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外文翻译
毕业设计
(英文资料翻译)
英文题目:
1.Industrialenterprisesofreactivepowercompensation
2.Inductionmotorstartingmethodsandissues
中文题目:
1.工业企业无功补偿与节能
2.异步电动机启动的方法和问题
学院(系):
自动化学院
专业班级:
电气0907班
学生姓名:
唐羽
指导教师:
袁佑新
工业企业无功补偿与节能
摘自——《电力系统分析和设计》
摘要:
改善工业企业用电的功率因数是提高用电效率、节约电能的重要手段。
本文通过理论分析和应用实例说明了工业企业无功补偿的意义和作用,并针对目前工业企业供用电系统存在的问题,提出了改进意见和措施。
1引言
在工业企业中,绝大多数的用电设备属于感性负荷,这些设备在运行中要吸收大量的无功功率。
无功功率的增加使供电系统的功率因数降低,从而出现系统电压下降、电气设备得不到充分利用、增加线路损耗以及降低供电设备的供电能力等情况。
因而就地进行无功补偿、提高功率因数对降损节能有着极为重要的意义。
2补偿方式的选择
无功补偿分为集中补偿、分散补偿和就地补偿三种。
集中补偿,即在高、低压配电所内设置若干组电容器,电容器接在配电母线上,补偿该配电所供电范围内的无功功率,并使总功率因数达到规定值以上。
这种补偿方式只能补偿高、低压母线之前线路上的无功功率,它们相当于把无功功率源移到用电企业的配电所,使用户对供电系统要求的无功功率有所减少,达到供电部门所要求的功率因数。
而它们对配电母线以下的企业内部的变压器和线路的无功功率不能起到补偿作用,仍有大量的无功功率在企业内部线路上流动并产生损耗。
分散补偿是将电容器组分别安装在各个车间的配电盘处,这种安装方式可以使配电变压器以及变电所至车间的线路都可以由于无功负荷的减少而获得补偿效果。
就地补偿是把无功补偿器直接接在异步电动机旁或进线端子上。
集中补偿方式所用电容器组的容量较分组补偿或就地补偿要小,它的利用率则更高,缺点是对变、配电所各馈线并未得到补偿,仅减轻了电网的无功负荷。
分散补偿方式中的电容器组的利用率比就地补偿高,因此总需要量较就地补偿要小,是一种经济合理的补偿方式。
无功补偿应遵循“全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡;集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主;调压与降损相结合,以降损为主”的原则。
3补偿容量的确定
在电力网中无功功率的消耗是很大的,大约50%的无功功率消耗在输、变、设备上,50%消耗在电力用户上。
为了减少无功功率消耗,就必须减少无功功率在电网里的流动。
最好的办法从用户开始增加无功补偿,提高用户负荷的功率因数,这样可以减少发电机无功出力和减少输、变、配电设备中的无功电力消耗,从而达到降低损耗的目的。
补偿的无功功率容量
为
式中
—最大负荷日平均有功功率;
—未装设补偿装置前的功率因数实测值;
—装设补偿装置后所达到的功率因数值。
4无功补偿装置的作用
可以根据负荷变化情况决定采用静态还是动态补偿方式。
当负荷变化较为平稳时,应采用静态补偿方式,这不仅能较好地降低线路损耗,而且投资少;当负荷变化较大时,应采用动态补偿方式,稳定电压。
4.1降低线损
设在某一额定电压下,有功功率恒定不变,由于功率因数变化,其线路损耗变化率ΔP%为
从表4.1中可以看出提高功率因数对于降低电能损耗,提高经济效益具有十分重要的作用。
表4.1 功率因数与有功损耗百分率的对应数据
若在恒定有功功率条件下,原有的功率因数
为0.60,补偿后的功率因数
为1,0时,其线损率降低ΔΡ%为64%。
采用动态补偿装置,将电力电容器分组跟踪补偿,则可由原来不同的功率因数稳定在所规定的功率因数范围内,达到充分补偿的目的。
4.2线路、变压器的增容
线路、变压器的增容量ΔS为
加设补偿装置后,可提高功率因数,对企业的直接功率因数经济效益是明显的。
因为国家电价制度中,从合理利用能源出发,依据企业的功率因数值来调整电价高低。
这种补偿装置对企业和整个电力系统的经济运行都有着重大的经济效。
4.3改善电压质量
改善电压质量是指装设动态无功补偿装置前后,作用在补偿地点的线路电压稍有提高。
式中
—未装设补偿装置前
角的正切;
—装设补偿装置后
角的正切;
R、x—线路的电阻、电抗。
5工业企业供用电系统存在的问题与解决措施
图1为某重型机床厂供电系统示意图。
目前,该厂变压器总容量为17660kVA,共有20台变压器(1#~20#变压器),每台变压器的容量范围为50~1250kVA,变比为10kV/014kV。
变压器低压侧负载主要为电动机,如图中M1、M2、Mn所示。
一般情况变压器负载率基本上维持在28%~29%之间,最大负载时为7000kW。
5.1采用高、低压相结合的补偿方式取代高压集中补偿
从图中可以看到该厂供电网络的功率因数补偿是高压集中补偿,即只在变电所10kV的高压母线上接电容器组,而低压却没有采取任何补偿措施。
这种固定电容器补偿的方法会出现过补偿或欠补偿的情况,并且对二次母线以下的供电线路的功率因数补偿不起作用。
由于功率因数低而造成的线路损失和变电设备的损失是很大的,所以补偿时要尽量做到分级,靠近负载处安装电容器。
因而提出高压侧集中补偿和低压侧分散补偿相结合的补偿方式。
图5.1 某重型机床厂供电系统示意图
5.2改变供电方式,尽可能避免“大马拉小车”的现象
在设备选型时,要考虑留有一定的容量,防止重载时损坏设备,这样大部分时间都造成设备欠载和严重欠载形成“大马拉小车”运行。
由于该厂变压器的负载率基本上在28%~29%之间,说明变压器的装机容量过大,变压器容量不能充分利用,既浪费了设备投资又增加了电能损耗。
可以通过合理选择变压器的容量以及减少或限制用电设备轻载或空载的时间来防止“大马拉小车”现象。
5.3避免设备的空载运行
目前,该厂某些设备的空载运行严重。
在提高功率因数时,首先应考虑使设备合理运行,提高耗电设备本身的功率因数。
该厂主要负荷是交流电动机,其功率因数随它的负载而改变,电动机在空转时,功率因数约在0.1~0.3之间,额定负载时在0.8~0.85之间,因而应使电动机接近额定负荷状态下运行。
要把电动机功率因数提高,最简单的办法是用电容器和电动机并联,所以避免设备的空载运行是提高设备功率因数的重要途径。
5.4建议完善配电设备或对其进行重新改造
在现场测量数据的过程中,我们发现很多配电设备老化现象严重,没有电流表、电压表或者读数不准确,如镗床车间的配电房内完全没有电流表和电压表。
6经济效益分析
以该厂供电系统中的2#变压器为例,在低压侧加装电容器,使该厂采取高压侧集中补偿和低压侧分散补偿相结合的补偿方式,如图6.1。
图中2#变压器容量为800kVA,型号为S9-800/10,额定铜损耗为
=715kW,输电线路型号为YJV22。
取电价为0.55元/kW.h。
将功率因数由补偿前的0.59提高到补偿后的0.98,表6.1是利用测量仪器在现场测得的变压器运行时二次侧数据,现通过计算分析无功补偿降损节能效益。
图6.1 铸造车间供电图
表6.1变压器运行时二次侧数据表
6.1高压供电线路节电
全年节约电能
ΔW=
h
式中
—增加的线路电功率,
h—年运行小时数,取5000h。
经计算全年节约电能162217kW.h,一年内降低的电能损耗费8192万元。
6.2变压器节电
变压器的损耗主要有铁损和铜损。
提高变压器二次侧的功率因数,可使总的负荷电流减少,从而减少铜损。
全年节约变压器铜损耗电能
h式中
—补偿前变压器实际运行时的铜损耗电功率
ΔPCu2—补偿后变压器的铜损耗电功率
经计算全年节约电能3150kW.h,一年内节约变压器铜损耗电费173518元。
6.3功率因数调整电费
用户一年内减少因功率因数偏低多支出的罚金:
800×0.589×5000×0.55×17.22%(增收率)=22131万元补偿后用户一年内得到的功率因数奖金:
800×0.589×5000×0.55×2.7%(减收率)=315万元两项总计为25181万元由上述计算可知一年内合计增加纯收入34173万元,根据补偿容量需设备投资2715万元,9个月就能收回投资。
这说明针对该厂铸造车间的具体情况在变压器二次侧采用分散补偿的方式进行无功补偿是可行的,并且能取得长期且明显的经济效果。
异步电动机启动的方法和问题
摘要:
大容量的交流异步电动机有多种启动方法。
可选择的如全压启动、降压启动、自耦变压器启动、星三角转换启动、软启动、或者使用可调速驱动器,都有潜在优势和选择。
降压启动可以减小启动转矩,可以防止损坏负载。
此外,功率因数校正电容器可以用来减小电流,但选择的型号必须合适,否则将会造成电容器的严重损坏。
为电动机选择一个合适的启动方法,需要分析电力系统和启动负载以确保电机达到所需性能且成本最少。
本文将探讨最常见的几种启动方法以及它们的应用。
检索词:
电机启动降压启动自耦变压器星三角功率因数校正
Ⅰ.引言
异步电动机有多种启动方法:
全压启动、降压启动、星三角转换启动和部分绕组等类型。
降压启动包括固态启动器、变频启动和自耦变压器启动。
这些连同全压或者直接启动,当电动机的应用场合被确定后可以给购买者大量类型的变化。
每种方法都有它自己的好处,以及贸易业绩。
合理的选择包括对电力系统透彻的研究,负载的加速以及设备的全部成本。
为了使负载能够很好的加速,电动机必须产生比负载需求更大的转矩。
一般来说,在机械特性曲线上集中有三点。
第一点是堵转转矩(LRT),使电机由静止到旋转的最小转矩。
第二点是最小启动转矩,使电机由静止加速到出现制动转矩是的最小转矩。
最后一点是临街转矩,就是电机能产生的最大转矩。
如果任何一段虚线在负载曲线以下,则电机就不能启动。
如图1所示。
电机的加速时间是由负载的惯性以及电机的机械特性曲线和负载的特性曲线之间的差额决定的。
总的来说,电机的加速时间越长,则电机转子铜条、端环、定子绕组产生的热量也就越多。
这些热量会给这些部件带来额外的压力甚至还会影响到电机的使用寿命。
Ⅱ.全电压
全压文启动的方法也叫直接启动,是最早被使用的方法,且设备成本最低工作最可靠。
这种方法利用一个控制器闭合电流接触器给电动机输入全压。
此方法允许电动机产生最大的启动转矩使加速时间最短。
由于用此方法启动电机会使启动电流达到电机额定电流的六到七倍,因此方法也是给供电系统带来最大的压力的方法。
如果供电系统比较薄弱,大功率电机的突然启动不仅会使电动机的电压瞬间下降,而且会使给电机供电的整个母线端电压下降。
电压下降会使此电动机的启动转矩和工作在同一母线上的电动机的转矩下降。
异步电动机的转矩大约和输入电压的平方成比例变化。
因此,由于电压的大幅下降,工作在此供电系统的电动机可能停车。
另外许多控制系统监控器工作在低电压下,第二个全压启动时电压问题会使正在运行的电机离线。
同时,母线电压变化,直接启动的另一个问题驱动设备突然被加载。
由于瞬时转矩可以超过转子制动转矩的600%,这个冲击负荷会增加设备的磨损,如果负载不能承受由电机启动产生的力矩,甚至会造成灾难性故障。
A.电容器和启动
异步电动机功率因数通常很低,因此在开始有很大的感性无功。
如图2所示。
在启动时通过给电机增加电容器可以降低对系统的这种影响。
电机需要大量的无功电流滞后于输入电压90度。
这个无功功率不产生任何输出,但是这是电机运行所必需的。
输入电压产生无功功率和这个无功功率组成的可用无功功率功率表测量。
电容器担任提供一个超前90度的电流。
由电容器产生的超前电流取消了电机需要的滞后电流,降低了从供电系统输入的感性无功功率。
避免过电压和电机损坏应小心谨慎确保电容器被切除当电机达到额定转速时,否则由于功率损失,电动机利用由电容器提供的磁化电流将不会进入发电模式.这将在下一段和附录中详述。
B.功率因数校正
电容器也可永久留下提高满载功率因数,当使用这种方式时被称为功率因数校正电容器。
该电容器的容量不能大于电动机的励磁电流,除非当功率降低时他们可以和电机分离。
附加的电容器将会改变电机的开环时间常数,时间常数表示电机断电后电压衰减到原来的36.8%所需要的时间。
没有电容的典型值是两到三秒。
由于电容器和电动机的前端相连,在电机断开电源之后电容可以继续提供励磁电流。
这表明该系统的时间常数较大。
如果电机驱动高惯性负载,电动机会利用电容提供的励磁电流和负载的带动转变为发电状态。
这可能导致电机端部的电压上升到额定电压的50%。
如果在电压剧烈衰减之前再次通电会产生很大的开关电流和转矩,会造成电动机和驱动设备的严重损坏。
这种现象的例子在附录中有概述。
Ⅲ.降电压
每一种降压方法都是通过控制电动机的输入电压来减小电动机起动电流对供电系统的冲击。
在考虑具体的降压启动方法时,了解负载特性是非常重要的。
当电机制造商要确定他们的设计时必须知道电机的机械特性和被驱动设备的转动惯量。
可以通过初始状态或脱离转矩,以及不少于四个速度上升的数据点和全速时的转矩构成启动状态的曲线。
在很多情况下可以被假设成一个离心曲线或直角曲线,但是在一些应用场合这还是有问题的。
例如螺杆式压缩机在低速时比离心式鼓风机类负载需要更大的转矩。
通过详细了解负载的特性,厂商可以确定选择的启动方法可以产生足够大的力矩启动负载。
A.自耦变压器
电动机连接在变压器的低压侧。
80%、65%和50%是最常用的接头。
电压为原来的50%电流则为全压转子堵转时的25%。
电动机降低电压启动,当达到预先设定的条件时就切换成全压。
这个条件可以是预先设定的时间、电流、母线电压或者电动机的转速。
这种变化既可以采用闭环方式也可以采用开环方式。
采用开环方式在低压和全压切换时线路电压严重,应小心使用,以确保不会由于切换产生暂态问题。
这个潜在的问题可以采用闭环的方法消除。
采用闭环的方式可以给电机提供连续的电压。
利用自耦起动另一个好处是尽可能的降低了振动和噪音。
因为电机的转矩随输入电压的平方变化而变化。
应非常谨慎,以确保可以从电动机获得足够的加速转矩。
应该用驱动设备的机械特性和惯性来验证电动机的设计。
一个好的经验法则是至少有10%的额定转矩,作为该曲线各点的极限。
此外,对加速时间应进行计算,以确保电机有足够的热容量将电机在长时间加速时产生的热量散发掉。
B.固态软启动器
这些装置采用可控硅整流器或晶闸管,通过控制晶闸管的触发角,可以控制该装置产生的电压,并限制启动电流,在一个正弦周期中仅让部分通过,来启动电动机。
最常用的软起动器的类型是限流型,电流被限制在满载电流的175%到500%并编入装置中。
然后让输入电机的电压斜坡上升一直到限制值,并使保持电流不变使电机加速。
利用转速表和软启动器可以控制加速时间,软启动器调整输出电压使电机维持一个恒定的加速度。
关于启动力矩和其他降压启动方法有同样的问题,另一个问题是由于晶闸管的触发角会使电机产生振荡转矩,依靠驱动设备,可能导致系统共振。
B.星三角启动
用这种方法启动的异步电机,结构上每一相的引出端都被放置在电机的接线盒内。
这允许电机在初始启动时星形连接,然后重新接成三角形运行。
初始启动时用星形连接时电压降为原来的
,启动电流和启动力矩下降2/3。
根据应用,电机切换到三角形可在转速为50%到最大速度之间。
必须指出,同样的问题存在,包括先前谈到的切换方法,如果采用开路法,暂态过渡可能是一个问题。
这种方法经常用在低于600V的电机上,额定电压在2.3kV及更高的电机则不适合用星三角启动的方法。
Ⅴ.结论
异步电动机有许多启动方法,依据电力系统的制约、设备成本、负载设备来选择最好的启动方法。
从设备的角度来看,全压启动是最早的最便宜的方法,但它可能在使用效率上增加成本,或者该区域的供电系统不能满足其需要。
降压启动方式有效的缓解了供电系统,却以牺牲启动力矩为代价的。
这些方法也可能导致不得不加大电机尺寸以产生转矩带动所需的负荷。
采用变频器可以消除以上的两个缺点,但需要额外的增加设备成本。
理解应用的局限性,以及驱动设备的启动力矩和速度要求,可以让你为你的应用确定最佳的整体配置。
C.变频器
这种器件控制全面灵活,在一定量的电流可以产生最大的转矩,但同时也是成本最高的。
这种装置不仅电压变化,而且频率也同时变化,使电机的工作在一个恒压频比条件下。
这可以使电动机在整个调速度范围内产生满载转矩,最高可达10:
1。
在启动过程中,典型的电流值为额定电流的150%。
这使电动机带载启动时对电源的要求有很大的降低并减小了电机产生的热量,所有这些加起来,很大的提高了工作效率。
利用变频器也可以使小电机在低速范围内产生很大的转矩。
但电机的型号必须大于要带动的负载。
在电机加速时变频器可以允许一个很大程度的控制,而其他降压启动方式去不容易做到。
变频器相对于其他方式最大的缺点就是成本高!
使用成本高,只能在特殊电机的设计上使用。
基于驱动器的输出信号,滤波还是不滤波,都需要额外的装置。
这些结构特征包括绝缘轴承,铁芯接地刷和绝缘连轴中来自共模电压的潜在铁芯电流。
没有这些结构特征,铁芯电流通过铁芯、轴承、机壳形成回路,造成轴承弯曲使轴承过早的损坏。
当使用电机和驱动装置在危险环境和区域中时应该考虑这种潜在的危险。
电机用在变频器上的额外结构特征需要电机绕组有一个更好的绝缘系统。
没有滤波直接从驱动器出来的信号会在电机中产生谐波电压毛刺,威胁电机绕组的绝缘。
值得注意的是,在变频器上电机的这些特征可以用来启动和运行。
如果这些驱动仅用于启动电机,这些特征可能没有必要,可以和电机制造商协商申请具体的要求。
D.串电阻器或电抗器起动
这种方法是利用一个串联电阻或是电抗器放置在电机回路中。
串电阻启动方式在小电机上应用更频繁。
在电机启动时,电阻器限制涌流并使电机输入端的电压下降。
电阻可以选定使输入电压降为原来的50%。
随着电动机转速的上升,产生一个反电动势来对抗输入电压,进一步限制涌流。
随着涌流的下降,电阻器上的电压下降使电动机的转矩增加。
在预定的时间,电阻器将被短接,快速打开启动开关,将电阻器和电路分离。
这种方法提供了一个封闭式过渡并消除了暂态的开关效应。
电抗器有助于阻扰电流的突然变化,因此在启动时起限制电流的作用。
在启动结束后他们依然被短接掉并封闭的过渡到全压。
Ⅳ增量型
第一类启动方式,我们已经讨论了适用于电机能量的处理方式。
下一类型的处理方式不同,通过改变电机自身结构来处理启动问题。
部分绕组法,用这种方法,电机的定子是这样设计的,有两个独立的线圈组成。
最普遍的方法是半绕组法,顾名思义,其定子是有两个相同的平衡绕组组成。
因此被设定的特殊启动器全压加在一半绕组上,然后经过短暂的延时到另一半上。
这种方式可使启动电流和启动力矩降低50%到60%。
这种方法的一个缺点就是在电机启动的第一步发热比直接启动严重。
因此完成第一步的间隔时间应尽量减小。
这种方法在第一步时也会产生电磁干扰。
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