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大中型軸流泵配套電機選型探討

點擊次數:更新時間:2018-05-09 17:05:23【打印】

  我國的大中型排水泵站的主泵一般采用軸流泵或混流泵20世紀50~80年代,由于電網容量和供電質量的限制博盈彩票注册链接,多選用同步電動機作為水泵的動力機雖然同步電動機具有能夠改善負荷功率因數博盈彩票注册链接,效率較高和效率曲線平坦等特點,但也存在著起動力矩小博盈彩票注册链接,失步時常需重新起動,需要直流勵磁設備等缺點目前,我國的電網已足夠強大,泵站用電負荷對電網的影響也越來越小,因此,有必要對大中型軸流泵配套電機的選型加以重新討論博盈彩票注册链接。
  1軸流泵對電動機的要求以電動機為原動機的拖動類負載,對電動機的基本要求是能夠時時為負載提供所需的機械功率和扭矩。由于軸流泵的功率隨流量減小而增加博盈彩票注册链接,當流量等于0時,功率達到最大值博盈彩票注册链接,因此,對于驅動大型軸流泵的電機來說,除了要為軸流泵提供足夠的功率和扭矩外,還必須滿足水泵對電動機起動特性的要求另外,由于泵類負載的負荷是變化的博盈彩票注册链接,因此要求電動機在輸入電壓博盈彩票注册链接、頻率等電量不變時,能夠自行調整工作狀態博盈彩票注册链接,滿足軸流泵的負荷要求軸流泵類負載一般為低轉速、大扭矩負載,在起動或水流情況變化劇烈時博盈彩票注册链接博盈彩票注册链接,可能會瞬時超載,因此還要求電動機有較強的過載能力。
  2種電動機運行原理的比較異步電動機定子三相繞組接到三相電源后,即在定子、轉子的氣隙內建立了以同步轉速旋轉的旋轉磁場。由于短路的轉子繞組被這種旋轉磁場的磁力線切割,轉子繞組內會產生感應電動勢博盈彩票注册链接,進而產生電丨流由于線圈處在旋轉磁場中,并載有感應電流,這樣轉子線圈必然會受到電磁力,從而產生一與旋轉磁場同方向的電磁轉矩。如果這個力矩有足夠的大小克服制動力矩的話,轉子就將沿著旋轉磁場方向旋轉博盈彩票注册链接,轉速為n同步電動機定子三相繞組接到三相電源、勵磁繞組接到直流電源并且同步電動機已起動后,在定子、轉子的氣隙內產生了兩個旋轉磁場,一個是定子旋轉磁場(轉速亦為另一個是轉子旋轉磁場(轉速為n)由于兩個磁場的相互作用,定子磁場就拖著轉子旋轉,電機就處于電動機狀態這時定子磁場超前于轉子磁場。如果轉子由其他原動機以轉速拖動,這時轉子磁場超前于定子磁場,那么定子端就會產生輸出的電流,向機博盈彩票注册链接、同步電動機都可以拖動軸流泵博盈彩票注册链接。
  表i同步。異步電動機的工作特性比較對比項目同步電動機異步電動機轉速n不變隨負荷增加略有下降電磁轉矩M隨負荷增加而增加隨負荷增加而增加功率因數cosh隨負荷增加而下降隨負荷的增加先升后降效率Z略有下降略有下降1994-2015ChinaAcademic正是由于2種電機運行原理的不同,導致兩者結構的差異。定子部分2種電動機相似博盈彩票注册链接,轉子部分差異較大博盈彩票注册链接。同步電動機的轉子繞組為不封閉繞組博盈彩票注册链接,需要輸入勵磁電流;異步電動機的轉子繞組為一短接的封閉繞組另外博盈彩票注册链接,由于同步電動機起動的需要,在轉子磁極的極靴上還裝有一個籠形的起動繞組由于同步電動機的轉子較異步電動機復雜,導致在相同功率和極對數的情況下博盈彩票注册链接,同步電動機的價格較異步電動機高博盈彩票注册链接博盈彩票注册链接。另外,同步電動機需要直流的勵磁電流,因此同步電動機比異步電動機要多出一套勵磁及其相應的保護博盈彩票注册链接、控制設備,這也提高了水泵機組的造價博盈彩票注册链接?博盈彩票注册链接?偟膩碚f,同步電動機的結構較異步電動機復雜博盈彩票注册链接,配套設備也較多博盈彩票注册链接,水泵機組的造價也較高。
  2種電動機工作特性的比較本文所述的工作特性是指電網電壓Ui勵磁電流If電網頻率乃為常值的情況下,電動機轉速、電磁轉矩、功率因數博盈彩票注册链接博盈彩票注册链接、效率與輸出功率之間的關系博盈彩票注册链接。分別為同步電動機和異步電動機的工作特性。
  從圖中看出2種電動機在輸入電壓、頻率等電量不變時,可根據負荷的變化自行調整工作狀態,滿足軸流泵的要求。同時輸出功率在重荷區時,有以下對比結果:由表1可以看出博盈彩票注册链接,除轉速一項同步電動機略勝一籌外,其余幾項2種電動機并無多大區別。且異步電動機的轉差率s博盈彩票注册链接,在穩定工作時的取值范圍僅為0~0.04,特別是對于大功率、低轉速異步電動機來說,轉差率約為0.01,電動機轉速降低很少博盈彩票注册链接,對水泵性能的影響不大因此,僅從工作特性上來說,異步電動2種電動機的起動和停機電動機帶動的水泵機組,在起動過程中的力矩平衡方程式可用下式來表示:總阻力矩;Mp為機組起動時的靜摩擦阻力矩;Mf為水泵轉子起動過程的轉矩;(GD2/4g)dk/dt為機組轉子的加速慣性轉矩上式可用表示。圖中M博盈彩票注册链接,是電動機起動轉矩,機組在起動前是靜止的,起動瞬間要克服機組轉子的摩擦阻力矩才能使水泵轉動起來,并逐漸加速,所以要求Mi>Ma起動后如電動機電磁轉矩Mm大于機組總阻力轉矩M博盈彩票注册链接,就能把剩余轉矩Mm-M傳給轉子博盈彩票注册链接,使其加速旋轉,故(GD2/4g)dk/dt又稱為加速慣性轉矩起動過程中各種轉矩示意圖異步電動機的電磁轉矩可用下式來表達:此電磁轉矩僅是轉差率s的函數博盈彩票注册链接,如中的Mm曲線所示博盈彩票注册链接。從中可以看出,只要異步電動機在起動瞬間未堵轉,那么就可保證它的起動博盈彩票注册链接,并使轉子加速當轉速達到某一值時博盈彩票注册链接,機組總阻力矩曲線與電磁轉矩曲線相交于A點,則Mm-M=0,即dk/dt=0博盈彩票注册链接,此時博盈彩票注册链接,n為常數,機組進入穩定運轉狀態博盈彩票注册链接。異步電動機運行時和起動時的功率因數都是滯后的,所以對采用異步電動機拖動水泵的泵站,在起動第2臺及以后的電動機時博盈彩票注册链接,會引起較大的壓降同步電動機的起動一般分為2個階段。第i階段定子繞組接至交流電網博盈彩票注册链接,使同步電動機作為異步電動機起動(異步起動)。第2階段博盈彩票注册链接,當電動機轉速達到同步轉速的95%時博盈彩票注册链接,將轉子的激磁繞組接入直流電源,使電動機牽入同步,并轉入穩定運行。在異步起動階段博盈彩票注册链接,除起動繞組所產生的轉矩MD之外博盈彩票注册链接,勵磁繞組(此時相當于一個單相繞組)中的感應電流與氣隙磁場相*Mf.單軸轉矩的特點是博盈彩票注册链接,在轉差率s =0.5的附近(<0.5處)產生一個負的轉失矩這樣,由于單軸轉矩的影響博盈彩票注册链接,電動機的合成轉矩曲線將在0.5的附近發生明顯的下凹,形成一個“最小轉矩”見因此,如果起動負載較重,以致超過電動機的最小轉矩,則電動機就可能在一半同步速率A附近被“卡住”而不能繼續升速為減小單軸轉矩,可在勵磁繞組中串入一個限流電阻,等轉速超過0.5ns以后,再將此電阻逐步切除。當轉速接近9覽同步轉速(即轉差率s=0.05,其對應的電磁轉矩稱為牽入轉矩,如中的M2)時博盈彩票注册链接,如果M2>M則可投入勵磁,牽入轉矩將轉子牽入同步。
  同步電動機異步起動時的M=f(s)曲線必須指出,同步電動機異步起動時勵磁繞組不能開路,否則博盈彩票注册链接,起動時勵磁繞組內將感應危險的高壓,擊穿繞組絕緣博盈彩票注册链接,引起事故因此博盈彩票注册链接,必須注意勵磁裝置的投勵環節博盈彩票注册链接。如果投勵過早,轉子轉速與同步轉速相差較大博盈彩票注册链接,將不能產生足夠的牽入轉矩使同步電動機牽入同步博盈彩票注册链接。
  同步電動機在異步起動時為感性負載,但運行時對電網來說卻是容性負載,由于感性與容性互相補償,所以對采用同步電動機拖動水泵的泵站博盈彩票注册链接,起動第2臺及以后的電動機時,在起動壓降方面比采用異步電動機優同步電動機停機時,勵磁繞組內儲存的磁場能量很大如果勵磁繞組開路博盈彩票注册链接,將在勵磁繞組兩端產生很高的感應電壓博盈彩票注册链接,有可能擊穿轉子絕緣所以,同步電動機停機時,需要將一個滅磁電阻與勵磁繞組短接博盈彩票注册链接,把存儲在勵磁繞組中的能量消耗在電阻上。由此可見,同步電動機的起停較異步電動機的起停復雜得多,而且容易出問題。
  5同步電動機的其他方面問題同步電動機運行時需要直流電源,目前,直流電源大多采用可控硅勵磁裝置在電動機起動和停止時博盈彩票注册链接,勵磁電路要求有很大的阻抗,而在電動機正常運行時勵磁電路需要較小電阻博盈彩票注册链接。
  因此,勵磁裝置要求有較高的穩定性。一旦勵磁部分有微小異常,都有可能使整個勵磁裝置損壞,嚴重時甚至損壞電動機的轉子。勵磁裝置既要滿足正常工作的需要(投勵、滅磁),同時又要避免開停機時正負半波電流不對稱、寄生電路的產生博盈彩票注册链接、可控硅及電力二極管元件承受太高的正負電壓博盈彩票注册链接博盈彩票注册链接、整流橋的顛覆等。毫無疑問,勵磁裝置的電路會很復雜,元器件會很多博盈彩票注册链接。這樣,一方面會提高造價,另一方面可靠性又會降低所以,勵磁裝置很容易出問題,維護保養也很困難由于同步電動機結構較復雜博盈彩票注册链接,導致維護保養的要求較高,運行時又需要2種電源,特別是直流電源的需求,所有這些都將直接影響水泵機組的投資和維修費甩通過上面的分析,同步博盈彩票注册链接、異步電動機的起動和運行特征的比較可用表2來說明表2同步電動機與異步電動機的特征比較比較項目同步電動機異步電動機起動電流與鼠籠型異步電動機大致起動力矩小鼠籠型小,繞線型大轉差率無功率因數運行時超前,異步起動時滯后,高滯后,低勵磁裝置要不要機組造價高低維護保養復雜簡單從表2可以看出博盈彩票注册链接,同步和異步電動機都能滿足大中型排灌泵站對主泵配套電機的要求與異步電動機相比,同步電動機具有功率因數較高博盈彩票注册链接,運行時不僅不使電網的功率因數降低,相反地卻能夠改善電網的功率因數以及效率較高和效率曲線平坦等優點,但也存在著結構復雜,起動力矩小,起動過程技術要求高,失步時常需重新起動博盈彩票注册链接博盈彩票注册链接,控制和保護設備多以及投資和維修保養費用高等缺點。
  綜上所述,在當前我國電網已足夠強大,泵站的用電負荷在地區電網所占比重減少和長距離輸電電壓等級提高博盈彩票注册链接,電網供電質量比較好,并且越來越好的情況下,泵站采用同步電動機來對地區電網進行無功補償已無必要博盈彩票注册链接,即采用同步電動機的優點已不明顯,在此情況下,選擇異步電動機作為大中型軸流泵的配套電機更為合適。
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