基于单相至三相交交变频的静止进相器研究可研报告.doc

一、选题的必要性 项目所处技术领域产业政策； 在我国，电机所耗电能占整个工业用电的60-68%，而大中型电机又是许多工业企业的主要用电设备，因此，如何减少大中型电机的无功损耗成为许多工业企业节能降耗的关键。 2、项目所处技术领域技术发展现状； 目前，国内外交流绕线式异步电机无功补偿方式主要有：1）电机定子侧并联电容器；电机定子侧并联电容器只能补偿线路无功功率，不能降低电机定子电流；尤其是对高压电容器的安装场所、控制方式都有特殊要求，其投资往往较高。2）电机转子回路串接旋转式进项装置。由于串接于电机转子回路的旋转式进项装置是一种整流子旋转电机，自身有一定的功耗，且特别怕尘埃，使用寿命短，规格少，难于与异步电机达到最佳匹配。3）90年代初，国内市场出现了一种静止进项器，该装置是在上述两种无功补偿装置上发展起来的一种新型节能装置。它采用了变频技术，不怕尘埃，使用寿命长，维护方便等优点。但由于该系统只采用了开环控制，在变负荷电机中难以应用，因而限制了其推广应用的范围。所以，有必要研制一种能根据负荷变化，改变补偿量的闭环控制系统，提高系统性能。 项目技术先进性，对相关领域技术进步的推动作用； 目前，国内外交流绕线式异步电机无功补偿方式主要有：1）电机定子侧并联电容器； 2）旋转式进相;3）静止进相。其性价比见表1： 表1 电机无功就地补偿装置性价比较表 名称 电容补偿器 旋转式进相器 静止式进相器 性能 1.提高力率至0.95以上； 2.不能降低定子电流。 1.提高力率至0.95以上； 2.定子电流降低10%以上 1.提高力率至0.98以上； 2.定子电流降低10%以上 维护 困难 较困难 较容易 价格 加安装设施5万元左右 加附件3万元左右 2.7万元/台 预期投资回收期 26个月 18个月 17个月 从上表的性价比可见，静止式进相器有着明显的竞争优势。若采用本项目闭环控制进相器，其应用范围可推广至变负荷电机的无功补偿，因而，其应用前景将更加广阔。 目前在我国，电机所耗电能占整个工业用电的60-68%，而大中型电机又是许多工业企业的主要用电设备，因此，如何减少大中型电机的无功损耗成为许多工业企业节能降耗的关键。本系统使用后，以一台力率为0.85的380KW的绕线电机为例，力率至少可达0.95。若平均每月电费按20万元计算，使用该装置后仅力率电费就可减少1万元左右。若考虑节约有功功率，则可减少更多的电费。 4、项目目前进展情况。 近年来课题组在研究电机无功补偿方面做了大量的工作，先后承担了省教育厅项目“利用单片机控制的静止进项器的研究”和省测控中心企业预研项目“一种新型绕线式异步电动机功率因数补偿装置的研究”。课题组现已完成系统控制部分软硬件设计与制作及系统主电路设计，还有待于完成系统主电路、检测及保护电路的制作，并根据系统调试和使用结果，进一步完善系统。为尽快把该技术推向市场，研制出可投入市场的产品样机，我们申请本项课题。 二、技术方案论述 1、项目技术关键点或创新点论述，项目完成时达到的技术水平； （1）主要技术关键: 为实现闭环控制，提高产品性能，本系统的技术关键是： ①推导出功率因数-转子电流-变频输出电压之间的关系，完成进相算法的研究，以便根据在线检测的转子电流，经单片机数据处理，输出一个能自动跟踪电机转子电流变化的信号来控制变频器的输出，以实现系统的闭环控制。 ②变频器触发脉冲时序的研究，以确保变频器输出一个与异步电动机的转子电流频率相同且滞后转子电流90℃的电势，施加到绕线式异步电动机的转子绕组上，以改变电机转子电流的相位实现无功补偿；并使定子电流大幅度降低，从而达到节能的目的。 （2）创新点 ① 本项目提出采用单片机进行负荷监测，使系统能根据所检测负荷大小，通过恰当的算法及软件编程，实现大功率绕线式异步电动机无功补偿的闭环控制。 ② 用数字式电流传感器实现电机转子电流的在线跟踪检测； 用数字式温度传感器实现可控硅过热保护。 ③ 采用检测同一相上的晶闸管管压降均不为零实现零电流检测。 ④ 为简化主电路，减小变压器的容量，主电路采用单相至三相交交变频电路 （3）完成时达到的技术水平 目前静止式进相器大都采用开环控制，在变负荷电机中难以应用，因而限制了其推广应用的范围。为提高系统性能，本项目提出采用数控式闭环控制系统实现大功率绕线式异步电动机无功功率的自动补偿。因而项目完成后系统可达到国内领先水平。 2、项目技术方案论述：生产技术、工艺流程、主要技术参数； ① 变频电路选择：由于系统所需变频器输出频率较低（一般为1-2HZ），故系统变频电路可选择交-交变频。且为简化电路，减小变压器的容量，本系统提出采用单相至三相交交变频电路。 ② 零电流检测：为确保准确迅速的检测出电流的过零点，本系统提出采用检测同一相上的四个晶