氢能发电机空气供给系统变频控制技术初探陈海清(解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007)理的基础上,提出了基于PEMFC氢能发电装置空气供给驱动系统采用交流感应电机和矢量控制变频调速技术。通过比较矢量控制的几种方案,提出采用间接转子磁场定向电流注入型感应电机矢量控制方案,并对其进行了仿真研宄。:质子交换膜燃料电池;氢能发电;变频调速;由于传统能源资源有日趋耗尽之势,特别是近年来环境污染对人类可持续发展的影响,无污染、高效率的新能源发电技术及其研究在世界范围内受到高度重视。燃料电池被公认为是继火电、水电和核电之后的第四代新型电源,它采用氢为燃料,氧气或空气为氧化剂,通过电化学反应直接将氢能转化为电能(故称为氢能发电装置),具有清洁高效的特点。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种以聚合物质子膜作为电解质的燃料电池,因其工作温度低、噪声小、无烟气排放等特点,成为21世纪*佳的电动车电源而受到各界高度关注,并己在国内外掀起研发和应用热潮。空气进给系统作为PEMFC氢能发电装置的关键组成部分,己成为PEMFC氢能发电技术应用研究的关键领域之一。
目前氢能发电机的空气供给驱动系统多数采用直流电机带动送风机将空气送入燃料电池电堆,虽然系统结构简单、设计容易,但电机容量必须按发电系统的*大需风量设计,使给气系统的功率始终接近*大值,导致空气供给系统功耗大,发电系统成本高且维护量大,对稳压阀的要求也很高,极大地降低了发电系统的整体性能,并影响PEMFC电堆本体的寿命,成为阻碍氢能发电系统实用化的重要障碍之一。由于直流电机在结构上存在机械换向器,使其具有一些致命的缺点,如维护困难,寿命短,造价较高,单机容量和*高电压也受到一定限制,特别是直流电机换向时产生的火花可能危及氢能发电站的安全。相反,感应电机转子侧的电流由电磁感应产生,没有换向器,结构简单牢固、体积小、重量轻、工作可靠、维护方便、价格低廉、可工作在恶劣环境、技术成熟等优点,因此采用感应电机代替以往的直流电机驱动风机并采用变频调速控制构成氢能发电机空气进给驱动系统,成为氢能发电系统实用化、产品化应用研究的一个重要方向。
1感应电机变频调速的原理及控制方式1.1感应电机变频调速原理感应电机转速的一般表达式为:f电源频率;s转差率;p极对数;由上式可知:异步电机的转速n与电源频率/、转差率s、极对数p等三个参数有关。改变任一参数都能实现转速的调节。但变极调速是有级调速,而以改变转差率s为目的的各种调速方法,如定子调压调速、电磁调速、转子变电阻调速都是耗能型调速方法,只有变频调速是*为理想的调速方法。变频调速通过改变电源频率/来调节电动机转速,只要均匀改变输入交流电机的电源频率就可以均匀平滑地改变电动机的转速。