电气传动及控制系统的节能技术 韩春鹏

发表时间:2019/10/17   来源:《基层建设》2019年第21期   作者:韩春鹏1 叶盟盟2 宋斌杰3
[导读] 摘要:近年来,我国的工业化进程发展迅速,现代工业自动化生产也有了很大进展。
        河南省特种设备安全检测研究院焦作分院  河南焦作  454150
        摘要:近年来,我国的工业化进程发展迅速,现代工业自动化生产也有了很大进展。现代工业自动化生产中,电气传动及控制系统的应用越来越广泛。特别是在交通运输以及高端运载装备等领域的作用更为显著。然而,电气传动及控制系统的调速方式及传动技术的不足造成系统能耗增加。因此,本文就电气传动及控制系统的节能技术方面开展详细的论述。
        关键词:电气传动;控制系统;电机
        引言
        20世纪50年代,美国就研发出半导体功率的导体晶闸管,这也是变频技术应用的开端。由于直流电机功能已无法满足现代化电子技术应用要求,所以随着变频技术提升,直流电机逐渐退出市场。变频器通过矢量控制技术得到了更好的性能提升,相信随着电子技术不断升级,变频器也会变得越来越普及。
        1电气传动系统概述
        电气传动系统以电动机作为原动机,通过把电能转化成机械能,来带动机械、车辆和大型生产设备的正常工作。电气传动系统不仅效率高、性能强,还在节能环保方面得到了业内的认可,随着信息技术的不断发展,其可以实现的功能将越来越完善,下面将重点分析该系统在城市轨道交通中的应用和发展。
        2电气传动及控制系统的能量损耗
        随着现代工业生产的自动化需求不断加大,电气传动技术及控制系统不仅满足调速的要求,关键在于通过传动来精确控制实现目标位置和运动轨迹,这就为电气控制系统的发展带来机遇。然而,在电气传动及控制系统发展的同时还存在系统能量损耗的问题,导致电能转换为机械能的能量转换过程中利用率较低。那么如何提高能量利用率成为电气传动及控制系统的关键问题。目前,供给电气传动的电能消耗与电动机的结构形式及调速系统有关,合理选用变频调速系统则会有效降低能量转换过程中的能耗。此外,针对整个控制系统而言,还需要有针对性的改进和优化相关的模块和装置来控制电能的消耗,以实现电气传动及控制系统节能技术的发展。
        3电动机传动系统的发展
        根据电动机的差异可将其分为直流传动和交流传动两类。两者的特点差异主要是直流传动以冗杂的构造实现了简便的操作,而交流传动正相反,因其简单的构造使得其在一些操作上相对繁杂。电气传动系统中的电动机传动系统经历了从直流传动到交流传动的发展,在调速上实现了从直流调压调速到交流变频调速的改变。在之前阶段,直流电机因为其操作简便、性能可控等特点成为多数电气传动系统的选择,但是随着交流电动机调试技术的提升和变频性能的增强,交流传动开始得以发展,还有数控技术和半导体制造技术也促进了交流传动的发展。
        4在电气传动中的变频器使用
        就一个工厂水处理泵房项目而言,该项目整个过程是设计、制造、装运前测试、运输、安装和现场测试以及调试验收。主要传动电气设备包括测温制动箱、自动化零件及零配件、立轴混流式涡轮、汽轮机自动化零件、专用工具以及备件。结合工程地形和设计要求,工程需要按传统方法抽水,配备不同类型水泵,并由变频器控制。变频器通过改变水泵转速来改变水泵电流频率,对水泵转速、扬程、流量以及转速等参数进行变频处理,并对转速和扬程进行调节。原则上,它不应超过额定速度的35%,增长率不能超过6%;严禁超载动力机械,否则会导致机组振动并损坏设备。例如,当泵以额定速度运行时,为了降低泵的速度,变频器根据流量将额定速度从2.562m3/h降低到1.3624m3/h;频率下降至4.2%;输出电流频率设置为34.2Hz。

如果需要提高泵速,变频器可以提高效率,将流量从1.512m3增加到2.604m3,将流量增加至11.2%,并将输出电流频率设置为56.31Hz。该项目通过提高和降低泵速确保施工中的用水需求,在所有级别泵站由变频装置控制后,可以容易地控制每个步骤泵流量,从而消除排水和中断电流事故。变频器使用在节能,减排和降低成本方面取得了不错的成绩。变频器的运行还避免了由水锤危害等紧急停泵引起的各种问题,提高了工程运行安全性和稳定性。
        5低能耗、高性能电气传动及控制系统节能技术
        在现有研究中,针对电气传动及控制系统的能量流动过程,某高校研发出了具有自主知识产权的成套电气传动及控制系统的节能技术,该项技术突破了国内控制系统节能关键技术的瓶颈,而且技术中的装置和模块已经成功应用于各种领域,实现控制系统的能耗比普通变频器降低10%,控制系统的整体功率因数已经超越0.98。接下来,本文将对该控制系统的关键技术和装置进行详细的介绍和分析。该控制系统能量流动过程的主要能耗原因包含电力转换过程的开关损耗、电能传输过程的损耗和电机运行过程损耗。那么相应降低能耗的装置及技术可以总结为以下几种:(1)具有模块化特点的自适应无源软开关逆变装置,该装置主要考虑电力转换过程引起的开关损耗而进行的发明与创新,该装置主要包含高频三相无源软开关逆变电路拓扑结构以及软开关工作模式,而且极谐振结构无源软开关逆变装置的工作原理是经过设计谐振网络对系统流量流动进行控制,使得开关达到零电流接通与断开的效果,从而降低了能量流动过程中的开关能耗。此项技术已经解决了软开关应用于大功率三相逆变器的难题。(2)电能传输过程的损耗是电气传动及控制系统中较为严重的能耗问题,针对此问题,基于零序环流抑制的正负序电流及电压功率整体化控制技术应运而生,该项技术配备并联PWM整理装置,降低了在不平衡供电网络情况下无功优化和谐波补偿产生的损耗,将电能传输中的损耗降为最低。(3)电机运行过程的能量损耗问题也不容忽视,目前常选用传动系统能量调节方法,采纳具有负载适应能力的电机能量优化控制技术,该技术可以有效防止电机运行中出现能量无效损耗问题,保证电机的高效可靠运行。(4)基于以上三个过程中的能耗控制技术及装备,考虑电气传动及控制系统整体能量流动环节,系统能量全局相似动态优化技术不仅可以满足系统能量流动的安全可靠管理,而且可以有效降低每个流量传输环节的能耗。以上研究装置及各部分模块分别具有单独的故能和通用接口,因此该技术的应用灵活性较强,可依据不同的实际要求构建合适的控制系统。同时该项新技术可以与传统的电气传动系统进行良好配合连接,当采用该技术中的模块与装置时,那么就实现了对传统电气传动及控制系统的改良和革新。例如在卫星燃气轮机电变换及电梯电气传动等控制系统中,该项节能技术已经成功降低了整体系统能耗,为电机运行的节能和能源系统的优化提供了指导和参考,也为电能和机械能提供了较为高效的转换平台。该研究技术所构建的电气传动及控制系统节能技术适合应用        于传统产业(尤其是大型及高耗能的产业)的升级,有助于推动电气传动领域的科技提升,对提高东北老工业基地装备制造水平、加强高能耗行业的能源节约和能耗降低具有重要的意义。
        结束语
        综上所述,为了降低高耗能产业中的能源消耗,众多高校及企业从调速方式、传动技术及新装置的开发等方面进行开展研究,不同的调速系统及传动技术的能耗率存在差异性,因此应结合实际生产需要进行匹配调速系统。低能耗、高性能电气传动及控制系统节能技术的开发为电气传动领域的发展起到良好的促进作用,应该对该技术加大推广力度。
        参考文献
        [1]张化光.电气传动及控制系统的节能技术.建筑工程技术与设计2018(10):77-79.
        [2]朱可.现代矿山电气传动系统及节能技术发展现状.工业B,2017(015):66-68.
        [3]张师耀.电气传动中的节能问题.工矿自动化,1983,2017(10):48-50.
 
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