试论内反馈高频斩波调速装置在水厂输水泵一托二使用

摘要：文章讲述了内反馈高频斩波调速原理、性能特点、运行情况，对水厂循环水泵使用内反馈斩波调速装置一托二运行方式在现实中的使用情况与实际节电效果进行了分析。

关键词：水电阻软启动；内反馈斩波；一托二运行方式；节能

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0057-03

杭州余杭水务有限公司是集供排水、营业销售、管线安装于一体的综合性中型供水企业，承担着为杭州市余杭区875平方公里范围的供水重任，目前公司供水区域内总供水规模为85万立方米/日，作为余杭水务有限公司下属运河分公司，供水制水能力到现在的12万吨/日，供水范围为临平城区、运河街道、余杭经济开发区，为了适应现代化水司的建设，公司把确保安全供水和提高产品质量、对外服务质量作为中心工作来抓，确立了“科学管理，确保优质供水，诚信服务，力求顾客满意”的服务质量目标。

1 内反馈斩波调速装置介绍

现在主要采用的是SSC-F5000系列高压内馈式高频斩波调速装置与相应的YRCT系列高压内反馈调速三相异步电动机配套组成调速系统，这种系统对拖动水泵、风机类负载使用具有良好的效果，能够实现平滑无级调速，是一种高效节能产品，对于不同的情况，能够使节电率达到20%～50%。

该系统将电机转子电压经整流变为直流电压，当斩波器导通时转子电流被斩波器短路，形成轴功率；当斩波器开路时，转子直流电流经有源逆变器反馈到电机反馈绕组，形成转差功率，通过改变斩波器的占空比，从而调节轴功率和转差功率的比例，即能改变电机转速。

内反馈电机是在原绕线式电机的定子上增加了一个反馈绕组，从而去掉了庞大的反馈变压器，提高了系统效率，它具有高效、良好的调速性能，与普通的绕线机具有互换性。

2 内反馈斩波调速装置工作原理

2.1 基本工作原理

高频斩波部分是一个BOOST升压电路，在斩波电路稳定工作时，对于某一个占空比D，输入电压Ui与输出电压UC之间，有方程式：

Ui=UC（1-D） （1）

转子电势为SE20，在转子整流电路电压平衡时，忽略二极管压降，暂不考虑整流电路的换相重叠压降，有方程式：

KuvSE20=Ui+IdR （2）

式中：

Kuv――转子电路整流系数

S――转差率

E20――转子电路开路电压

Id――整流电流

R――等效的转子整流电路及斩波电路总电阻

2.2 内馈式高频斩波调速装置

在内反馈电机的转子电路中，通过斩波器高频PWM调制调节大功率电子开关的开通和关断时间的比率，改变串入转子回路的等效电势的大小，从而改变转子电流来调节转速，并通过变流器和反馈绕组将转差功率回馈到电网，达到高效调速节能的目的。

2.3 调速节能的方法

通过内反馈高频斩波调速装置将电机的转速调下来，完全打开阀门，不使多余的能量无谓地消耗在阀门上（原技术是在电机工频运行状态下通过调节阀门或挡板来粗略地满足工业要求，浪费大量的电能），在满足工艺的前提下，将电机的实际使用功率降到最小，从而实现了调速节能的目的。内反馈高频斩波调速是所有调速中效率最高的一种调速方案。

3 内反馈斩波调速装置的组成与操作

内馈电机高频斩波调速系统由线绕式内馈调速电机及调速装置组成。

（1）内馈调速电机与普通线绕电机相比，除有定子绕组及转子绕组外，在定子槽内，增添了一个反馈绕组，取代串级调速装置中的外馈变压器。

（2）内馈电机高频斩波调速装置由水电阻软启动装置、转子整流器、高频斩波器、晶闸管相控逆变器及DSP控制器组成。

软启动单元由水电阻软启动器（ZYQ）、接触器KM1（KM3）、接触器KM2（KM6）构成。水电阻软启动器的一般启动电流控制为额定电流的1.1～1.3倍。

调速装置大量采用最新及成熟的技术、科研成果及新器件、新材料如大屏幕彩色液晶触摸屏，全中文操作界面；内置高速西门子PLC实现逻辑控制；DSP数字信号处理器实现了斩波器电流闭环和速度闭环控制；系统具有RS485和RS232通讯接口，可以方便地实现远/近程计算机控制，同时可以方便地实现与用户端DCS的远方操作。

调速装置可以实现两台电机的不同运行状态，主要实现以下运行状态：

（1）当负荷轻时，可以根据需要对单台电机进行启动，并调进入调速运行。

（2）当负荷增加时，如果一台电机不能满足生产要求，此时就可以将调速的设备转到全速，然后通过人机界面切换到另一台电机上，启动电机，然后再根据需要对其中的设备进行调速来满足恒定的水压，从而达到生产要求。

电机的切换过程与转换状态，可以看到设备的状态切换主要由接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8来完成。

现在我们将两台电机分别定义为：M1和M2。启动电机操作如下：

（1）首先通过K1、K2转换开关进行启动电机的选择，例如：当启动M1时，就将转换开关转到K1位置，此时接触器KM1将会吸合，做好启动备好状态，其他接触器全部处于断开状态（M2电机的接触器全部处于断开状态），将启动到全速时，接触器KM2、KM4将会吸合，此时一台设备就可以满足生产要求，将M1进行调速运行，在转到调速状态运行时，KM1和KM2将全断开，KM3和KM4将会吸合，设备此时就可以调整转速来满足恒压供水。

（2）如果一台设备不够，还要启动另一台电机，此时要将M1电机转到全速状态，然后将转换开关旋到K2位置，这时M1电机的接触器只有KM2处于吸合状态，KM1、KM3和KM4全部处于断开状态，M2的接触器KM5处于吸合状态，KM6、KM7和KM8处于断开状态，做好M2电机的启动备好状态，当M2启动到全速时KM6和KM8吸合，KM5和KM7处于断开状态，此时M2电机就可以转换到调速状态，如果需要将M1电机转调速，将转换开关旋到K1即可。K1、K2即为所控电机的转换开关。

（3）当需要停机时，DCS发出分闸信号，此时K1和K2的转换开关在哪个位置就将会停哪台电机。

（4）通过这样的方式，可以进行两台电机的切换来满足生产要求，这样两台高压电机就可以单独或并联运行来实现恒压供水的调节。

内反馈高频斩波调速装置采用先进的数字控制，实现了全自动控制。

4 显著特点

该产品具有电网快切功能、高压停电保护功能、不停电机检修装置功能等，功能齐全。

4.1 电网的快切功能

“科祺”产品在快切时，电机维持调速状态，不转全速，提高了系统的可靠性。内反馈串级调速装置和内反馈可控硅斩波（SCR）调速无此功能，快切时须转全速，同时要烧熔断器和可控硅。

4.2 高压停电保护

“科祺”产品在停电时，能平稳停车，提高了设备的可靠性。内反馈串级调速装置和内反馈可控硅斩波（SCR）调速无此功能，高压停电时，要烧熔断器和可

控硅。

4.3 节电率高

在综合节电率方面，内反馈斩波调速比高压变频器多节电3%～7%。一般节电率达到20%～50%。节电回收期短，一般在一年左右。

5 日常维护工作

为了更全面地保护设备，让一些基本故障能够在设备上得以显示，所以对于人机界面的设计必须格外注意，一个合理的设计能够使日常维护工作比较简单。再就是对人机接口的电流、电压值要做到24小时监控，如果有任何报警，一定要引起高度重视。

参考文献

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业

出版社，1997.

[2]高频斩波调速装置技术文件[S].上海科祺调速电气有限

公司，2005.

[3]许振帽.变频调速装置及其调试、运行与维修[M].北

京：兵器工业出版社.

[4]菲茨杰拉德.电机学（第六版）[M].北京：电子工业