高压电机调速技术现状
从现在市场情况看,高压电机调速技术可分为如下几种:
液力耦合器
在电机轴和负载轴之间加入叶轮,调节叶轮之间液体(一般为油)的压力,达到调节负载转速的目的。这种调速方法实质上是转差功率消耗型的做法,其主要缺点是随着转速下降效率越来越低、需要断开电机与负载进行安装、维护工作量大,过一段时间就需要对轴封、轴承等部件进行更换,现场一般较脏,显得设备档次低,属淘汰技术。
早期对调速技术比较感兴趣的厂家,或者是因为当初没有高压调速技术可以选择,或者是考虑到成本的因素,对液力耦合器有一些应用。如自来水公司的水泵、电厂的锅炉给水泵和引风机、炼钢厂的除尘风机等。现在,一些老的设备在改造中已经逐渐被高压变频替换掉。
高低高型变频器
变频器为低压变频器,采用输入降压变压器和输出升压变压器实现与高压电网和电机的接口,这是当时高压变频技术未成熟时的一种过渡技术。
由于低压变频器电压低,电流却不可能无限制的上升,限制了这种变频器的容量。由于输出变压器的存在,使系统的效率降低,占地面积增大;另外,输出变压器在低频时磁耦合能力减弱,使变频器在启动时带载能力减弱。对电网的谐波大,如果采用12脉冲整流可以减少谐波,但是满足不了对谐波的严格要求;输出变压器在升压的同时,对变频器产生dv/dt也同等放大,必须加装滤波器才能适用于普通电机,否则会产生电晕放电、绝缘损坏的情况。如果采用特殊的变频电机可以避免这种情况,但是就不如采用高低型的变频器了。
高低型变频器
变频器为低压变频器,输入侧采用变压器将高压变为低压,将高压电机换掉,采用特殊的低压电机,电机的电压水平多种多样,没有统一标准。
这种做法由于采用低压变频器,容量也比较小,对电网侧的谐波较大,可以采用12脉冲整流减少谐波,但是满足不了对谐波的严格要求。在变频器出现故障时,电机不能投入到工频电网运行,在有些不能停机的场合应用会有问题。另外,电机和电缆都要更换,工程量比较大。
串级调速变频器
将异步电机部分转子能量回馈至电网,从而改变转子滑差实现调速,这种调速方式采用可控硅技术,需要使用绕线式异步电动机,而现在工业现场几乎都采用鼠笼式异步电动机,更换电机非常麻烦。这种调速方式的调速范围一般在70%-95%左右,调速范围窄。可控硅技术*造成对电网的谐波污染;随着转速的降低,电网侧功率因数也变低,需要采取措施补偿。其优点是变频部分容量较小,比其他高压交流变频调速技术成本稍低。
这种调速方式有一种变化形式,即内反馈调速系统,省却了逆变部分的变压器,将反馈绕组直接做在定子绕组里,这种做法要更换电机,其他方面的性能与串级调速接近。
串级调速电机受转子滑环的影响,不能做到很大功率,滑环维护工作量也大,属于七八十年代的落后技术,工业应用已经越来越少。
电流源型直接高压变频器
这种变频器,输入侧采用可控硅进行整流,采用电感储能,逆变侧用SGCT作为开关元件,为传统的两电平结构。由于器件的耐压水平有限,必须采用多个器件串联。器件串联是一种非常复杂的工程应用技术,理论上说可靠性很低,但有的公司可以做到产品化的地步。由于输出侧只有两个电平,电机承受的dv/dt较大,必须采用输出滤波器。电网侧的多脉冲整流器为可选件,用户需要针对自己的工厂情况提出要求。这种变频器的主要优点是不需要外加电路就可以将负载的惯性能量回馈到电网。
电流源型变频器的主要缺点是电网侧功率因数低,谐波大,而且随着工况的变化而变,不好补偿。
电压源型三电平变频器
这种变频器采用二极管整流,电容储能,IGBT或IGCT逆变。三电平的逆变形式,采用二极管钳位的方式,解决了两个器件串联的难题,技术上比两个器件简单直接串联*,同时,增加了一个输出电平,使输出波形比两电平好。
这种变频器的主要问题是:由于采用高压器件,输出侧的dv/dt仍旧比较严重,需要采用输出滤波器。由于受到器件耐压水平的限制,较高电压只能做到4160V,要适应6KV和10KV电网的需要,更换电机是一种做法,但是造成故障时向电网旁路较麻烦。对于6KV电机有一种变通做法,就是将电机由星型接法改为角型接法,这样电机的电压就变为3KV;这种做法使电机的环流损耗上升,国内已经有烧毁电机的事例,有可能与此有关。还有的公司用这种变频器实现高低高方式,使容量比原来采用低压变频器实现高低高方式时大,但是高低高方式所存在的问题依然存在。
三电平变频器一般采用12脉冲整流方式。
功率模块串联多电平变频器
这种变频器采用低压变频器串联的方式实现高压,是电压源型变频器。它的输入侧采用移相降压型变压器,实现18脉冲以上的整流方式,满足国际上对电网谐波的较严格的要求。在带负载时,电网侧功率因数可达到95%以上。在输出侧采用多级PWM技术,dv/dt小,谐波少,满足普通异步电机的需要。可根据负载的需要设计变频器的输出电压,是解决6KV、10KV电机调速的较好办法。功率电路采用标准模块化设计,更换简单,所用器件在国内采购也比较*。
这种变频器采用低压IGBT作为逆变元件,与采用高压IGBT的三电平变频器相比,功率元件数目较多,但技术上较成熟。与采用高压IGCT的三电平变频器相比,功率元件数目较多,但总元件数目却较少,因为IGCT需要非常复杂的辅助关断电路。
由于整流变压器与功率模块的连线较多,因此变压器不能与变频器分开放置,在空间有限的场合不是很灵活
我国装备工业增速或回暖
我国装备工业增速或回暖
新兴产业是亮点
来源:机械工业联合会
对于我国装备工业来说,2015年是机遇与挑战并存、整体趋势向好的一年。既有政策红利释放、新一轮技术革命带动产业转型升级等有利因素,也有市场需求回升乏力、国际不稳定因素增加、企业融资环境较差等不利因素。
近日,工业和信息化部赛迪研究院发布了较新的中国工业和信息化发展形势分析和预测报告。报告称,回顾2014年,我国装备工业增速放缓;展望2015年,我国装备工业生产、出口增速将有望回暖,其中汽车工业增速放缓,机械工业运行出现分化,船舶工业继续回暖,智能制造装备产业发展*。
*还指出,2015年我国装备工业仍存在企业经营压力较大、技术创新投入不足及装备自主化推进较难等问题,应进一步加大智能制造装备支持力度,加快自主创新能力建设。
生产、出口增速或回暖
2014年以来,受国内外经济的综合影响,我国装备工业增速出现下滑。记者从赛迪研究院获悉,1-10月,我国规模以上装备制造企业工业增加值同比增长10.6%,其中10月当月同比增长9.1%,连续三个月处于10%以下。
依照目前趋势,四季度需求和投资不会有大的改观,预计2014年全年装备工业累计增速在10%左右。出口方面,预计全年出口交货值累计增速有望达到7%。
在此基础上,明年的局势或有所好转。赛迪研究院发布的报告指出,预计2015年我国装备工业增加值增速有望保持在11%左右。此外,受益于国家“一带一路”区域经济战略和400亿美元“丝路基金”,高铁、核电、工程机械等装备产品出口增速将大大提高,预计2015年全年出口增速将保持在8%左右。
需要强调的是,尽管出口方面近日好消息不断,但整体外部环境并不理想。今年以来,我国装备制造企业出口不仅遭遇欧美国家技术性、绿色环保、标准等壁垒,而且与包括印度、巴西、墨西哥在内的新兴经济体间贸易摩擦也在增多。由于国际经济复苏道路依然曲折,国际市场需求总体偏弱,各国产业间竞争激烈,明年我国装备工业产品出口面临的困难和风险依然较多。
关注智能制造和海工装备
此次发布的报告特别提到了智能制造装备、海洋工程装备等新兴产业。
2014年,为应对国内外市场需求的变化,装备制造企业积极调整产品结构,智能制造装备、海洋工程装备、先进轨道交通装备、新能源汽车等新兴产业发展取得明显成效,高端装备制造业产值占装备制造业比重已**过10%。
在重点统计监测的70种装备产品中,2014年1-9月有52种产品累计产量保持增长,其中,工业机器人、3D打印、新能源汽车、节能环保装备等国家产业政策鼓励的行业保持良好发展势头。
在船舶工业方面,截止2014年10月,中国造船完工量、新接订单量、手持订单量分别占世界市场份额的37.8%、52.7%和47.7%。其中,1-10月手持船舶订单量15355万载重吨,同比增长30.3%;新承接船舶订单量5373万载重吨,同比增长15.7%。展望2015年,造船完工量、新接订单量预计将保持增长,手持订单保持稳定。
另一个值得关注的领域是智能制造装备产业。2014年,我国智能制造装备需求动力强劲,工业机器人、服务机器人、3D打印、可穿戴设备成为新的行业增长点,需求规模呈现快速扩大的态势。此外,随着制定智慧城市发展专项规划城市的增多,相关装备如物联网设备、智能电网、智能仪器仪表等产业也迎来快速发展。
*预测,随着《国家增材制造发展推进计划》等一系列新政的出台和实施,以及新一代信息技术与制造技术融合的不断深入,2015年我国装备产品高端化、个性化发展趋势将更为明显。
装备自主化推进较难
虽然生产、出口整体趋势向好,但技术创新投入不足以及装备自主化推进较难的困局在2015年还将持续。
报告指出,装备工业技术投入水平不足已经成为我国自主开发核心或关键技术能力的一大障碍,主要体现在以下三个方面:
一是近几年我国企业研发投入强度一直徘徊在2%左右的低位区间,与发达国家4%~5%的水平相比还存在较大差距;二是多数研发投入用于跟踪模仿或配套技术的开发,而面向行业的基础技术研究投入严重不足;三是装备工业科技人员平均拥有量较低,科技活动人员占同期装备工业从业人员的比重仅在3%左右,低于工业发达国家5%以上的水平。
除了研发投入不足这一障碍,自主品牌装备还面临诸多难题。报告分析,进入2015年,自主品牌汽车将面临国外品牌汽车更为激烈的竞争,特别是新能源汽车自主品牌的发展压力较大。
此外,项目资金较为充裕的国家重点工程在采购时会倾向高端装备,但由于自主知识产权的首台(批)套高端装备缺乏应用业绩,工程建设方为规避风险而不愿尝试使用。国内用户的不信任使“首台套”装备产业化应用推广较难。
“比如大型煤化工空分设备,我们已经具备8万、10万、12万特大型空分设备的生产能力,但在国内市场100多台套的需求中,国内**企业只能争取到一两套。” 赛迪研究院的*预计,2015年国产高端装备发展的进程仍将缓慢。
针对上述现象,*建议,一是针对关键核心技术、基础技术与工艺技术的薄弱环节,充分发挥国家与行业重点实验室、工程技术研究中心等创新机构的作用;二是加大关键部件自主创新和产业化建设项目的支持力度,引导企业加大研发投入;三是鼓励企业、大学、研究机构深度参与国家科研任务,发挥国家重大专项的**作用等。