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新型电磁调速电机在恒压供水系统中的应用

作者:BG真人平台 时间:2009-04-07

  早期滑差电机损耗大、不经济,滑差电机的调速应用范围相对较小。近年来国内厂家采用低电阻端环新技术开发成功的新型低损耗高效电磁调速电动机(即新型滑差电机),具有结构简单,维护容易,使用方便,运行可靠,性价比好,投资回收周期短等的优点。本文通过对一套应用在浙江省萧山市自来水公司第二水厂二级泵房的电磁调速自动恒压变流量供水系统的分析,指出新型滑差电机在大中型供水系统中的应用与其它类型的调速方案相比,具有一定的竞争优势。

  1、现场概况

  萧山市第二水厂于一九八九年十月建成投产,经过三期建设,至九五年形成了日生产自来水15万立方米的设计规模。二级泵房装有六组Y560-4、220K2/10KV的水泵配套电机,六组水泵采取并联供水方式。原泵机群中选择了其中一台安装了机械式调速装置--液力偶合器,该装置除了内部结构复杂、现场安装精度要求严格外,在使用过程中不仅油封性能差,污染了环境设备,而且检修频繁,不到七年的时间,检修费用超过设备新购价,手动恒压装置也不方便操作和掌握。后因原生产厂家停止该型产品的生产,零配件无法供应,自九五年十一月份液力偶合器故障后,泵房运转处于无调速设备的状况,靠频繁开停泵及开大或关小出口阀门的方式来调整泵机出口压力,运行能耗较高,生产成本上升。在这种情况下,厂方决定重新选择调速设备来替换已停用的液力偶合器。

  2、方案比较

  方案比较主要集中在变频调速、可控硅串级调速、滑差电机调速三者之间。

  由于与水泵配套的电机电压等级为10KV、功率为220KW,属高压、大功率电机。若采用变频调速装置,尽管具有安装简便、改造工程量较小、调速运行效率高等特点,是一种较为理想的装置。但高压变频器价格昂贵,经初步询价,需耗资100万元左右,且电机须作更换或作绕组改造,综合改造费用较高,投资回收期较长,据测算,需在七年以上。因此,从经济效益的角度考虑,直接采用高压变频调速装置在这种情况下不是十分适合。若采用低压变频调速装置,则用户需增购一套降压变压器(10000V/400V),电机需换成400V级,电机用动力电缆需重新铺设,按此方案改造,综合改造费用将在45万元左右,而且需涉及大量的土建及设备安装工作,所以,此方案也不是很理想。若采用可控硅串级调速装置,则需重新购买绕线式电机,而且串级调速装置及绕线式电机的价格也比较高,按此改造方案,综合改造费用将在50万元左右。从经济效益及一旦采用该设备后的技术维护方面等因素考虑,此方案仍然不值得推荐。

  最后,经过对新型高效电磁调速电机的性能及技术特征进行了解、分析,并走访已采用了该产品的一些供水企业,发现此产品在高压、大功率泵机上采用具有相当的优势:价格低、结构简单、维护容易、能够满足供水企业泵机的调速要求及精度

  3、新型滑差电机用于水泵调速的系统构成及工作原理

  应用新型高效滑差电机(普通鼠笼式异步电动机通过联轴器与新型高效电磁调速离合器连接即成)驱动水泵,通过压力传感器检测出水管网的压力,经过智能PID调节器对实际值(PV)与设定值(SV)的分析、比较、运算后,输出信号给调速电机的励磁电流控制器来控制滑差调速离合器的转速(在同一联轴器上的水泵轴转速也同时得到同速调整),以此来达到保证管网压力恒定的控制要求。因此,该系统能根据管网上用户用水量的变化,及时调节水泵转速以达到恒压变流量供水,同时亦可以达到较大幅度的节能和节水。在24小时管网需求水量不均衡的系统中,节电率一般可达到10%~40%(与不调速情形相比较),节水5%以上(恒压后,可进一步减少压力过高时的管网漏损以及用户水笼头处水压过高时,关闭不及时的浪费),管网的恶性爆管率可进一步降低,管网抢修开支减少,因此,该系统的应用可取得多种综合的社会效益和经济效益。

  4、系统的硬件设备及相关性能参数

  ①电动机:Y560-4,220KW/10KV,额定电流15.7aA,额定转速1488rpm

  ②水泵:14SA-10B,额定扬程48m,额定流量1080m3/h,额定转速1450rpm

  ③电磁调速离合器:YCTF450-4A,转矩1408N·m,励磁电压

  ④压力传感器:CECY电容式压力变送器,量程0~0.6MPa,电源DC+24V,输出DC4~20mA

  ⑤PID调节器:SR-63,电源AC220V,输入DC4~20mA,输出DC0~10V

  ⑥励磁控制器:CTK-3F,电源AC220V,输入DC0~10V,输出DC0~90V/0~10A

  在运行过程中,通过转速监测,测得了调速电机全速运行时的最大输出转速及泵机并联运行时,调速电机的下限输出转速。

  对调速电机输出转速的测量通过二条途径:(1)根据与测速发电机相连的励磁控制器上的数显转速表读取;(2)采用数显光电转速表DT-2236直接测量。测得的数值如下:

  拖动电机输出转速1488rpm,滑差电机输出转速为1459rpm,即滑差电机在正常运转时的最大输出转速可达到输入转速的98%;

  当滑差电机的输出转速下降,从流量计上显示泵机出水流量≤100m3/h,此时测得滑差电机的输出转速为1280rpm,此转速值约为滑差电机输入转速值的86%左右。这也是滑差电机拖动的水泵参与并联运行时,泵机运行速度的下限值。

  5、结论

  (1)新型高效电磁调速电机与普通的滑差电机相比,最高输出转速提高近14个百分点,即能达到原电动机输出转速的98%;效率提高至少10%,即最高效率可达到95%;因此,用于水泵调速,能满足输出最大流量和压力的要求。

  (2)滑差电机对拖动电机的电压等级要求不高,在高电压等级电动机拖动的泵组中,采用新型电磁调速电机较高压变频调速器在价格上有着极大的竞争优势;在低电压等级(380V级、660V级)电机拖动的泵组中,由于市场上的通用变频器的最高功率档大多数以220KW为最大容量,个别品牌产品也有达到280KW、315KW、355KW,而新型滑差电机成型产品的最大功率可达1500kw,但同容量及以上的通用变频器的产品在市场上很少见,且价格昂贵,在大功率范围的可选择性又占了绝对的优势。

  (3)滑差电机用于水泵调速时虽然会产生一定的滑差损耗,但与水泵工况改变带来的大量电能节省相比要小得多,换言之,从水泵运行的系统角度看,节电效果显著。而且滑差电机在中高速运行时效率较高,如应用在水泵调速运行以高速为主、中速为辅的场合,则这种调速方法十分适宜。

  (4)鉴于我国目前的电力电子方面的总体水平,新型高效电磁调速电机用于水泵的调速节电运行是符合现阶段我国国情的,具有较好的经济效益和社会效益,值得推广、应用。

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