大功率变频器研制论文范文

大功率变频器研制论文范文第1篇

正弦脉宽调制和变频调速技术在工业控制领域的应用日见广泛。许多电力测试仪器都要求大功率、高性能以满足电力设备的测试要求。目前，市场上的大功率开关电源，其核心功率器件大都采用MOSFET半导体场效应晶体管和双极型功率晶体管，它们都不能满足小型、高频、高效率的要求。MOSFET场效应晶体管具有开关速度快和电压型控制的特点，但其通态电阻大，难以满足高压大电流的要求;双极型功率晶体管虽然能满足高耐压大电流的要求，但没有快速的开关速度，属电流控制型器件，需要较大的功率驱动。绝缘栅双极型功率晶体IGBT集MOSFET场效应晶体管和双极型功率晶体管于一体，具有电压型控制、输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、容量大等优点。用高性能的绝缘栅双极型功率晶体IGBT作开关逆变元件、采用变频调幅技术研制的逆变电源，具有效率高、性能可靠、体积小等优点。

2 工作原理

该电源采用高频逆变技术、数字信号发生器、正弦脉宽调制和变频调幅、时序控制上电和串联谐振式输出。电源具有效率高、输出功率大、体积小等优点，其总体原理框图如图1所示。

由数字信号发生器产生的正弦波被25kHz的三角调制波调制，得到一个正弦脉宽调制波，经驱动电路驱动逆变元件IGBT。改变正弦波的频率，幅值便可达到调频调幅输出，逆变输出为串联谐振式输出，将高频载波信号滤掉，从而得到所需频率的正弦信号。时序控制电路用来控制功率源供电电源在上电时缓慢上电，确保电源上电时电流平稳，同时还避免非过零点开关带来的冲击;在控制电路中还设计了故障锁定功能，一旦电源故障，锁定功能将禁止开通IGBT，当故障出现时，IGBT被锁点开通，这时大容量滤波电容会储存很高的电能。所以，电源部分有故障保护自动切断工作电源和自动放电功能，整机设计有双重过流、过压和过热等完善的保护功能。

3 控制与驱动电路

控制电路指主控电路，包括正弦脉宽调制波的产生，占空比调节和故障锁定电路。控制电路的正弦调制波，可根据实际应用情况调节其频率。驱动电路则采用三菱公司生产的IGBT专用驱动模块EXB840，该驱动模块能驱动高达150A/600V和75A/1200V的IGBT，该模块内部驱动电路使信号延迟≤1μs，所以适用于高达40kHz的开关操作。用此模块要注意，IGBT栅射极回路接线必须小于1M，栅射极驱动接线应当用绞线。EXB840的驱动电路如图2所示。

4 逆变与缓冲电路

该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路，主电路原理如图3所示。在大功率IGBT谐振式逆变电路中，主电路的结构设计十分重要，由于电路中存在引线寄生电感，IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi/dt不可忽视，由于本电源采用的是半桥逆变电路，相对全桥电路来说，将产生比全桥电路更大的di/dt。正确设计过压保护即缓冲电路，对IGBT的正常工作十分重要。如果缓冲电路设计不当，将造成缓冲电路损耗增大，会导致电路发热严重，容易损坏元件，不利于长期工作。

过程是：当VT2开通时，随着电流的上升，在线路杂散电感Lm的作用下，使得Uab下降到Vcc-Ldi/dt，此时前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1，通过VT1的反并联二极管VD

1、VT2和缓冲电阻R2放电。在缓冲电路中，流过反并联二极管VD1的瞬时导通电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。即ID1=IL+IC，因此IL和di/dt相对于无缓冲电路要小得多。当VT1关断时，由于线路杂散电感Lm的作用，使Uce迅速上升，并大于母线电压Vcc，这时缓冲二极管VD1正向偏置，Lm中的储能(LmI2/2)向缓冲电路转移，缓冲电路吸收了贮能，不会造成Uce的明显上升。

5 缓冲元件的计算与选择

式中：f—开关频率;Rtr—开关电流上升时间;IO—最大开关电流;Ucep—瞬态电压峰值。

在缓冲电路的元件选择中，电容要选择耐压较高的电容，二极管最好选择高性能的快恢复二极管，电阻要用无感电阻。

6 结束语

大功率变频器研制论文范文第2篇

1 MC33039、MC33035、IR2130及MOSFET组成的电机驱动电路简述

图1所示, 为MC33039、MC33035、IR2130及N沟道功率MOSFET组成的驱动控制电路。其中MC33035是MOTORORA公司研制的第二代无刷直流电控制专用集成电路, 它包含开环三相或四相电机控制所需的全部有效功能。MC33039电子测速器将无刷直流电动机的转子位置信号进行F/V转换, 形成转速反馈信号, 构成转速闭环调节系统。Jl控制电机转向, J2控制系统起停, J3选择系统开环或闭环运行, J4控制系统制动, J5选择转子位置检测信号为60°或120°方式, J6控制系统的复位。

MC33035集成电路产生用于控制三相桥的六路原始信号, 如表1所示。MC33035原设计, 底部输出用于驱动N沟道功率MOSFET, 顶部输出用于驱动P沟道功率MOSFET。

IR2130是美国IR公司生产的用于驱动大功率MOSFET或IGBT专用集成电路, 用一个+15V~20V单电源电源供电, 六路驱动。IR2130内部应用自举技术, 来实现同一集成电路可同时输出两个驱动逆变桥中高压侧与低压侧的通道信号。其中3个上半桥臂功率管驱动利用自举电容C7、C8、C9电压供电, 其值的大小与功率开关的栅极驱动要求和功率开关的最大“开通”时间有关;3个下半桥臂功率管与芯片共用一个电源。如图1所示。

2 由MOSFET组成的制动控制电路原理

在图1电路中, 加T1、T2、T3、T4、T5、T6开关管及外围电路可实现半桥调制的回馈制动方式, 使逆变器下桥臂的3个功率管 (T10、T11、T12) 有PWM开关动作, 而上桥臂的3个功率管 (T7、T8、T9) 总是截止的, T10、T11、T12各导通1200。T1、T2、T3用于控制上桥臂的3个功率管 (T7、T8、T9) , T1、T2、T3控制极接到R13、R14组成的分压电阻上, 调整R13、R14阻值, 使T1、T2、T3处于导通状态。T1、T2、T3漏极和源极分别与

表2正传驱动时MC33035与IR2130输出状态IR2130的HO1、HO2、HO3连接, 源极分别与逆变器上桥臂3个功率管 (T7、T8、T9) 控制极连接。R15、R16、R17 (1MΩ) 分别是上桥臂3个功率管 (T7、T8、T9) 加速关断电阻。处于常通状态的T4、T5、T6及外围元件R6、R7、R18、R19、R20用于控制逆变器下桥臂的3个功率管 (T10、T11、T12) , 目的是使电路对称。J7、J8联动, 当需要回馈制动时, 断开J7, 使T1、T2、T3关闭, IR2130失去对上桥臂3个功率管 (T7、T8、T9) 控制, 并在加速关断电阻R15、R16、R17作用下可靠截止。由于T4、T5、T6处于常通状态, 逆变器下桥臂的3个功率管 (T10、T11、T12) 依然按IR2130底部驱动LO1、LO2、LO3指令工作。由于J7、J8联动, 断开J7同时接通J8, 使系统处于巡航状态, 保证下桥臂的3个功率管 (T 1 0、T11、T12) 开关状态与转速同步。紧急制动时, 断开联动的J4同时接通J2, MC33035停止工作。

3 回馈制动升压原理分析

以电机转子霍尔位置状态为010、011时为例, 具体说明一个周期内电流的变化过程。此时T11接受P W M信号。图3所示为此时三相反电动势及电流理想波形图。

半桥斩波升压工作过程如下。

3.1 升压过程

当T11导通时, 绕组电感储能。根据第三相的反电动势又分为两个不同状态 (ec>0和ec≤0) 。

下面分别对其进行讨论。

(1) 当ec>0时的系统状态。

图4为ec>0 (见图3中t1~t2区间) 时的系统状态。由于反电动势的存在, 电机的A、B相通过T11、D12形成续流回路, 故电机中点电势U0=0。

此时因为0

(2) ec≤0时的系统状态。

图5为ec≤0 (见图3中t2~t3区间) 时的系统电流状态, 此时ec≤0, D13被正向偏置, 所以iC>0, 电机的A、B、C三相形成续流回路, 电感储能。

由于反电动势的存在, 无论在储能时的哪个时段, 三相电流幅值均会逐渐增大, 电机动能一部分以磁场能的形式储存在绕组电感中, 另一部分以热能的形式消耗在电阻上。

3.2 充电过程

如图6所示。根据控制原理, 当T11关断时, T12导通, 由于电感中电流的续流作用, 使得电感的感应电势与反电动势之和大于

蓄电池电压, 从而为蓄电池充电。此时, ec>eB, 二极管D 1 3被反偏截止, C相无电流, 即ic=0。充电回路:

充电电压随着iA的减小而减小, 直至iA减小到零。此时电感的感应电势与反电动势之和小于蓄电池电压, D7截止, 电路重复T11导通时储能过程。

4 结语

在由MC33039、MC33035、IR2130及功率管MOSFET构成的闭环电机驱动电路中, 在IR2130及MOSFET功率管构成驱动桥之间, 加由小功率MOSFET组成的控制电路, 可实现电动车辆制动或减速时, 关断驱动桥的上臂三个MOSFET功率管, 实现半桥斩波式斩波升压回馈。

摘要：目前中小型电动车辆常用MC33039、MC33035、IR2130及MOSFET组成电机驱动电路。电动车辆制动或减速时, 若电机的转速低于电机的额定转速, 无法实现能量回馈。本文主要介绍在IR2130及MOSFET之间增加电子开关, 关断驱动桥的上臂三个MOSFET功率管, 利用下半桥构成半桥斩波式斩波升压回馈电路, 实现电动车辆制动或减速时能量回馈。

关键词：MC33039,MC33035,IR2130,功率管,上桥臂,下桥臂,能量回馈

参考文献

[1] 吴颖杰, 王君艳, 贡俊, 等.能量回馈制动在电动汽车中的应用[J].上海电机学院学报, 2006, 6, 6 (3) .

[2] 肖本贤.小功率低成本的无刷直流电动机控制器研制[J].机电工程, 2000, 17 (1) .

大功率变频器研制论文范文第3篇

(1.国防科学技术大学，湖南 长沙 410073;湖南银河电气有限公司, 湖南 长沙410073 ;2.西南交通大

学电气工程学院, 四川 成都 610031)

摘要：本文首先对三表法和二表法在电机试验中的测量方式进行了比较，其次分析了电容电流存在时的电机功率测量方法及误差，并对两表法测量进行了改进，最后讨论了电容电流对功率测量的影响以及消除方法。

关键词： 电机试验，功率测量，二表法，三表法，电容电流

1,

21,3

A Brief Talk on Power Measurement of Variable Frequency Electrical Machine

Xu Wei-zhuan,DONG Xing-jian

(1.HuNan Yinhe Electric Co..Ltd, Changsha Hunan 410073, China 2.Department of Electric Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu Sichuan 610031, China;)

21,2Abstract: The comparison between double meter method and three meter method on Electrical Machine test is firstly introduced. Then the power measurement method and its error with capacitor current existing are analyzed. Next, a method to improve the double meter method is proposed. Finally, the influence and its eliminations are discussed.

Key words: Electrical machine test, Power measurement, Double meter method, Three meter method, Capacitor current 0 引言

随着变频调速技术的高速发展。变频电源作为电机试验电源，存在诸多的优势，但是，与区别于机组电源相比，变频电源存在一些机组电源所未遇到的问题。比如功率测试，《变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》[1]报批稿指出，“脉冲频率高的场合不宜使用两表法(Aron接法)。这是因有电容电流存在，输入电流相量之和可能不为零。因此，应采用每相用一个功率表的测量方法”。

本文首先分析了三表法和二表法的功率测量原理，随后就电容电流存在时的功率测量方法和误差，对三表法和二表法进行了对比，最后讨论了实际应用中如何处理电容电流对功率测量的影响。

iAANBCiBiC 图1 Y型三相电路

式中，iA(t)、iB(t)、iC(t)为三相瞬时电流，

uAN(t)、uBN(t)、uCN(t)为三相瞬时电压。

式(1),(2)即为三表法测量功率的原理，图2为三表法的测量电路。

*A*1 三表法和两表法功率测量原理 WW* 三相电路有功功率的测量方法有二种：三表法，两表法 [2,3,4]。图1为Y型接法的三相电路。

三相瞬时功率：

p(t)uAN(t)iA(t)uBN(t)iB(t)uCN(t)iC(t)

(1)

B*CN*W*平均功率：

图2 三表法测量电路

PUANIAcosAUBNIBcosBUCNICcosC

PAPBPC

(2)

由图(2)知，三表法测量功率的前提是三相

四线制，只有三相绕组为Y型连接，才能接成三相四线制。对于Y连接的三相负载，若中线N未引出，则有 iAiBiC0

(3) 另外 UABUANUBN，UCBUCNUBN

(4) 将上述式(3),(4) 代入式(1)，有

p(t)uAB(t)iA(t)uCB(t)iC(t)

(5) PUABIAcos1UCBICcos2P1P

2(6) 式中，1为UAB与IA的相位差，2为UCB与IC的相位差。式(5)、(6)即为两表法的测量原理，图3为两表法的测量电路。

*A*WBC*W* 图3 两表法测量电路

△连接时，有同样的结论。图3中，两个功率表的公共端接在B相，显然，两表法的接线方式共有3种，分别以A、B、C相为公共点。由两表法的推导过程可知，两表法的应用前提是iAiBiC0，故两表法适用于中线未引出的Y连接或△连接的三相电路，即适用三相三线制的三相电路功率测量，与负载是否对称无关。相反，三表法由于需要将中性点作为电压的参考点，只能用于三相四线制电路的功率测量，不能用于三相三线制电路的功率测量。可见，两表法和三表法的用途不同，一般而言，两者不能兼容，对于确定的电路，能采用两表法测量的，就不能采用三表法测量，反之，能用三表法测量的，就不能用两表法测量。有一种特殊情况，在三相四线制电路中，若中线无电流(例如，电源对称，负载对称的情况下)既可用三表法，也可用两表法。这也许就是部分人认为两表法只适合三相对称电路测量的原因。显然，这种认识是错误的。首先，对称电路，只在电路分析时有意义，对于测量来讲，并无实际意义。因为测量

是人类认知或检验的一个过程，而对称与否，是测量的结果，测量之前，我们并不知道其是否对称。 其次，对于对称电路来说，只需用一个功率表，读数乘以三即可，无需采用两表法或三表法。

2 存在电容电流时的电机功率测量

2.1 测量方法

对于变频器供电的三相系统中，当载波频率较高时，这些高频电压信号经过传输电缆时，会通过周围的杂散电容形成电容电流，在电机内部，包括轴承电容在内的各种分布电容也会形成电容电流，造成三相电流和不等于零，按照两表法的原理，此时采用两表法测量会造成误差。为此，国家标准《变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》报批稿指出，“脉冲频率高的场合不宜使用两表法(Aron接法)。这是因有电容电流存在，输入电流相量之和可能不为零。因此，应采用每相用一个功率表的测量方法”，标准中，未明确实际应用中面临的下述问题：

1. 多高的脉冲频率下，不宜使用两表法?

2.用一个功率表测量每一相是否就是三表法?

3.采用三表法，对于中线未引出的电机，如何测量?

4.采用三表法，是否可以忽略电容电流的影响?

杂散电容根据对功率测量的影响，可以分为两种，第一种，其电流最终回到电源，无中线系统，仍然有iAiBiC0;第二种，其电流通过地回路等泄漏，不再回到电源，可能导致无中线系统

iAiBiC0。本文主要考虑第二种杂散电容的影响，并以电容的对地电流影响为例，图4为存在对地电容电流的三相电路。

iiA1AAiA0iGiBiB1BB0iNiCiC1CC0

图4存在对地电容电流的三相电路

图4中。iA1，iB1，iC1为杂散电容引起的泄漏电流。iA0，iB0，iC0为电机绕组实际相电流，iA，iB，iC为总电流，有：

iAiA0iA1 iBiB0iB

1 (6) iCiC0iC1

T (7) P((uANiA0uBNiB0uCNiC0)dt0T(uAGiA1uBGiB1uCGiC1)dt)/T0 由于电容不消耗功率，式(7)的第二项为零，即： TP(uANiA0uBNiB0uCNiC0)dt /T

(8) 0 式(8)说明了两个问题，首先，功率与电容电流无关，其次，从测量角度看，除非电机三相绕组的始端和末端均引出，否则，iA0、iB0、iC0不易直接通过测量获得。为了方便测量，我们对P进行下述变换: TTP((uANiA0uBNiB0uCNiC0)dt(uAGiA1uBGiB1uCGiC1) dt)/T00TT((uANiAuBNiBuCNiC)dt(uANiA1uBNiB1uCNiC1)dt)/T00TT((uANiA1uBNiB1uCNiC1)dt(uNGiA1uNGiB1uNGiC1)dt)/T00 TT(uANiAuBNiBuCNiC)dt/TuNG(iA1iB1i)dt/T

(9) C100 电机试验中，对于较大功率的电机，往往只引出三根线，式(9)中，第一项可直接测量，第二项不易测量，其值取决于电容电流和负载中性点电位。在电容电流不能忽略的情况下，如何准确测量三相电机的功率，尤其是如何采用两表法准确测量功率，对电机试验功率测量具有现实指导意义。 2.2存在电容电流时的三表法测量误差

采用三表法测量的功率为：

T P3(uANiAuBNiBuCNiC)dt/T0

(10) TPuNG(iA1iB1iC1)dt/T0可见，三表法测量功率，并不能完全消除电容电流的影响，假设电容电流带来的附加误差为EP3，

则有：

TEP3uNG(iA1iB1iC1)dt/T

(11)

0当中性点接地时，uNG0，P3P。

2.3 存在电容电流时的两表法测量误差

以B相为公共端，采用两表法测量的功率为：

TP2B(uABiAuCBiC)dt/T0T

(uANiAuBNiAuCNiCuBNiC)dt/T

0TT(uANiAuBNiBuCNiC)dt/T0uBN(iAiBiC)dt/T0T(uANiAuBNiBuCNiC)dt/T0TuNG(iAiBiC)dt/T0TuBG(iAiBiC)dt/T0

TPu

(12)

BG(iAiBiC)dt/T

0 TEPuBG(iAiBiC)dt/T

(13) 0由于 iA0iB0iC00， 所以 iAiBiCiA1iB1iC1。

TEPuBG(iA1iB1iC1)dt/T

(14)

0同理，有：

TP2APuAG(iA1iB1iC1)dt/T

(15) 0

T

(16)

P2CPuCG(iA1iB1iC1)dt/T0 对于电机试验，一般而言，电机的三相绕组基

本对称，分布电容也存在一定的对称性。即：uNGuAG,uNGuBG,uNGuCG。故三表法测量结果较为准确。

3 两表法测量的改进

电机试验中，中线通常没有引出，导致无法采

用三表法进行测量。如何提高两表法的测量精度，具有积极的现实意义。将分别以A、B、C为同名端的三次两表法测量结果进行平均

PP2BP2C2P2A

3 (17) TPAGuBGuCG)(iA1iB1iC1)dt/3T0(uTP(uANuBNuCN3uNG)(iA1iB1iC1)dt/3T0 由于电机试验时，试验电源一般具有较好的对称性，当电源完全对称时，有uANuBNuCN0， 即 TP

(18) 2PuNG(iA1iB1iC1)dt/T

0 此时，测量结果与三表法测量结果相等，图5为测量原理图，图中采用能测量瞬时值的两个电压表和三个电流表，由于uCAuCBuAB，功率可按照式(17)求取。改进后的两表法的优点是适合三相三线制的功率测量。

AAVBAVCA 图5：改进后两表法测量原理图

4 分析与探讨

4.1电容电流对功率测量的影响

不论是三表法、两表法还是改进后的两表法，功率测量结果均受漏电流大小的影响。且其附加的绝对误差均与iA1iB1iC1成正比，iA1iB1iC1与电源电压有关，电压越高，尤其是高次谐波电压越高，iA1iB1iC1越大。其相对误差与功率P有关，当P越小，相对误差越大。即：电源电压固定时，负载电流越小，相对误差越大;功率因素越低，相对误差越大。就电机试验而言，同样的变频器，对于同一台电机而言，负载试验时，误差较小;空载试验时，误差较大。

4.2 分离负载电流与电容电流

不论是三表法、两表法还是改进后的三表法，功率测量结果均受电容电流大小的影响。在了解测

量方法和误差后，更重要的是如何分离负载电流和电容电流，实现用两表法或三表法准确测量功率。

不论是三表法还是两表法，测量到的线电流为负载电流与电容电流之和，我们称为总电流。电容电流的大小与载波频率有关，载波频率越高，电容电流越大，由于分布电容的容量较小，电容电流主要由高次谐波构成。由于电机负载呈感性，负载电流主要由基波和低次谐波构成。

理论上，我们可以通过对总电流的谐波成分进行分析估计电容电流的大小，较高次的谐波电流，主要是电容电流，基波电流及较低次的谐波电流，主要是负载电流。而实际上，不同特性的电机，对谐波的截止频率不同，我们很难用一个通用的，确切的频率值来衡量这个界限，从而不能有效地指导实际测量。实际测量时，更有效的办法应该是尽量减小电容电流。首先，对于线路电容电流，其大小与载波频率，脉冲上升时间，电缆长度有关，实际测量时，只要将测试设备尽可能靠近电机端，完全可以忽略电容电流的影响，还可减小线路电压降对功率测试的影响。其次，电容电流由高次电压谐波造成，而高次电压谐波除了增加功率测量误差外，还有诸多的危害，如：

1.在电缆传输环节，高次谐波会造成过冲电压，损

坏电机绝缘。 2. 在电机内部，高次谐波导致的轴承电流会损害电

机轴承。

3.高次谐波产生很强的电磁干扰，影响其它设备运

行。

因此，不论是电机试验还是工业运行的变频电源，都应该尽可能减小这种高次谐波。对于变频电机试验而言，若要求试验电源是正谐波电源，需要在变频器的输出加装正谐波滤波器。若要求模拟用户运行环境，可采用诸如dv/dt滤波器等低通滤波器以保护电机。只要采取了上述两种方式中的任意一种，均可大大减小电容电流，提高功率测试精度。

对于载波频率较高，而输出又未加装任何滤波器的变频器，可通过下述方法判断电容电流的大小。不引出中线或将中线悬空，采用三个宽频带的电流传感器，由于iAiBiCiA1iB1iC1，通过对三相电流的高速采样，运算其向量和，该向量和即为电容电流的向量和。

5 结论

电容电流存在，输入电流向量和可能不为零，对两表法或三表法测量均会造成附加误差。改进后的两表法测试误差与三表法基本相当。就电机试验而言，可通过就近测量和附加滤波器等方式减小电容电流，提高测试精度。

【参考文献】

[1]GB/T 22670-2008 变频器供电三相笼型感应电动机试验

方法[ S]. [2].邱关源.《电路(第五版)》[M].北京:高等教育出版

社,2006. [3] 龚立娇,吴延祥,李玲. 三相功率的测量方法[J],石河子大

学学报(自然科学版), 2005,(02) . [4] 刘丽君,伍斌. 三相电功率两表测量接线方法的研究[J],

大功率变频器研制论文范文第4篇

功率是设计点上原动机传给泵的功率，在实际工作时，其工况点会变化，

因此原动机传给泵的功率应有一定余量，另电机输出功率因功率因数关 系，因此经验作法是电机配备功率大于泵轴功率。 轴功率余量:

0.12-0.55kw 1.3-1.5倍

0.75-2.2kw 1.2-1.4倍

3.0-7.5 kW 1.15-1.25倍

11 kW以上 1.1-1.15倍

并根据国家标准Y系列电机功率规格选配。

根据API610标准电动机的额定功率,至少应等于下面给出的额定条件下功率的百分数。

电机铭牌额定功率泵额定功率的百分数

≤22kW 125%

22-55kW115%

>55kW110%

在选取电机功率应根据ISO5199加上— 安全余量。按ISO5199的安全余量.

0.81 1.1

1.1 1.5

1.7 2.2

3.2 4

4.3 5.5

6.1 7.5 9.1 11

12.8 15

15.91 8.5

19 22

26 30

32.5 37

40 45

49 55

68 75

81 90

100 110

所需泵轴功率至(kw) 选用电机输出功率(kw)

石油化工离心泵标准的选用

一、概述

离心泵具有性能范围大、流量均匀、结构简单、运转可靠和维修方便等优点，因此在工业生产中的应用最为广泛。除高压小流量时用往复泵，计量 时用计量泵，介质含气时用旋涡泵或容积式泵，黏性介质用转子泵外，其余场合一般均选用离心泵。据统计，在石油、化工装置中，离心泵的使用量占泵总量 的 70 %～ 80 %。

离心泵按其结构可分为悬臂式、两端支撑式、立式悬吊式等。

注：离心泵按其有无轴封来分，可分为有密封泵和无密封泵(也称无泄漏泵)，无密封离心泵分为磁力驱动泵和屏蔽泵。本文只对有密封泵的标准 作一剖析。

注：本表摘自API610第7版

二、常用标准说明 1. API610

API ，是美国石油协会 (American Petroleum Institute) 的简称。出版 API610 标准的目的是 为了提供一份采购规范，以便于离心泵的制造和采购。

API 610( 第七版 ) 是针对石油炼厂用离心泵提出的，其标准名为《一般炼厂用离心

泵 》 (Centrifugal Pumps for General Refinery Services) 。但实际上，使用 API610 标准 的不仅是炼油厂，石油、化工、天然气等领域均也常采用 API610 标准。为适用这一需要， 1995 年颁布的 API610( 第八版 ) 改名为 《 石油、重化学和天然气工业用离心 泵 》 (Centrifugal Pumps for Petroleum， Heavy Chemical， and Gas Industry Services) ， 并在内容上较上一版有较大的变动。

 API610 对节能问题备受关注。 API610 要求制造厂和使用厂在设备的制造、选用和运行等所用环节中积极寻求创新的节能方法。 如果这种节能方法能提高效率并降低使用期的总费用而不致牺牲安全或可靠性，则应鼓励采用。另外选择设备时的评定标准应以设备在使用寿命期内的总费用为准， 而不是以设备的采购费用为准。

在石油和化工领域，采用 API610 标准的场合较多。国际标准化组织也采纳了 API610 标准，付之于标准 号 ISO/CD13709 。

 目前最新版的 API610 是 2003 年发布的第 9 版，第 9 版的要求和第 8 版相比，许多方面的要求有所降低。由于泵厂 采用新版本的标准牵涉到许多模具需重新制作，因此到现在为止，泵厂生产的泵基本上还是第 6 ， 7 或第 8 版的泵。

2. ISO5199

ISO 是国际标准化组织的简

称。 ISO5199 ， Technical Specification for Centrifugal Pumps， Class Ⅱ ( 离心 泵技术规范 Ⅱ级 )， 主要依据是德国的 DIN 标准。其外形尺寸、性能符合 ISO2858 标准;底座符合 ISO3661 ;机械密封或软填料 用的空腔尺寸符合 ISO3069 ;性能试验 B 级符合 ISO3555 ， C 级符合 ISO2548 。

ISO5199( 包括等同或参照该标准的国家标准 ) 适用于卧式悬臂式离心泵，即表 1 中的 OH1 和 OH2 。符 合 ISO5199( 包括等同或参照该标准的国家标准 ) 的离心泵称为 ISO 泵。 中国的 GB5656/T ，德国的 DIN ISO5199 ，法国的 NF ISO5199 等效采用 ISO5199 ;英国 的 BS6836 等同采用 ISO5199 。

中国的 GB5662 ，德国的 DIN24256 ，英国的 BS5257 ，法国的 NF E44121 ，等效或等同采 用 ISO2858 。

3. ASME B73.1M/B73.2M

ASME 是美国机械工程师协会 (The American Society of Mechanical Engineers) 的 简称。

ASME B73.1M — 1991 Specification for Horizontal End Suction Centrifugal Pumps for Chemical Process ( 卧 式轴向吸入化工离心泵 ) 和 ASME B73.2M — 1991 Specification for Vertical In- line Centrifugal Pumps for Chemical Process ( 立式管道化工离心泵 ) 是美国国家标准，由泵厂和化工 生产厂共同编制， ASME B73.1M 标准仅适用于底脚安装的卧式悬臂式离心泵，即表 1 中的 OH1 。 ASME B73.2M 标准适用于 立式管道离心泵，即表 1 中的 OH3 、 OH4 、 OH5 。

其余的 ASME 化工泵标准有：

ASME B73.3M — 1996 Specification for Thermoplastical and Thmoset Polymer Material Horizontal End Suction Centrifugal Pumps for Chemical Process ( 卧 式轴向吸入热塑性塑料、热固性树脂化工离心泵 )

ME B73.5M — 1995 Specification for Sealless Horizontal End Suction Centrifugal 轴向吸入无泄漏化工离心泵 ) 。

合 ASME/ANSI 标准的化工离心泵称为 ANSI 泵。 4. GB3215 中国国家标准 GB3215 — 1989 《炼厂、化工及石油化工流程用离心泵通用技术条件 》基 5. GB/T5656 中国国家标准 GB/T5656 — 1994 《单级、单吸化工离心泵技术条件 》参照 ISO5199 编制吸入离心泵 (16Bar) 标注、性能和尺寸》参照 ISO2858 ， GB5661 《 轴向吸入离心泵机械ISO3069 ， GB5660 《轴向吸入离心泵底座和安装尺寸 》参照 ISO3661 。水力性能试验 按和旋涡泵试验方法》的 C 级或 B 级进行 ( 参照 ISO2548 、 ISO3555) 。 SH/T3139 中国石化行业标准 SH/T3139 — 2004 《石油化工重载荷离心泵工程技术规定》由中国石化工程建设公司、中国石化集团洛阳石化工程公司、中国石化集团宁波工程有限公司参编。 SHAPI610 ，并结合中国石油化工行业的特点，补充或制定了一些新的规定。该标准既反映了当，又作为石化行业对 工业装置用重载荷离心泵的基本要求，适用于我国石油化工行业重载荷括重载荷离心泵的性能设计，结构设计、材料选用以及 重要零部件的合理设计及配置等多个机组重要组成部分的辅助设备、辅助管道系统、控制和仪表等方面应遵守的准则;还对机 组等方面提出了要求。 7. SH/T3140 中国石化行业标准 SH/T3140 — 2004 《石油化工中、轻载荷离心泵工程技术规定》由中国石化工程建设公司、中国石化集团洛阳石化工程公司、中国石化集团宁波工程有限公司参编。ISO 5199 ，并结合中国石油化工行业的特点，补充或制定了一些新的规定。本标准既反映了术水平，又作为石 化行业对工业装置用中、轻载荷离心泵的基本要求，适用于我国石油化工购。主要内容包括中、轻载荷离心泵性能设计、结构 设计、材料选用以及重要零部件的合理时也提出了作为机组重要组成部分的辅助设备、辅助管道系统、控制和仪表等方面应 遵守的输及资料准备等方面提出了要求。

三、标准选用 1. 中、轻载荷离心泵

中、轻载荷离心泵是指能全部满足以下条件的离心泵：

 参数范围应同时满足： 额定排出压力 小于等于1.9MPa 泵送温度(介质温度) <225摄氏度

额定转速(汽轮机驱动时+5%) 小于等于3000r/min 额定扬程 小于等于120m 最高吸入压力 小于等于0.5MPa 悬臂泵的最大叶轮直径 小于等于333mm (1) 输送无爆炸危险性、和 / 或毒性中度、和 / 或毒性轻度的介质。

(2) 采用 ISO 2858 和 ISO 5199 — 1986 ，或 GB5662 和 GB/T5656 ， 或 ASME B73.心泵。 中、轻载荷离心泵一般采用 SH/T3140 标准，其在材料、设计、制造和试验等方面的要性相对 要差一些，当然价格也便宜许多。

类泵能满足一般化工用途的需要，常用于输送无爆炸危险性、毒性中度或轻度介质。美国， ITT/GOULDS 公司的 3196 系列，瑞士苏尔寿公司和大连苏尔寿泵及压缩机有限公司的泵业有限 公司的 IFW 、 IFS 系列，以及我国的 IH 系列 ( 含改进系列 ) 等均属此类泵 2. 重载荷离心泵

重载荷离心泵是指符合以下任一条件的离心泵：

(1) 除另有规定外，用于爆炸危险性介质和 / 或毒性极度和高度危害介质的场合。

(2) 用于无爆炸危险性、和 / 或毒性中度、和 / 或毒性轻度介质的场合，但操作条件 额定排出压力 大于1.9MPa 操作温度(介质温度) >225摄氏度

额定转速 >3000r/min 额定扬程 >120m 最高吸入压力 >0.5MPa 悬臂泵的最大叶轮直径 >333mm 载荷离心泵一般采用 SH/T3139 和 API610 标准。重载荷离心泵可靠性很高，一般要求连件)。其涉及的泵型涵盖了三大类泵，即悬臂式 (Overhung) 、两端支撑式 (Between Be(Vertical Suspended) ，如表 1 。其中 OH1 、 OH4 、 OH5 只有当买方指定和制造厂业供。

国 FLOWSERVE 公司的 SVCN7( 单级卧式泵 ) ， ITT/GOULDS 公司的 3700( 单级卧式 泵 司和大连苏尔寿泵及压缩机有限公司的 ZA 、 ZE 、 ZF 、 ZU( 单级卧式 泵 ) 、 ETL 原泵业有限公司的 UCW( 单级卧式泵 ) ，沈阳水泵厂的 SJA( 单级卧式泵 ) 等系 列均属其版次不一定全是第 8 版的。

3. 如何选用离心泵标准

不同标准的离心泵，其价格和可靠性有较大的差别。除业主或专利商特别指定需采用重载荷离心泵的场合外，其余场合应根据装置特点和工况条件 来选用离心泵的标准，做到既经济实用，又能满足装置和工况的要求。表 2 给出了石化行业离心泵标准的选用判据，供参考。

表2 石化行业离心泵标准的选用判据

条件1 超出以下参数范围的场合：

吸入压力≤0.5MPa(G)，排出压力≤1.9MPa (G)，介质温度<225℃，额定扬程≤120m，悬臂泵的最大叶轮直径 ≤333mm

条件2 泵送爆炸危险性介质的场合

条件3 泵送毒性极度或高度危害介质的场合

条件4 不设备用泵，且对泵的可靠性要求较高的场合

条件5 业主或专利商特别指定需采用重载荷离心泵的场合

判据 1. 符合条件1，或条件2，或条件3，或条件4，或条件5时，宜选用重载荷离心泵标准，即 “SH/T 3139+API 610”。

2. 除此，为降低设备采购费用，宜选用中、轻载荷离心泵标准，即“SH/T 3140+ISO 5199”，或“ SH /T 3140 + GB/T 5656 ”，或“ SH/T 3140 + ASME B73.1M/B73.2M ”。