进行的，而内馈作用主要体现在对调速内因的充实上，这项技术的根本实质就是用数字控制来代替传统意义上的移相控制，使技术的可靠性大大增强。

2 斩波内馈调速技术对风机节能调节的积极影响

通常情况下我国普遍应用的风机种类是高效离心风机，但这种风机实际运行的效率却非常低，主要是因为：（1）运行点和风机最高效率点相差较远；（2）风机本身的调速性能较差。一旦风机的风量、机组的调峰运行和风压的裕度使风机运行的工况点和实际设计高效点出现偏差，就会导致风机运行效率很大程度的下降。对于采用风门调节方式的风机来说，当以上这种偏离度到达10%时，风机的运行效率会下降8%左右；当偏离度分别达到20%和30%时，风机的运行效率会下降20%和30%以上，这种情况对于采用风门调节方式的风机来说不可避免。提高风机本身的调节方式就是提高风机运行效率的一种有效方法。图1就是离心式风机在不同的调节方式下相关能耗特性曲线：

3 斩波内馈调节技术在风机节能调节中的实际应用

攀枝花钢城集团米易白马球团有限公司于2012年对三台高压风机进行了节能技术的改造，在设计时选取了高压斩波内馈电机用来进行节能控制，通过控制电机的转速来实现对风量的调节。这种方法使由风机入口处的挡板记录产生的阻力大大降低，进而避免了能量的损耗，同时由于转速的降低，也使风机本身的耗电量大大减少。同时，在电机中安装斩波内馈调速装置实现了对电机软启动的控制，很好地解决了节流运行过程中和大功率电机的直接启动可能出现的问题。下表1代表着采用新技术后能耗的对比：

4 结语

实践证明，和传统的高压变频技术相比，斩波内馈调速这项技术不仅调速效率更高，而且造价低廉、结构简单、投资回收期更短，具有很强的经济性和实用性，是实现风机节能的一种有效手段，具备很大的潜力。随着我国经济水平的进一步提高，人们对于节能的意识也随之得到了增强，斩波内馈调速这项技术在未来势必会有很好的发展前景。

参考文献

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[3] 朱艳丽，刘沪红.离心通风机常用调节方法及经济性比较[J].风机技术，2011，（1）.

[4] 朱大伟，朱良松，刘祥.330MW燃煤锅炉一次风机的节能改造[J].电站辅机，2011，（1）.

作者简介：陈武强（1981-），男，四川彭州人，攀枝花钢城集团米易白马球团有限公司助工，研究方向：电气冶金。

（责任编辑：陈 倩）