凝结水泵变频系统的仿真运行.doc

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1、330MW机组凝结水泵变频系统的仿真研究摘 要近年来，随着火电厂对节能减排技术的迫切需求，对因此火电机组及其辅机设备的节能改造工作是非常重要的。一般电厂采用的凝结水泵都是定速驱动的水泵，通过改变出口阀的开度来调节流量，这种调节方式存在严重的节流损耗。本文通过对准能矸电330MW机组凝结水泵变频系统的仿真研究，比较了凝结水泵的节能改造方法，提出了水泵变频改造的计划。改造后运行表明，改造后有效减少了凝结水泵电动机起动时的电流冲击，并且节能效果明显，对于安全运行，延长设备的寿命都有着重要的意义，为火电厂凝结水泵变频改造提供借鉴。关键词：火电厂；330 MW直接空冷机组；凝结水泵；电动机；变频改造wo

2、rd文档 可自由复制编辑ZHUN NENG GANGUE ELECTRICITY OF CONDENSATE PUMP FREQUENCY CONVERSION SYSTEM OF 330 MW DIRECT AIR COOLING UNIT SIMULATION RESEARCHAbstractIn recent years, the urgent need of energy conservation and emissions reduction technology as the power plant, for thermal power unit and its auxiliary

3、 equipment of energy-saving renovation work is very important. Condensate pump general plant are used in constant speed pump driven by the opening, change the outlet valve to regulate flow, this regulation has the serious throttle loss. In this paper, aim at to bottles of condensate pump frequency c

4、onversion system of 330 mw power simulation, comparison of the condensate pump energy saving transformation method, proposed the water pump frequency conversion transformation plan. After transforming operation show that the modified effectively reduced the condensate pump motor starting current sho

5、ck, and energy saving effect obviously, and for the safe operation, has an important significance to prolong the service life of equipment, provide reference for power plant condensate pump variable frequency modification.Key Words： thermal power plant；330 MW unit；condensate pump；frequency-varying r

6、etrofit目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 研究背景及变频改造的意义11.2 国内外发展现状及发展趋势11.3 本文主要工作42 准能矸电330MW锅炉设备规范及直接空冷系统介绍52.1 锅炉型式及特点52.2 汽水系统62.3 风烟系统72.4 直接空冷系统83 发电厂凝结水泵介绍103.1 凝结水泵在电厂中的作用103.2 凝结水泵简介及其工作原理103.3 凝结水泵的参数及特征114 异步电动机调速144.1 异步电动机调速介绍144.2 变极调速144.3 变频调速144.4 变频器的调速类型164.5 变频控制回路中的PWM控制策略174.6 电厂凝结水泵变频

7、调速应注意的问题185 准能矸电330MW凝结水泵变频系统的仿真研究195.1 准能矸电330MW凝结水泵变频改造195.2 仿真研究算法说明215.3 凝结水泵变频改造的运行分析275.4 改造后优缺点295.4.1 变频调节优点295.4.2 存在的不足306 结 论31参考文献32致谢34word文档 可自由复制编辑1 绪 论1.1 研究背景及变频改造的意义 目前，在我国发电结构中，火电装机容量占74%，发电量占80%；因此火电机组及其辅机设备的节能改造工作是非常重要的。火电厂中的各类辅机设备中，风机水泵类设备占了绝大部分，而在国民经济高速发展的当代，火电机组调峰力度也随之加大，这些机组

8、的负荷变化范围很大，必须实时调节风机水泵的流量，蕴藏着巨大的节能潜力。目前调节流量的方式多为节流阀调节，他并不能大范围调节电动机的输出功率，所以浪费了大量的能源。随着世界能源危机影响范围越来越广，人们对节约能源的意识也越来越强，我国在电力行业的改革为适应新形势逐步的深化。降低发电成本发提高单位能耗的发电量，已成为各火电厂努力追求的经济目标，要求也越来越迫切。而采用变速调节风机和泵类达到节能目的，已成为共识。以前由于高压变频技术并不十分成熟，再加上价格昂贵等因素，使变频调速技术在火电厂高电压大功率交流传动中的推广应用较少。近年来，随着电力电子技术和微电子控制技术的飞速发展，高压变频技术日趋成熟，

9、可靠性和性价比得到大幅提高。 准能矸电电厂是两台 330MW 火电机组，由于负荷机组在用电高峰期间可以满发，但多数时期不能够保证满负荷发电，近年来节能降耗在火电机组中开展，创“两型”企业，降低厂用电率，通过调查其他火电厂的变频改造，证实火电厂采用高压变频调速后不但可以获得显著的直接经济效益，还可以改善调节品质、提高设备安全性，企业变频改造的投资通常可在 12 年内全部收回，采用变频凋速在技术和经济上都是可行的。1.2 国内外发展现状及发展趋势近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术，交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。而电机

10、交流调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段，而在交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术，它是交流调速的基础和主要内容。它以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 目前，变频调速技术，已广泛应用于低压电动机的调速传动中，随着技术的进步和制造工艺的提高，高电压大功率变频调速器生产技术也已逐渐趋于成熟，正逐渐应用于各个领域。例如，在大功率交交变频(循环变流器)调速技术方面，法国阿尔斯通公司已能提供单机容量达 3 万 kW 的电气传动设备用于船舶推进系统；在大功率无

11、换向器电机变频调速技术方面，意大利 ABB 公司提供了单机容量 6 万 kW的设备用于抽水蓄能电站；罗克韦尔自动化公司生产的 AB 变频器已经达到8500kW，德国西门子公司 SimovertA 电流型晶闸管变频调速设备单机容量为 105600 kVA 和 SimovertP GTO PWM 变频调速设备单机容量为 100900kVA；而目前性能最好的就是美国 ROBICON 公司推出的“完美无谐波”高压变频调速装置，采用多级低电压小功率 IGBTPWM 功率变换单元串联输出高压变频电能，并实现大功率集成。国外交流变频调速技术高速发展有以下特点： （1）市场的大量需求。随着工业自动化程度不断提

12、高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，并取得显著的经济效益。 （2）功率器件的发展。近年来高电压、大电流的 SCR、GTO、IGBT、IGCT 等大伯的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。 （3）控制理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；16 位、32 位高速微处理器以及信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。 （4）基础工业和各种制造业的

13、高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。 我国在高压电机变频调速领域起步较早，目前已有少数科研单位有能力制造，例如北京先行新机电技术有限公司研制成功高压大功率直接变换变频调速系统（HVF），单机容量已达 6000kVA（10.5kV），并已获得实际应用。这项技术在我国还处于萌芽状态，有大量的工作要做，且市场需求旺盛。但在功率器件发展、控制系统数字化和可靠性方面与国外还有相当的差距，其总体电气传动的技术水平较国际先进水平差距 1015 年。在大功率交-交变频、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。国内的交流变频调速技术产业

14、状况大致表现如下： （1）变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模。 （2）变频器产品所用半导体功率器件的制造业薄弱。 （3）相关配套产业及行业较为落后。 （4）产销量较少，可靠性及工艺水平不高。 交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。前者要解决电子器件的应用技术问题，后者要解决硬软件开发问题，其发展方向主要有以下几项： （1）实现高水平的控制。基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、磁场控制、直

15、接转矩控制和机械扭振补偿等；基于现代理论的控制策略，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样的自优化、自诊断技术。 （2）缩小装置的尺寸。紧凑型变流器要求功率和控制无件具有高的集成度，其中包括智能的开关电源，以及采用新型电工材料制造的小体积变压器（如水冷、蒸发冷却和热管）对缩小装置的尺寸也很有效。（3）开发清洁电能的变流器。所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为:网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量，以减少对电网的公害和电动机的转

16、矩脉动。对中小容量变流器，提高开关频率的 PWM 控制是有效的。对大容量变流器，在常规的开关频率下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的变换。 （4）高速度的数字控制。以 32 位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法，Windows 操作系统的收入使得可自由设计，图形编程的控制技术也有很大的发展。 （5）模拟与计算机辅助设计（CAD）技术。电机模拟器、负载模拟器以及各种CAD 软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。 今后主要研究的开发项目主要有以下几项：（1）数字控制的大功率交-交变频器供电的传动设备。 （2）大功率负载换流电流型逆变器供电的传动设备在抽

17、水蓄能电站、大型风机和泵上的推广应用。 （3）电压型 GTO 逆变器在铁路机车上的推广应用。 （4）电压型 IGBT、IGCT 逆变器供电的传动设备扩大功能，改善性能。如 4 象限运行，带有电机参数自测量与自设定和电机参数变化的自动补偿以及无传感器的矢量控制、直接转矩控制等。 （5）风机和泵用高压电动机的节能调速研究。众所周知，风机和泵改用调速传动后可节约大量电力。特别是电压电动机，容量大，节能效果更显著。研究经济合理的高压电动机调速方法是当今重大课题7。1.3 本文主要工作本文从节能的角度出发，介绍交流电机调速的几种方法，重点研究高压变频技术在电厂凝结水泵系统中应用的相关问题，分析比较了几种

18、常见的高压变频调速方案。下面简要介绍论文所要完成的任务：一：分析凝结水泵在电厂中的作用及其工作原理，分析凝结水泵改造前的运行各项参数，对其进行改造可行性分析。二：分析介绍交流电机调速的各种调速方案，并对各种方案的特点进行分析和比较。三：介绍凝结水泵怎样实现变频调速节能并分析凝结水泵在变频调速上面临的问题。研究手段及方法：一：制定出凝结水泵的变频改造方案分析比较各种变频调速方式，变频调速的控制方式，针对准能矸电330MW机组凝结水泵特性，选择最优变频改造方式。二：对定速凝结水泵进行变频调速改造并研究其节能效果。三：在仿真平台进行仿真研究，并说明改造后的优缺点与节能效果。2 准能矸电330MW锅炉

19、设备规范及直接空冷系统介绍2.1 锅炉型式及特点锅炉为亚临界、单汽包自然循环、一次中间再热循环流化床(CFB)锅炉；单布风板炉膛结 构，平衡通风、全钢悬吊、紧身封闭；高效汽冷式旋风分离器，锅炉前墙十点给煤，管式空预器；每炉配备6台滚筒式冷渣器。锅炉以定滑定方式运行，主要技术参数(BMCR工况)：锅炉制造商：东方锅炉(集团)股份有限公司；型式：单汽包自然循环、CFB锅炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、汽冷式旋风分离器、紧身封闭布置、全钢炉架悬吊方式、固态排渣过热蒸汽流量： 1177t/h； 过热蒸汽出口压力： 17.4MPa； 过热蒸汽出口温度： 540 ； 再热蒸汽出口温度： 540 ；再热蒸汽

20、流量： 969.3t/h；再热器进口/出口蒸汽压力：4.02/3.84MPa再热器进口/出口蒸汽温度：335.5/540给水温度：282.8 (高加切除后的给水温度为：173.5)空气预热器型式：卧管式空气预热器 进风温度：22.5一次风热风温度：297二次风热风温度：297排烟温度：145 锅炉保证热效率(按低位发热量)： 90 %；脱硫效率：90%钙硫比：2.5石灰石耗量：18.33t/h 锅炉不投油最低稳燃负荷： 30% BMCR。本锅炉为单汽包、自然循环、循环流化床燃烧方式。锅炉主要由一个膜式水冷壁炉膛、三台汽冷式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井(HRA)三部分组成。炉膛内前墙

21、布置有十二片屏式过热器管屏、六片屏式再热器管屏，后墙布置两片水冷蒸发屏。锅炉共布置有十个给煤口，全部布置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部是由水冷壁管弯制围成的水冷风室，水冷风室两侧布置有一次热风道，进风型式为平行于布风板从风室两侧进风，空预器一二次风出口均在两侧，一次热风道布置较为简单。一次风道内布置有两台点火燃烧器，炉膛密相区水冷壁前后墙上还分别各设置了两支床上点火油枪。六个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部，分别对应六台滚筒式冷渣器。炉膛与尾部竖井之间，布置有三台汽冷式旋风分离器，其下部各布置一台“U”阀回料器，回料器为一分为二结构，尾部采用双烟道结构，前烟道布置了三组

22、低温再热器，后烟道从上到下依次布置有两组高温过热器、两组低温过热器，向下前后烟道合成一个，在其中布置有两组螺旋鳍片管式省煤器和卧式空气预热器，空气预热器采用光管式，一二次风道分开布置，沿炉宽方向双进双出。过热器系统中设有两级喷水减温器，再热器系统中布置有事故喷水减温器和微量喷水减温器。锅炉整体支吊在锅炉钢架上。锅炉采用了单布风板式炉膛，不设外置换热器。整个炉膛从结构上分为上、下两个部分，其下部密相区的纵剖面为梯形，上部稀相区的纵剖面为矩形。锅炉的燃烧过程主要在下部密相区中完成，在这里，床料最密集且运动也最为激烈 。一次风由布风板进入燃烧室，二次风从前后墙水冷壁上布置的成排的二次风口中送入，实现

23、分级燃烧。如果锅炉负荷发生变化时，可通过调节上、下两层二次风风量来满足不同负荷的要求。取消了外置换热器，使得锅炉本体及辅助系统均变得较为简单，也使得锅炉的布置更为紧凑19。2.2 汽水系统锅炉汽水系统回路包括尾部省煤器、锅筒、水冷系统、汽冷式旋风分离器进口烟道、汽冷式旋风分离器、尾部竖井包墙过热器、低温过热器、屏式过热器、高温过热器及连接管道、低温再热器、屏式再热器及连接管道。锅炉给水首先被引至尾部烟道省煤器进口右侧集箱，逆流向上经过水平布置的螺旋鳍片管式省煤器管组进入省煤器出口集箱，通过省煤器引出管从锅筒筒身后侧进入锅筒。在启动阶段没有建立足够量的连续给水流入锅筒时，省煤器再循环管路可以将锅

24、水从锅筒引至省煤器进口集箱，防止省煤器管子内的水停滞汽化。本锅炉为自然循环锅炉。锅炉的水循环采用集中供水，分散引入、引出的方式。给水引入锅筒水空间，并通过集中下降管和与之相连的下水连接管及分散下降管分别引入水冷壁下集箱和水冷蒸发屏进口集箱。锅水在向上流经炉膛水冷壁、水冷蒸发屏的过程中被加热成为汽水混合物，经各自的上部出口集箱通过汽水引出管引入锅筒进行汽水分离。被分离出来的水重新进入锅筒水空间，并进行再循环，被分离出来的饱和蒸汽从锅筒顶部的蒸汽连接管引出。饱和蒸汽从锅筒引出后，由饱和蒸汽连接管引入汽冷式旋风分离器入口烟道的上集箱，下行冷却烟道后由连接管引入汽冷式旋风分离器下部环形集箱，上行冷却分

25、离器筒体之后，由连接管从分离器上部环形集箱引至尾部竖井左右侧包墙上集箱，下行冷却左右侧包墙后进入左右侧包墙下集箱，由包墙连接管引入前、后包墙下集箱，向上行进入中间包墙上集箱汇合，向下进入中间包墙下集箱，即低温过热器进口集箱，逆流向上对后烟道低温过热器管组进行冷却后，从锅炉两侧连接管引至炉前屏式过热器进口集箱，流经屏式过热器受热面后，从锅炉两侧连接管返回到尾部竖井后烟道中的高温过热器，最后合格的过热蒸汽由高过出口集箱两侧引出汽轮机高压缸排汽引入尾部竖井前烟道低温再热器进口集箱，流经低温再热器，由低温再热器出口集箱引出，经锅炉两侧连接管引至炉前屏式再热器进口集箱，逆流向上冷却布置在炉膛内的屏式再热

26、器后，合格的再热蒸汽从炉膛上部屏式再热器出口集箱两侧引至汽机中压缸。过热器系统采取调节灵活的喷水减温作为汽温调节和保护各级受热面管子的手段，整个过热器系统共布置有两级喷水。一级减温器（左右各一台）布置在低过出口至屏过入口管道上，作为粗调；二级减温器（左右各一台）位于屏过与高过之间的连接管道上，作为细调。再热汽温采用尾部双烟道挡板调温作为主要调节手段，通过调节尾部过热器和再热器平行烟道内烟气调节挡板，控制流经再热器侧和过热器侧的烟气量，达到调节再热汽温的目的。同时，为增加再热蒸汽汽温调节的灵敏度和保护各级受热面管子，再热系统也布置了两级减温器，第一级布置在低温再热器进口前的管道上（左右各一台），

27、作为事故喷水减温器，第二级布置在低温再热器至屏式再热器的连接管道上（左右各一台），作为微量喷水减温器。以上两级喷水减温器均可通过调节左右侧的喷水量，以达到消除左右两侧汽温偏差的目的19。2.3 风烟系统循环流化床锅炉内物料的循环是依靠送风机和引风机提供的动能来启动和维持的。从一次风机出来的空气分成三路送入炉膛：第一路，经一次风空气预热器加热后的热风从两侧进入炉膛底部的水冷风室，通过布置在布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的气固两相流；第二路，热风用于给煤机播煤风；第三路，一部分未经预热的冷一次风可作为给煤机的密封用风。经二次风空气预热器加热后的热二次风直接经炉膛下部前后墙的二次风箱分

28、两层送入炉膛。烟气及其携带的固体粒子离开炉膛，通过布置在水冷壁后墙上的分离器进口烟道进入旋风分离器，在分离器里绝大部分物料颗粒从烟气流中分离出来；另一部分烟气流则通过旋风分离器中心筒引出，由分离器出口烟道引至尾部竖井烟道，从前包墙及中间包墙上部的烟窗进入前后烟道并向下流动，冲刷布置在其中的水平对流受热面管组，将热量传递给受热面，而后烟气流经螺旋鳍片管式省煤器、管式空气预热器后在进入除尘器，最后，由引风机抽进烟囱，排入大气。“U”阀回料器共配置有三台高压头的流化风机，每台风机出力为50，正常运行时，其中两台运行，一台备用。“U”阀风主要作为返料器的流化风和松动风，其分路作为床上、床下油枪的密封风

29、和冷却风。锅炉采用平衡通风，压力平衡点在炉膛出口；在整个烟风系统中均要求设有调节挡板，运行时便于控制、调节19。2.4 直接空冷系统电厂直接空冷系统是汽机的排汽直接用空气冷却，汽机排出的饱和蒸汽经排汽管道排至安置在室外的空冷凝汽器中，冷凝后的凝结水，经凝结水泵升压后送至汽机回热系统，最后送至锅炉。电厂直接空冷系统主要包括以下系统:空冷凝汽器(ACC，Aircooledcondenser)，空气供给系统、汽轮机排汽管道系统、抽真空系统、空冷凝汽器清洗系统、空冷凝汽器平台及土建支撑。蒸汽从汽轮机出来，经过蒸汽管道流向空冷凝汽器，由蒸汽分配管道间空冷冷凝器分配蒸汽。目前直接空冷凝汽器大多采用矩形翅片

30、椭圆管芯管的双排、三排管和大口径蛇形翅片的单排管。空冷凝汽器由顺流管束和逆流管束两部分组成。顺流管柬是冷凝蒸汽的主要部分，可冷凝75%一80%的蒸汽，在顺流管束中，蒸汽和凝结水是同方向移动的。设置逆流管束主要是为了能够比较顺畅地将系统内的空气和不凝结气体排出，避免运行中在空冷凝汽器内的某些部位形成死区、冬季形成冻结的情况，在逆流管束中，气体和凝结水是反方向移动的。冷凝所需要的冷空气由轴流冷却风机从大气中吸入，并吹间换热器翅片。风机采用变频控制，系统可通过控制启停风机台数和对风机转速进行调整来控制进风量，能灵活的适应机组变工况运行，并且起到很好的防冻作用。抽真空系统由3100容量的水环真空泵组成

31、。泵连接逆流管束的顶部和主排汽管道。在启动的时候，不凝气体在抽真空系统中被压缩，并排到大气中。在部分排汽支路管道上设置蒸汽隔离阀，当冬季汽轮机低负荷运行或启动时，切断某几个散热端的阀门，将热量集中在剩余的散热端中，增加热负荷达到防冻目的。为防止灰尘附着凝汽器翅片影响系统散热效果，设立冲洗系统，冲洗系统由冲洗水泵以及管道阀门组成。直接空冷系统为一次冷却，直接空冷系统的主要优点有:不需中间换热介质，换热温差大，冷凝效果好;冬季防冻措施比较灵活可靠; 占地少;节省投资。不足之处是:汽轮机背压变幅大;真空系统庞大;风机群噪声大;厂用电高。2300MW直接空冷机组共两套空冷凝汽器(ACC)，每台机组AC

32、C共有6排冷凝器，每排冷凝器包括4个顺流管束和1个逆流管束以及5个单元空气供应系统(包括变频风机)。共计24个顺流管束、6个逆流管束和30台风机。空冷凝汽器的启动，运行和关闭是通过一个本身的操作系统或者包含在一个完整汽轮机的水汽循环控制系统内的。个别手动操作设备通过特别的功能组控制器控制。空冷器的主要控制参数是空冷器的背压。通常背压的调整是通过改变ACC管束的冷空气的流量，冷空气的流量是通过改变风机的频率实现的。通风系统的风机是通过变频控制器来实现一定范围的速度控制的。风机可以无级调速。通过管束的冷空气的速度来改变压力和温度是缓慢的。因此控制系统充分地考虑了相互之间的延迟，避免控制器出现振荡。

33、运行模式包括：自动模式、手动模式。3 发电厂凝结水泵介绍3.1 凝结水泵在电厂中的作用 凝结水泵是一种将原动机的机械能转换为叶轮输送流体（在电厂中为水）的压能和动能的一种动力设备，其主要作用是将凝汽器热井中的凝结水输送到除氧器，并为一些设备提供减温水。 在火力发电厂中，凝结水泵是实现动力循环的重要组成部分，是重要的辅机之一，其安全、经济运行对电厂的安全经济发电起着重要作用。3.2 凝结水泵简介及其工作原理 凝结水泵是一种将原动机的机械能转换为叶轮输送流体（在电厂中为水）的压能和动能的一种动力设备，其主要作用是将凝汽器热井中的凝结水输送到除氧器，并为一些设备提供减温水。在火力发电厂中，凝结水泵是

34、实现动力循环的重要组成部分，是重要的辅机之一，其安全、经济运行对电厂的安全经济发电起着重要作用。凝结水泵在正常运行时，凝汽器内的水位不能过高或过低。调整凝汽器内的水位是凝结水泵运行中的一项主要工作。电厂中的离心式水泵是依靠装在主轴上叶轮的旋转运动，通过叶轮的叶片对流体做功，提高流体能量，从而实现输送流体的。在泵壳内充满液体的情况下，只要原动机带动它们的叶轮旋转，则叶轮中的叶片就对其中的液体做功，迫使它们旋转。旋转的液体在惯性力的作用下，从中心向叶轮边缘流去，其压强和流速不断增高，最后以很高的速度流出叶轮进入泵壳内，此时开启出口阀门，液体将由压出室排出，这个过程称为压出过程；同时，由于叶轮中心液

35、体流向边缘，在叶轮中心形成了低压区，当它具有足够低的压强或具有足够的真空，使得叶轮中心处液体的总能头低于吸水池液面处的液体总能头时，液体将在这两个总能头差的作用下，经过吸入管进入叶轮，这个过程称为吸入过程。叶轮不断旋转，流体就会不断地被压出和吸入，形成了水泵的连续工作4。凝结水泵是依靠装在主轴上叶轮的旋转运动来使液体具有一定压力并流动的，泵的轴功率为： P=H*Q （3-1）式中：H-泵的出口压力； Q-泵的流量； 由式（2-1）可知:泵的轴功率P与泵的出口流量Q和出口压力H成正比。泵的流量Q越大,则凝结水泵的轴功率P就越大,泵消耗的电能就多,反之,则泵消耗的电能就少。我们知道 ,离心式水泵的

36、流量Q与泵的转速n有关 ,对同一台泵而言： Q1 / Q2= n1/n2 （3-2）即流量Q与泵的叶轮转速n成正比，泵的转速低，则泵的流量就少。电厂的凝结水泵是由电压等级为 6kV 的交流电机驱动的，对凝结水泵的调速实际而言是为水泵提供驱动力的交流电机的调速5。3.3 凝结水泵的参数及特征（1）水泵基本参数的定义 流量Q：单位时间流过泵的水量（m3/S）； 泵的出口压力 H：水流过时产生的压力。其中泵给予每立方米水的总能量称为水泵的全压 H1(Pa)，它是由静压Hg和动压Hd组成，即Ht=Hg+Hd；功率P：水泵工作有效总功率 Pt=QHt。 如水泵用有效静压Hg，则 Pg=QHg； 效率：水

37、泵的轴功率因有部分损耗而不能全部传给水，因此可以用水泵效率这一参数衡量水泵工作的优劣，按照水泵的工作方式及参数的不同，效率分别有： 全压效率：t=QHt/P （3-3） 静压效率：g=QHg/P （3-4） （2）水泵节流调节与变频调速调节的工况运行点比较图3-1 管路特性曲线与水泵特性曲线管路特性曲线与水泵特性曲线画在一张图上，r与n的交点即为工况运行点，也称稳定运行点，如下图所示：图3-2 工况运行点示意图当用节流调节使得流量由Q1变化到Q2时，工况运行点由A变化到B，如下图所示：图3-3 节流调节后工况运行点变化示意图若用变频调速方法将流量Q1变化到Q2时，工况运行点变化到C，如下图所示

38、：图3-4 水泵变频调速后的节能效果示意图由图所示，节流调节流量所消耗功率为OH2BQ2而变频调速调节流量所消耗功率为OH3CQ2，两者面积之差便是变频调速调节所节省的能量。由图可见变频调速调节模式的节能效果显著。又由于水泵的流量、转速、扭矩、功率之间有如下的关系： Q/Qe=n/ne，H/He=（n/ne），P/Pe=（n/ne） （3-5）式中：Qe泵的额定流量，He泵的额定扭矩，Pe泵的额定功率，ne泵的额定转速12。由此公式可知，理论上当流量下降20时，转速相应下降20，而功率下降了48.8，也就是节约电能48.8。可见，变频器调速节能效果非常显著12,13。4 异步电动机调速4.1

39、异步电动机调速介绍在过去由于科技的限制，使得异步电机无法在调速性能要求较高的设备上的应用。但交流电动机比起直流电动机来,省去了换向器,使得结构更简单、结实、紧凑,它具有维修工作量小、运行效率高、转动惯量小、动态响应快的特点。随着晶闸管技术等的发展，异步电机的调速性能也得到了很大的改善。目前交流电机的控制策略主要有矢量变换控制原理、直接转矩控制原理。从异步电机转速公式： n=(1-s)n1=(1-s)60f1/p (4-1)n电动机转速n1电动机同步转速s转差率f1电源频率p磁极对数可见，可以从下列三个方面来对异步电机的转速进行调节：（1）改变电机定子绕组的极对数p变极调速； （2）改变电源的频

40、率f1变频调速； （3）不改变同步速的调速方法： 改变电源电压调速； 转子串电阻调速； 转子串附加电动势调速。4.2 变极调速变极调速是通过改变电动机定子磁场产生的磁极对数，从而改变其理想空载转速来实现调速的方法。磁极对数的改变是通过改变电动机内部定子绕组的连接关系来实现，一般用于三相鼠笼式异步电动机实现变级调速。 变极调速是通过在定子内嵌置几套绕组或改变绕组的连接来得到不同的极数和转速。对于单绕组双速电动机，只要改变半相绕组中电流方向，即可改变极对数，但这种调速方法无法实现平滑无极调速，只适用于不需要平滑调速的地方，而电厂凝结水泵调速需根据需要进行平滑调节，故此种调速方式不适合电厂凝结水泵调

41、速。4.3 变频调速当改变电源频率f1时，由于同步转速n1与频率 f1之间存在下列关系：n1=60f1/p (4-2)转速与频率的线性关系如图所示：图4-1 电动机转速与频率的关系转速与频率是线性关系的，由于转速n与频率f之间为线性关系，从理论上分析调速范围在0100%内时，其线性度都很好，因此变频调速是当今电力系统节能降耗应用中较为广泛的一种节能方式。异步电动机正常运行时，可以认为： U1E1=f1 w1 kw1 m (4-3)上式中， w1 电机绕组匝数；kw1 基波绕组因数；m 主磁通。所以如果U1不变，则磁通m 随频率f1的改变而改变，一般电机在设计中为了充分利用铁心材料，都把磁通m的

42、数值设计在磁化曲线的膝点，因此，如果频率从额定值下降，则会引起磁通的增加，随之使激磁电流急剧上升，功率因数下降；反之，若频率升高，则m会下降，电机允许的输出转矩降低，电机得不到充分利用。所以在调频的同时还要调压，应使U1、f1成比例地改变。变频调速是通过改变连接到电动机的电源频率从而改变电动机的空载转速来实现调速的一种方法。它调速范围大，稳定性好，既可实现恒转矩调速，又可实现恒功率调速，属无级调速。在现代社会，由于半导体技术的飞速发展，变频调速技术不断成熟，已被广泛应用到社会生产中的各个领域，成为三相异步电动机电气调速主要实现方法之一。如果凝结水泵采用变频运行方式，泵的出口压力减小，再循环调节

43、阀之后的管道内发生汽化的可能性小，减小凝结水再循环管道及其调节阀发生振动，在机组负荷较低时，保持泵的管路特性在节流最小的工况下运行。即通过改变泵的流量特性的工作点来改变流量，使凝结泵的出力随机组负荷的改变而变化。这样可以大大减少节流损失，降低能耗14。4.4 变频器的调速类型变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。 1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器

44、。由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/31/2,所以不能高速运行。 2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。它根据直流部分电流、电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种：（1）电流型变频器 电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压波形接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器。 （2）电

45、压型变频器 电压型变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器。 由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，所以其主要优点是运行几乎不受负载的功率因数或换流的影响，它主要适用于中、小容量的交流传动系统。与之相比，电流型变频器施加于负载上的电流值稳定不变，其特性类似于电流源，它主要应用在大容量的电机传动系统以及大容量风机、泵类节能调速中。 由于交-直-交型变频器是目前广泛应用的通用变频器，所以本次设计中选用此种间接变频器，在交-直-交变频器的设计中，虽然电流型变频器可以弥补电压型变

46、频器在再生制动时必须加入附加电阻的缺点，并有着无须附加任何设备即可以实现负载的四象限运行的优点，但是考虑到电压型变频器的通用性及其优点，在本次设计中采用电压型变频器17。4.5 变频控制回路中的PWM控制策略控制回路是为变频器的主电路提供通断信号的电路，其主要任务是完成对逆变器开关元件的开关控制，控制方式有模拟控制和数字控制两种。脉宽调制(PWM)技术是利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频控制并消除谐波的技术。 脉宽调制技术在逆变器中的应用，对现代电力电子技术、现代调速系统的发展起到了极大的促进作用。近几年来。由于场控自关断器件的不断涌现。相应

47、高频SPWM(正弦脉宽调制)技术在电机调速中得到了广泛应用，不仅能及时、准确地实现变压变频控制技术，而且更重要地是抑制逆变器输出电压或输出电流中的谐波分量，从而提高了电机的工作效率，扩大了调速系统的调速范围。实际工程中目前主要采用的PWM技术是正弦PWM(SPWM)，这是因为变频器输出的电压或电流波形更接近于正弦波形。 根据电机学原理，交流异步电动机变频调速时，如果按照频率与定子端电压之比为定值的方式进行控制，则机械特性的硬度变化较小，所以在变频的同时，也要相应改变定子的端电压。若采用等脉宽PWM调制技术实现变频与变压，由于输出矩形波中含有较严重的高次谐波，会危害电动机的正常运行。 为减小输出信号中的谐波分量，一种有效的途径