泵站主电机型式及调速方式的选择

摘要

随着水利事业的快速发展，我国新建了很多大、中型泵站。但国内对泵站的研究主要集中在流道的型式、水泵叶片设计以及水泵的选型上。而对主电机型式、调速方式等研究不多。
　　本文首先对目前我国的泵站系统进行调研。我国（特别是江苏省）泵站传统的主电机型式是同步电机，传动方式是直联，工况的调节主要靠调节叶片的角度。此外，不少大、中型泵站也陆续使用高速异步电机作为泵站主电机型式，高速异步电机需要搭配相应减速装置来调速，其相对同步电机大大降低了主电机的体积和成本，在泵站中运用较多。然而，目前采用新型主电机的泵站却很少，新型电机在泵站运用的相关研究更是少见，这与我国先进技术的快速发展，及相近行业新技术的大量运用极不相称。
　　然后，本文详细分析了三种新型电机:交流励磁电机、内馈电机以及双速同步电机，从原理、结构以及运行特点等方面对三种不同的新型电机进行研究分析。交流励磁电机采用转子变频的调速方式，在泵站调速时能实现无极调速;内馈电机是在定子附加绕组上增加一套内反馈绕组，实现能量的回收利用;双速同步电机则在季节水位变化时，能很好的发挥泵站优势，进行调水发电，保障人民生命和财产安全。本文着重对内馈电机的逆变控制系统进行设计，采用SVPWM的双闭环控制策略来实现内馈电机的单位功率因数调节，使内馈电机在调速过程中具有较高的功率因数。本文最后通过仿真验证了交流励磁电机和内馈电机能改善泵站的运行效率、节约能源，双速同步电机在调水时具有很强的灵活性，证明了新型电机在泵站中运用的可行性。
　　最后，本文根据泵站需求的不同及新型电机的特点给出了泵站主电机选择的参考。对于具有发电功能的泵站，建议采用双速同步电机;对水位变化不大但频繁的泵站，宜采用交流励磁电机、双馈同步电机或内馈电机，但从泵站投资成本考虑，定子侧变频设备投入过大，交流励磁电机又要增加一套变压器，因此，宜采用内馈电机。此外，泵站电机也可以采用同步电机与异步电机混装的方式，这样既能节约泵站的投资成本，又能提高功率因数。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外泵站技术发展现状和趋势

1．2 课题的研究意义

1．3 本课题研究的主要内容

第二章 泵站主电机的主要型式

2．1 泵站的组成

2．2 轴流泵的工作特性

2．3 泵站主电机的主要型式

2．3．1 同步电机

2．3．2 异步电机

2．3．3 同步电机与异步电机混装方式

第三章 泵站主电机的主要调速方式

3．1 直联方式

3．2 采用减速装置的调速方式

3．3 定子变频的调速方式

3．4 本章小结

第四章 交流励磁电机作为泵站主电机型式

4．1 交流励磁电机的原理

4．2 交流励磁电机的启动方式

4．3 励磁控制系统结构及控制策略

4．4 泵站使用交流励磁电机的调速性能分析

4．5 本章小结

第五章 内馈电机作为泵站主电机的型式

5．1 内馈电机的工作原理

5．2 内馈电机相对于高压变频电机在泵站运用中的优势

5．3 斩波串级调速系统的调速原理

5．4 基于SVPWM的控制器设计

5．4．1 SVPWM的原理

5．4．2 SVPWM实现

5．5 内馈斩波串级调速系统变流器的设计及控制策略

5．5．1 建立基于静止坐标系的三相电压型逆变电路数学模型

5．5．2 在两相旋转坐标系下的数学模型

5．5．3 PI调节器参数的设计

5．6 内馈电机的调速性能

5．7 本章小结

第六章 新型双速同步电机作为泵站主电机型式

6．1 双速同步电机的结构

6．2 双速同步电机在泵站中运用的历史与现状

6．3 同步电机变级转子的结构设计

6．4 双速同步电机在典型泵站中的运用

6．4．1 双速同步电机第一档转速的确定

6．4．2 双速同步电机第二档转速的确定

6．4．3 两档转速下运行时装置效率及比较

6．4．4 两种转速下泵站能耗分析

6．5 本章小结

第七章 泵站主电机型式及调速方式的优选

7．1 泵站主电机型式的选择

7．2 泵站电机调速方式的选择

第八章 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

声明