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电机系统节能方案方案


电动机系统节能技术

电动机系统节能技术概述 电动机节能概念: 主要包括更新淘汰低效电动机及高耗电设备;节能电动机概念和技 术,合理匹配电动机系统,提高电动机效率;以先进的电力电子技术 传动方式改造传统的机械方式,实现被拖动装置控制和设备制造;推 广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统技术、优化电动 机系统的运行和控制。 电动机的损耗和效率: 电动机在将电能转换为机械能的时候,本身也消耗一部分能量。这些 损耗一般可分为绕组损耗、铁芯损耗、风摩损耗和负载杂散损耗。 电动机的效率是有效输出功率与输入功率之比。 有效输出功率是输入 功率与电动机本身功耗之差。 有效地减少自身功耗可以达到提高电动 机效率的目的。 高效电动机: 高效电动机(YX、YX 等系列)通常指高效率三相异步电动机。效率 水平能达到或超过电动机能效国家标准(GB18613-2002)所规定的节 能评价值的电动机。 电动机能效国家标准:

电动机能效国家标准是“中小型三相异步电动机能效限定值及节能 评价值”,国标号为 GB18613-2002。由国家质量监督检验检疫总局 于 2002 年 1 月 10 日发布,2002 年 8 月 1 日实施。能效限定值是电 动机最低效率允许值,是强制性指标;节能评价值是高效电动机的认 定值,是推荐性指标。 高效电动机的选用: 下列情况下应该考虑选用高效电动机。(1)在新上项目需要新的电 动机时;(2)旧电动机损坏或电动机需要进行重绕时;(3)在电动 机长期运行于低负载或过负载状态下需要更新电动机时。 高效电动机节能效果: 高效电动机与普通电动机相比,优化了总体设计,选用了高质量的铜 绕组和硅钢片,降低了各种损耗,损耗下降了 20%-30%,效率提高 2%-7%;投资回收期一般为 1-2 年,有的短至几个月

(51)高效电动机节能原理和技术措施 51) 1、电动机节能的基本原理:电动机节能的过程就是提高其效率的过 程。 电动机效率: = ×100% = ×100%

=(1— )×100% P2:电动机机械输出功率(kW); P1:电动机从电网或供电装置中吸收的电功率; △P:电动机在能量转换中的损耗功率(kW); 因此, 电动机节能的关键是如何减小电动机在能量转换中的损耗功率 △P。 2、电动机损耗功率构成 △P=P +P +P +P +P +P P :定子绕组铜损;P :转子绕组铜损;P :铁芯损耗;P :杂散损 耗;P :机械摩擦损耗;P :通风损耗。 3、有效降低电机损耗 3.1 电机损耗分类: (1)发热损耗:P = P +P +P ;(2)杂散损耗:P ;(3)风磨损 耗:P +P 。 3.2 降低发热损耗: (1)优化电机内电与磁的合理匹配; (2)选用优质的绕组材料; (3)选用损耗与磁性能匹配合理的铁芯材料; (4)有效增大铜面积。 3.3 降低杂散损耗:

(1)合理设计齿槽关系和气隙; (2)可靠的制造工艺减少磁场琦变。 3 .4 降低风磨损耗: 3.4.1 降低风磨损耗:合理的轴承结构和滑设计; 3.4.2 降低通风损耗: (1)提高热传导效率; (2)提高自然对流散热能力,减小通风量需求; (3)提高冷却的热交换效率; (4)提高冷却风扇的效率。 4、结论:电动机节能的原理是通过对电动机的电、磁、机械和通风 的优化,优质材料及先进制造工艺的使用,并结合先进全面的试验及 测试手段,切实有效地降低电动机的各方面损耗。

(52)电动机的节能措施 52) 电动机的节能方法多种多样,节能措施也有多项。本文介绍了部分电 动机节能措施,供同行参考。 1、新购电动机,应首先考虑选用高效节能电动机,然后再按需考虑 其他性能指标,以便节能电能。

2、提高电动机本身的效率,如将电动机自冷风扇。可在负荷很小或 户外电动机在冬季时停用冷风扇,有利于降低能耗。 3、将定子绕组改线成星——三角形星混合串接绕组,按负荷大小转 换星形接法或三角形接法, 有利于改善绕组产生的磁动势波形及降低 绕组工作电流,达到高效节能的目的。 4、采油其他连续调速运行方式,如使用调速器、变极电动机、电磁 耦合调速器、变频调速装置等。 5、更换“大马拉小车”电动机,电动机“大马拉小车”除了浪费电 能外,极易造成设备损坏。另外,合理调整电动机配套使用,可使电 动机运行在高效率工作区,达到节能的目的。 6、合理安装并联低压电容器进行无功补偿,有效地提高功率因数, 减少无功损耗,节约电能。 7、从接火处通往电能表及通往电动机的导线截面应满足再流量,且 导线应尽量缩短,减小导线电阻,降低损耗。 以上措施可以分别采用,也可以多项采用。总之,对电动机采取一些 必要的技术节能措施,有利于电网的承荷能力,也有利于用户节省电 费。

(53)高效电动机经济技术分析 53)

选择高效电动机将给你带来巨大经济效益: (1)节省电费; (2)投资回收期短;(3)总拥有费用低。 1、投资回收分析——以 11kW/4 极为例。 条件:年运行 4000 小时,负荷率为 75%,电费为 0.60 元/kWh,贴现 率为 6%。 电动机系 列 标准电动机 Y(η =88%) 高效电动机 YX (η=91%) 高效电动机比标准 电动机 电 2、总拥有成本分析——以 11kW/4 极为例 条件:年运行 4000 小时,负荷率为 75%,电费为 0.60 元/kWh,贴现 率为 6%。 高 550 节约 5400 3305 160200 1.02 电动机价格 (元) 2755 10 年运行费用 (元) 165600 投资回收期 (年) /

3、案例分析——胜利油田孤东采油厂将原有的八台 Y 系列三相异步 电动机更换为同功率的 YX 高效电动机;通过实际测量,得出以下结 论:

替换前 总 量 产液量 (m ) 12.297 单耗 耗电量 (kWh) 44.779 单耗 量 总

替换后 产液量 (m ) 12.400 耗电量 (kWh) 38.869

3.64 kWh/ m

3.13 kWh/ m

以上数据表明:胜利油田此次节能改造总投资为 5.25 万元,通过采 用高效电动机,在保证采油产量的同时,年节电 7.044 万 kWh,节省 电费 3.24 万元(电价按 0.46 元/ kWh 计算)。节电率为 14%。投资 回收期 1.61 年。 (54)YX2 型高效节能电动机 54) 为了节约能源和保证企业的连续安全生产, 要求企业装有的电动 机均应处于合理、经济运行状态,即电动机在运行中要有高的效率和 功率因数,且使用寿命长,性能良好,安全可靠。 但实际运行中的电动机等设备,绝大多数不能满足上述要求。以 我油田采油三厂为例,在增压注水系统中运行的电动机,绝大多数存 在着匹配不合理、选用电动机容量裕度过大等问题,便“大马拉小 车”的现象十分突出,造成电能大量浪费。其原因既有电机设计,制 造方面的问题,又有以往在电动机的选用上,忽视了设备的运行经济 指标, 使电动机的运行效率和功率因数偏低所致。 为了改变这一状况, 现积极采用高效节能电动机。下面以南阳防爆电机厂新开发设计的 YX2-280S-4 型 75kW 全封闭自扇冷笼型电动机为例, 就其结构、 性能,

运行效果作一简介。

1、结构 (1) 定子:定子铁心采用高导磁、低损耗优质电工硅钢片;电 磁线及绝缘采用聚醋亚胺漆包线及优质复合绝缘材料等, 采用真空浸 渍工艺,故具有良好的电气性能。 (2) 转子:转子铁心也采用高导磁,低损耗优质电工硅钢片, 经铸铝后用热套法固定在铸轴上,并经动平衡校验,故电动机运行平 稳、振动小:转轴采用 45 号钢材料。 (3) 接线盒 接线盒具有较大的空腔,便于接线且有一个进线 口。其接线盒在电动机右侧(从驱动器端视之)。 (4) 轴承 采用低噪声轴承。在联轴器传动时,轴承寿命在 100000h 以上。 (5) 冈扇、风罩:采用防静电塑料风扇,其转动惯量小,损耗 低。

2、主要技术参数 2.1 使用条件 电压为 380V:环境温度为随季节变化,但不超过 40℃,:工作方 式为连续定额(SI);海拔高度不超过 1000m;频率为 50Hz。 2.2 电气性能指标

额定功率为 75kW;额定电流为 137.1A;额定转速为 1480r/min; 额定效率为 94.5%; 堵转转矩/额定转矩为 2.0; 额定功率因数为 0.88; 堵转电流/额定电流为 7;最大转矩/额定转矩为 2.3。

3、运行及测试情况 3.1 运行情况:2003 年 8 月,将 6 号增压注水站的一台普通型 75kW 电动机,更换为 75kW 的 YX2 型高效节能电动机,经过试运行, 效果较好。噪声比同容量的普通电动机低 4-6dB(A),改善了工人的 工作环境, 还设有不停机注排油装置,使用方便。 3.2 测试情况: 采用加拿大生产的 3720ACM 电力监控智能仪表及 传统的电工测试仪表测量,每次测试时间为 5min。测试结果见表 1。

(表 1)

采油三厂 6 号增压注水站 3 号泵电动

机更换前后空载,负载运行时测试值 电动机 类型 YX2 型 普通型 电压/V 413.91 400.60 电动机 额定功 率/kW 75 75 空载电 流/A 36 31 空载有 功功率 /kW 1.626 1.850 负载电 流/A 54.30 58.17 1h 实用 有功电 量/kWh 29.98 35.52 用有功 719.42 852.48

注:l、表中负载有功电量数据为 smin 抽实测数据平均值;2、 电量的采样频率为 50 次/s,其余参数为 5 次/s, 3、电动机更换前后 泵的出口压力等参数保持不变。 4、效果

根据实际测试结果,75kW 的 YX2 型高效电动机与曾通 75kW 电动 机相比较,平均每台每天节电约 133kWh。按目前电费 0.5 元/kWh 计 算,年开泵时间按 6000h 考虑,预计更换电动机后每年可节约电费开 支 1.66 万元。75kW 的 YX2 型电动机综合投资为 1.3 万元,因此投资 回收期短,节能效益十分显著。

(55)SRM 系列 开关磁阻调速电机动 55) ——调速突破, ——调速突破,节能先锋 调速突破 一、产品简介: 新一代开关磁阻电机及控制系统启动性能好,易于实现四象限运行, 适于频繁启动场合, 可以广泛用于机床设备 (如龙门刨床、 锯切机) , 牵引领域(如电动机车、地铁),矿山、冶金等设备,尤其是在电动 汽车领域,更有无法代替的优势。 该公司在引进欧美先进技术的同时,结合国内各种工业需求,成功研 发完成 11kW、l5kW、18.5kW、22kW、30kW、37kW、45kW、55kW、75kW 的开关磁阻电机及控制系统 (并通过机电的统一设计满足各种特殊需 求),分别用于车辆牵引、龙门刨床、油田和冶金行业,性能突出。 二、性能特点: l、系统效率和功率因数高,调速范围宽,最高效率可达 90%,并且 在很宽调速范围内,都保持在 80%以上,功率因数达到 0.95 以上, 调速比超过 1:20。

2、低启动电流,高启动转矩,启动电流为额定电流的 30%,启动转 矩为额定值的 150%。 3、可频繁起停及正反转运行。 4、控制系统电路结构简单,工作可靠性高,电机转子无绕组,机械 强度高。 5、在额定转速内保持恒转矩运行,转矩转速稳定,转速波动小于 0.15%。 6、如果在一个区域内推广使用该种电机,可建直流供电站统一供电。

三、典型应用: 用 SRM 开关磁阻电机调速系统配套及改造龙门刨铣床的优点: l、产品已与国内多家刨床厂配套,通过全面考核,质量可靠。 2、可根据需要在旧机床上增加新功能。 3、高性能/价格比,适用于国内广大用户。 4、丰富的改造经验,已成功改造刨床近百台,提供售前售后全部技 术服务资料,并可提供已有用户作参考。 5、电机的起动电流小,(为额定电流的 30%),对电网无冲击,起 动转矩大,(为额定的 150%),故适合于频繁起动,每小时不少于 1000 次,(实测达 40 次/分)。 6、制动转矩大(不小于额定转矩),故换向时越位小,可提高加工 效率。

7、具有多种保护功能,可靠性高,且动态响应快,转速闭环控制, 不受电网电压影响 满载时无速降。 8、与 F-D 系统相比,可简化结构,减少占地面积约 2/3,可节电 30% 一 70%,且可根据负荷大小选择 15-45KW 电机,避免“大马拉小车” 的情况,良好的节电效果及停机时间的减少便客户能尽快收回投资。 9、为用户配套新型电气柜,采用进口 PLC 控制,可降低故障率,结 构简化,调试、维护方便。 10、特有断电制动功能,可避免床面在意外停电时冲出床身。 11、电机无电刷及整流子,维护工作量少。

主要技术参数及性能指标 额定转速 (r/min) 转速范围 输 入 参 数 (r/min) 输出转矩 (N.m) 输出特性 额定转速以下为恒转矩, 额定转速以上为恒功 率 过载能力 120%(额定转矩) 286 30-1300 1000

起动转矩 (N.m) 制动转矩 (N.m) 转速精度 (r/min) 稳速精度 相应时间(S) 电 源 控 制 功 能 转速给定 起停控制 转向控制 升降速时间 (S) 点动控制 电源过压 电源欠压 保 护 功 电源缺相 电动机过载 电动机堵转 电压/频率

150%(额定转矩)

100%(额定转矩)

±1.5

0.15%(最高转速) 0.2 3-380V±10%,50Hz±5%

1.1K 电位器 2-10-±10V 电压 1.起动开关 2.触头 1.起动开关 2.触头 3.转速给定电压的极性 0-10(电位器整定)

开关或触头(150r/min) 动作值不低于 110%额定电压(人工恢复) 动作值不低于 85%额定电压(人工恢复) 缺相停机(自恢复) 延时 15 秒动作(人工恢复) 延时 1 秒动作(人工恢复)



电动机过流 控制器输出短 路 控制器过温度

动作值为 160%额定电流(自动恢复) 延时 10ms 动作(人工恢复)

动作值 65℃(人工恢复) F Ip44 风冷强冷 壁挂式 Ip23 风扇自冷 1000m 以下/0.6G 以下 -25℃-±65℃ -5℃-±40℃ 不大于 90%,不结霜 电源显示, 电动机运行显示, 电动机转速显示, 保护显示。

电 动 机 控 制 器 环 境

绝缘等级 防护等级 冷却形式 安装形式 防护等级 冷却形式 标高/振动 保存温度 使用温度 相对湿度

显 示

显示功能

(56)SRD10 系列开关磁阻电动机调速系统 56)

一、适用范围简介: 通用机械:风机、水泵、油泵、压缩机等;机床:龙门机床(刨、铣、 磨)、钻床等;塑料机械:挤出机、注塑机等;压力机械:螺旋压力 机、模锻压力机、冲床等;铸造机械:抛丸机等;油田机械:抽油机 等;纺织机械:印花机、卷布机、浆纱机、织机等;造纸机械:造纸 机、压光机、卷纸机等;玻璃机械:制瓶机等;食品加工机械: 搅拌 机 、混合机等;矿山、煤矿机械:采煤机、掘进机、球磨机等;冶 金机械:轧钢机等;提升运输机械 :电梯、绞车、卷扬机、传送带 等;辅助机械:卷取机、开卷机、架线机等;家用电器:风扇、空调、 冰箱、洗衣机、吸尘器等;电动工具:手钻等;交通工具:车辆、 机 车、轮船、飞机等;发电设备:风力发电。 二、技术产品性能特点: 1、开关磁阻调速电机系统 SRD 工作原理 开关磁阻调速电机系统由电动机和控制器组成。如图 1 所示。电动机 内安装有位置传感器;控制器由功率电路和控制电路等单元组成。

图1

开关磁阻调速电机系统组成

2、电动机结构 SRD 电动机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。定子、转子均由普 通硅钢片叠压而成,转子上即无绕组也无永磁体,定子极上绕有集中 绕组(图 2)。

图 2 定子、转子结构 图 3 中给出的是三相 12/8 极结构。若以示意图中定、转子的相对位 置作为起始位置,依次给 B→C →A 相绕组通电,转子即会逆着励磁 顺序以逆时针方向连续旋转;反之,依次给 C→B→A 相通电,则电 动机会顺时针方向转动。SRD 电机的转向与相绕组的电流方向无关, 而取决于相绕组通电的顺序。 通过控制相绕组的电子开关(IGBT)S1、S2 的工作状态,就可以改变 电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。

图 3 SRD 电机示意图 当定子相绕组通电时,电动机内建立起磁场,当两凸极位置不对 齐时,磁力线是弯曲的(图 4)。转子受到弯曲磁力线的磁拉力,产 生转矩,使转子转动,转子凸极向定子凸极趋近。当两凸极位置对齐 时,转子达到平衡位置。

图 4 SRD 磁场磁力示意图 3、开关磁阻调速电机系统 SRD 特点 (1)效率高,节能效果好。在所有的调速和功率范围内,SRD 整体 效率比交流异步电动机变频调速系统(简称变频调速)至少高 3%以

上,在低速工作的状态下其效率能够提高 10%以上。与直流调速、串 级调速、电磁调速等系统相比,SRD 节电效果更明显。 (2)起动转矩大,特别适合于那些需要重载起动和负载变化明显并 且频繁的场合。SRD 控制器从电源侧吸收较少的电流,在电机侧可得 到较大的起动转矩,起动转矩达额定转矩的 150%时、起动电流仅为 额定电流的 30%,比之交流电动机的 300%电流获得 100%的转矩的性 能,优势非常明显。 (3)调速范围广(图 8)。SRD 电机可以在低速下长期运行。由于效 率高,在低速下的温升程度比额定工况时还要低,解决了变频调速低 速运行下电机发热问题。此外,SRD 电机最高转速不会像交流电动机 那样受极数的限制,可以根据实际需要灵活地设定最高转速。 (4)可频繁正、反转,频繁起动、停止,系统调控性能好,四象限 控制灵活(图 9),因此,非常适合于龙门刨床、可逆轧机、油田抽 油机、螺旋压力机等应用场合。制动性能好,能实现再生制动,节约 电能效果显著。 (5)起动电流小,避免了对电网的冲击。SRD 具有软起动特性,没 有普通交流电动机起动电流大于额定电流 5~7 倍的现象。 (6)功率因数高,不需要加装无功补偿装置。普通交流电动机空载 时的功率因数在 0.2~0.4,之间,满载在 0.8~0.9 之间;而开关磁 阻电机调速系统在空载和满载下的功率因数均大于 0.98。 (7)电机结构简单、坚固、制造工艺简单,成本低。工作可靠,能 适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。

(8)缺相与过负载时仍可工作。出现电源缺相、电机或控制器任一 相出现故障时,SR 电动机输出功率减小,但仍然可以运行。当系统 超过额定负载 120%以上时,转速只会下降,而不会烧毁电机和控制 器。 (9)由于控制器中功率变换器与电机绕组串联,不会出现变频调速 系统功率变换器可能出现的直通故障,可靠性大为提高。 三、应用效果 开关磁阻调速电机系统 SRD 作为新一代调速产品,具有高效、调速范 围宽,适用范围广,简单、可靠、成本低等一系列优点。科汇公司与 淄博牵引电机集团合作,已成功生产出 1.1kW~90kW 系列产品,在淄 博机务段、淄博毛纺厂、山东新华药厂、张店热电厂、青岛益友锻压 机械厂、 汇丰塑料有限公司等单位相继应用, 得到了用户的一致好评。 并于 2004 年 9 月顺利通过国家中小型电机质量监督检验中心的全面 性能检验。 自 2004 年投入现场运行以来,最长的运行时间达到两年多,各种运 行数据表明,该系统运行稳定可靠,极大的改善了所在系统的运行工 况,提高了运行效率,降低了能耗,减轻了工人的劳动。注:有用户 提供的用户报告提供的详细数据。 四、推广前景 2005 年 11 月,该产品通过了山东省科技厅的鉴定。2005 年 10 月国 家发改委、科技部、国家环保总局在联合发布的《国家鼓励发展的资

源节约综合利用和环境保护技术》公告中,明确将开关磁阻调速电动 机作为电机行业重点推广技术。 科汇公司与华中科技大学、北京交通大学、山东理工大学等高校保持 着密切的合作关系, 同时具有国内一流的电力电子与微机控制技术开 发队伍,牵引电机公司拥有一支经验丰富的电机开发和设计、生产队 伍;遍布全国各地的电机推广销售网络,以及完善的电机生产、测试 实施。我们能够不断跟踪新技术的发展,保持技术上领先地位。

(57)开关磁阻调速电动机运行技术分析 57)

摘要:对开关磁阻电动机调速系统的组成、工作原理、使用情况和节 能效果进行了总结分析。 关键词:电动机;调速;分析 1 引言 据统计,我国发电量的 60%用于电动机,可以说电动机是“用电大 户”,也是节能潜力最大的设备之一。20 世纪 70 年代开始,席卷全球 的能源危机推进了交流电动机调速技术的发展,使直流调速、变频调 速等技术得到广泛应用,但这些调速系统都存在结构复杂、 价格昂贵、 能耗高等不足。随着计算机自动控制技术和电力电子技术的日趋成 熟,国内近年来有相当数量的高等院校、科研单位和企业投入到开发

磁阻电动机调速技术的开发,新设备已在纺 织、冶金、石油等行业陆续得到应用,正越来越显现出它在调速性能 和节能方面的优势。 下面以某公司实际应用的开关磁阻调速电动机为例, 对该系统作一个 简要介绍。 2 开关磁阻电动机调速系统(SAD)组成及工作原理 SAD 主要由开关磁阻电动机和控制器两部分组成,电动机内包含位置 传感器, 控制器由功率电路和控制电路等电路单元组成, 结构见图 1。

图 1 开关磁阻电动机调速系统结构示意图 开关磁阻型电动机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。其定子、转 子均由普通硅钢片叠压而成,转子上无绕组也无永磁体,定子极上绕 有集中绕组, 径向相对的两个绕组串联构成一个两极磁极, 称为一相。 开关磁阻电动机可设计成多种不同的相数以及极数结构,且定子、转 子的极数总是不相同, 有多种不同的搭配 9 (图 1 中给出的是 8/6 极、 四相结构)。若以图 l 中定子、转子的相对位置作为起始位置,依次 给 D→a→b→c 相绕组通电,转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连 续旋转;反之,依次给 B→A→d→c 相绕组通电,则电动机会顺时针 方向转动。可见,开关型电动机的转向与绕组的电流方向无关,而取 决于相绕组通电的顺序。 通过控制与电动机每相绕组相串接的各组电

子开关(IGBT)的工作状态,就可以改变电机的转向、转矩、转速、 制动等工作状态。 3 效果评价及分析 3.1 配套设备选择 以莱芜市某公司空压站一台冷冻盐水泵上安装的开关磁阻调速电动 机为例进行效果评价。 该电机由淄博汇海电力电子设备有限公司生产。型号 SRM225-30,功 率等级 45kW。该公司冷冻盐水泵型号 IS150-125 一 250,扬程 80m, 流量 200m/h,转速 2900r/min。 原配用电动机型号 Y225M-2,额定功率 45kW,额定电压 380V,额定 电流 84A,转速 2940r/min。 3.2 安装运行状况 自 2005 年 9 月份安装运行以来,运行情况良好,达到了预期的效果, 主要体现在以下几个方面: (1)实现了恒压供水供气。原来供水供气时间及用量极不稳定,压 力波动较大。生产用量大时,压力跟不上,影响生产;用量小时,压 力过高,不但耗能,同时也损害供水供气设施。使用开关磁阻调速电 动机后,根据需要保持合适的压力,保障了车间生产正常进行。 (2) 减少了值班人员劳动强度。原来值班人员根据生产用量情况, 随时调节阀门以及启停不同功率的电机, 现在只需进行正常的设备巡 视即可。

(3)达到了节能降耗的目的。与原来使用的三相交流异步电动机耗 电情况相比较,三相异步电机转速无法调节,压力不能调整,更不能 自动控制。而使用开关磁阻调速电动机,转速可以根锯生产量自动调 节,电机运行效率在 82%-93%,节电效果十分明显。在保证生产用量 一定的情况下,磁阻电机比普通电机节约电能约 30%。 3.3 改造前后的节电效果计算 改造前(从 2005 年 7 月 29 日 18:30 到 7 月 31 日 18:30),电表 刻度差为 3419-1787=1632,3 天的用电量为 1632×10=16320kWh。 改造后(从 2006 年 3 月 18 日 18:30 到 3 月 20 日 18:30),电表刻 度差为 6939-5859=1080,3 天的用电量为 1080×10=10800kWh。 改造前后的节电量为 16320-10800=5520kWh,节电率为 5520÷16320=33.8%。 4 总结 经过长时间考察分析比较,我们认为,开关磁阻调速电动机操作简单 方便,运行稳定可靠,节能效果极佳。该产品具有调速范围宽、节能 效果好、启动电流小、启动力矩大的优点,特别适用于以下场合: (1)宽调速范围中长时间低速运行的场合; (2)宽调速范围中高于交流电机同步转速 3000r/min 以上的场合; (3)频繁正、反转,频繁启动、停止的场合; (4)要求有低速启动、重载启动负载而又不能有启动大电流的场合, 例如牵引运输车辆的驱动;

(5)可替代变频调速系统、直流调速系统以及其他调速系统满足使 用的场合。

(58)变频器在空压机上运用的节能效益分析 58)

摘要:介绍了螺杆式空气压缩机的工作原理和电气控制原理,对新安 装的螺杆式空压机采用变频器+PLC 的控制模式,通过运行表明,变 频器运用于螺杆式空气压缩机具有运行稳定、 控制可靠和节能效果显 著的优点,有较高的使用和推广价值。

关键词:变频器;螺杆式空压机;节能 螺杆式空气压缩机在南钢运用很广泛, 传统的控制大多采用接触器直 接对空压机主电机加载工频电源, 依靠进气阀门的开关来控制空压机 的进气口是否进气,从而达到控制空压机供气的目的。由于生产线上 使用空压气的设备的工作周期和生产工艺的差别, 使得用气量瞬时变 化非常大,这就造成进气阀门加载、卸载动作频繁。卸载后空压机没 有进气,但电机依然维持在工频运转,造成电能的浪费;当系统压力 变小后,进气阀突然打开加载,会对供电电网和空压机设备造成很大 的冲击,也增加了设备的机械磨损。为此,该厂技术人员经过研究, 提出对新安装的螺杆式空压机采用变频器+PLC 的控制模式,自动控

制空压机主电机的转速来达到自动调节供气量的目的, 节约用电和用 气,减少设备损坏。 1、螺杆式空气压缩机的工作原理和能耗分析 螺杆式空压机由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气 缸内转动,使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化,空 气沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧,实现螺杆式空压机的吸气、 压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两 端,阴转子的槽和阳转子的齿在主电机驱动下旋转。 传统的加载和卸载控制方式使得压缩空气的压力在 Pmin~Pmax 之间来回变化。Pmin 是能够保证现场用气点正常工作的最低压力。 一般情况下,Pmax 与 Pmin 之间关系可以用下式来表示:Pmax=P(1+ δ)Pmin,其中 δ 大致在 15%~30%之间。 在加载和卸载控制方式下的空压机,浪费的能量主要在两个部 分:(1)加载时的电能消耗。在压力值达到最小后,检测元件检测 到压力低信号,这时控制元件会打开进气阀门,空压机对气体做功, 气压会持续上升直到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放 更多的热量,从而导致电能损失。另一方面,大于气动元件所需要的 压力的压缩空气在进入气动元件前,其压力一般需要经过减压阀减 压,这一过程同样是一个释放能量的过程。(2)卸载时电能的消耗。 当压力达到压力最大值时, 空压机通过关闭进气阀使电机处于空转状 态的方法来降压卸载。这种调节方法造成很大的能量浪费。据测算,

空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的 15%~35%(这还是在卸 载时间所占比例不大的情况下)。很明显,在加载、卸载供气控制方 式下,空压机电机存在很大的节能空间。 2、变频器+PLC 的控制模式和节能效益 采用变频凋速控制时,就把管网压力作为控制对象,压力变送器 YB 将储气罐的压力 P 转变为电信号送给 PLC 的 PID 调节器,与压力 设定值 P0 作比较,并根据差值的大小按既定的 PID 控制模式进行运 算, 产生控制信号送变频器, 通过变频器控制电机的工作频率与转速, 从而使实际压力 P 始终接近设定压力 P0。 南钢中型厂新安装的空压机电机参数:功率为 185kW,转速为 1480r/m,额定电流 405A,功率因数为 0.89;变频器功率为 200kW。 在传统的接触器直接加工频电源控制电机模式下,正常生产情况时, 压力维持在 0.45~5.6MPa 范围内,空压机进气阀门开关都呈现一定 的规律性, 即阀门打开加载时间约为 118s, 关闭卸载时间约为 96s(即 加载时间占总时间的 55%,卸载时间约占 45%);加载时电机电流大约 为额定电流的 1.4 倍,关闭阀门电机电流约为额定电流的 0.4 倍。按 照以上电机参数计算,电机每天做功约为 5409kW.k(假设 24h 不停 机)。 采用变频恒压控制以后,正常生产时,管网压力保持在 5.2MPa 这样一个相对稳定的值,变频器显示 40Hz,电机电流维持在 275A 左 右, 上下波动很小。 按照这样的情况, 电机每天做功约为 3475kW.h(功

率因数约为 0.8),这样每天节约的电能大约为 1934kW.h。如果按照 每年正常供气 350 天计算(只在检修时间停机),年节约电能为 676900kW.h。工业电价按 0.57 元/(kW.h)计算,每年可节约生产成本 约为 38.6 万元。 3、结语 利用变频器+PLC 的控制模式实现了螺杆式空气压缩机的节能运 行,同时空压机电机从静止到旋转工作由变频器来启动,实现了软启 动,避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击,降低了原 系统噪音,减少了设备维修最等,该控制模式具有实用价值。

(59)电动机 Δ/Y 改接降压运行的功率因数及效率 59)

摘要:对某 l0kW 电动机进行试验,研究电动机 Δ/Y 改接运行的功率 因教和效率,得出当低于某一临界负载率(一般为 35%~50%)时,由 Δ 接线切换为 Y 接线可以节电,尤其是当电机处于极轻载时(如负载 率 β=10%),Δ/Y 改接运行能够更多提升效率,节能效果更明显。 关键词:异步电动机;降压;节电;功率因数;效率

引言 造成大量异步电动机处于非经济运行的原因很多, 诸如大部分异步电

动机运行点不在额定工况,有些负载是变动的;有些由于选择电机容 量偏大,长期运行于轻载工况,等等。在轻载时若降低电动机的端电 压,使之与电动机的负载率合理匹配,这样就会降低电动机的励磁电 流,从而降低铁耗和从电网吸收的无功功率,不仅可以改善电动机的 功率因数,而且还可以提高运行效率,达到节能的目的。在现场应用 较多的一种简单易行的方法就是将电机绕组进行 Δ/Y 改接降压节 电。 1 异步电动机等效电路及降压运行时的近似阻抗 异步电动机的 T 形等效电路如图 l 所示。

图1

异步电动机 T 形等效电路

在异步电动机的等效电路中,一般其励磁电抗 Xm 远大于 X1、X2’, 当降低定子电压运行时,Xm 比额定电压时更大一些,近似可认为 Xm=∞,则可得异步电动机的等值阻抗 Z 为: Z≈ (1)

式中:R1、X1 一—定子每相绕组的电阻、电抗; R2’、X2’——转子每组绕组电组、电抗的折算值; s 一——电动机的转差率。 异步电动机正常运行时转差率 s 很低,一般为 0.01~0.05,轻 载时更低,则 R2’/s 远大于 Rl、Xl、X2’,故式(1)可简化成: Z≈δ (2)

式中:δ 一—阻抗校正系数,用以减小近似产生的误差,同一电 机 δ 值基本不变。 2 异步电动机轻载 Δ/Y 改接运行的功率因数 异步电动机在低于额定电压下运行时,电机中电动势 E1 和主磁 通 Φm 随之降低,致使空载电流 I0 减小;如果负载一定,那么主磁 通申 Φm 减小时,就会引起转差率相应地增加以使转子电流 I2’和 转子漏电抗 X2’增加; 在轻负载工作时, 转差率很小, 转子电流 I2’ 基本上是有功分量且数值很小,相应地转子负铜耗数值也小。在定子 电流的两个分量?0 及-?2’中(见图 1),?0 起主要作用。当降低定 子电压 Ul 时,定子电流 Il 随 I0 减小而减小,因此轻负载降低电压 运行时,由于?0 的减小和-?2’(相对变化不大)增大的结早,使定 子功率因数提高。 对额定电压为 380V 的某 l0kW 三相异步电动机进行试验, 分别测 试定子为 Δ 接法和 Y 接法时, 即电机在额定相电压 380V 和相电压降 低至 220V 时的工作特性,实测数据如表 1 所示。功率因数随负载变 化的曲线如图 2 所示。 比较图 2 中两条特性曲线发现,当电机负载率 β 大约在 65%以下时, 由 Δ 改为 Y 接线有利于改善功率因数,当 β=5%~40%时改善较为显 著,功率因数最多提升量可达 0.4(当 β≈20%时)。 3 异步电动机 Δ/Y 改接降压运行的效率 3.1 轻 Δ/Y 改接运行的效率分析

表1 P2/KW COSφ 0 0.3 0.6 1 1.9 3.1 4 5 6 7 8 9 10 10.6 0.1 0.18 0.26 0.38 0.55 0.7 0.76 0.8 0.85 0.87 0.88 0.895 0.88 0.875

电动机工作特性试验数据 Uφ=380V η Uφ=220V COSφ 0.1 0.23 0.44 0.59 0.765 0.86 0.89 0.89 0.9 0.89 0.89 0.885 0.875 0.87 0.34 0.57 0.75 0.94 0.955 0.95 0.93 0.905 0.85 0.79 0.51 0.71 0.77 0.74 0.875 0.89 0.88 0.85 0.78 0.71 η

图 2 UΦ=300v 和 UΦ=220v 时电动机功率因数特性曲线 异步电动机的总损耗中铜耗占总损耗的加 20%~70%,铁耗占 25%~ 30%,此两项是决定电动机效率的主要因素。锅耗随负载大小而变化,

而铁耗与电源电压平方成正比。 轻载时将电机绕组由 Δ 接改成 Y 接, 则定子相电压降低为原来的 l/ 倍,铁耗下降 2/3,由于在轻负载时 铁耗起主要作用,因此效率随铁耗的大大减小而提高。 设 UΦN、UΦX 分别为电动机端额定相电压和降低的相电压;P1XN、 P1X 分别为两种电压下电动机的输入有功功率;P2XN、P2X 分别为两 种电压下电机的输出有功功率;I1XN、I1X 分别为两种电压下电机的 定子相电流; cosφXN、 cosφX 分别为两种电压下电机定子功率因数; ηXN、ηX 分别为两种电压下电机的效率;利用式(2)可得: = ≈ = (3)

式中:ZN、ZX 一分别为轻载额定电压和降压运行时的阻抗;SXN、SX 一分别为轻载额定电压和降压运行时的转差率。 负载没变;所以 P2X=P2XN,降压与额定电压运行时的效率之比 为: = = ≈ = (4)

式中:Ku 一—电动机的调压系数,Ku=UφX/UφN,降压时 Ku<1。 式(4)表明只有效率比 >1, 轻载降压时电机的运行效率才大于额定电 压时的效率,才能实现节能。由第 2 节分析知轻载降压后功率因数有 所提高,即 cosφX>cosφXN;又由电动机改变定子端电压的机械特 性易知,对同一负载降压运行时电机转差率增大(轻载时变化不大), 即 SX>SXN,这样就导致降压提高运行效率的趋势受到影响。 电动机 Δ/Y 改接降压运行时,调压系数 Ku=1/ ,想达到节电效果要 求效率比 >1,由式(4)可知,也即要求 SXCOS X<3sXNCOS XN。从而 得出结论:电动机轻载时,进行 Δ/Y 改接降压运行,转差率和功率因

数都有所上升,但只要转差率与功率因数的乘积小于 Δ 接法时两者 乘积的 3 倍,Δ/Y 改接运行就能使电机效率提高,达到节电的目的。 3.2 试验分析 3.2.1Δ 及 Y 接线时电动机效率特性实测曲线 根据表 1 中对其 10KW 三相异步电动机的试验数据、 给出 Δ 和 Y 接法 时(即电机相电压 380V 和相电压降低至 220V 时)电动机的效率特性曲 线如图 3 所示。

图 3 UΦ=380V 和 UΦ=220V 时电动机效率特性曲线 3.2.2 电动机 Δ/Y 改接切换点的问题 电动机轻载时:用 Y 接法损耗较小,但负载增加到某一数值以后,由 于转子滑差加大较多,使转子及定子电流迅速增加,造成电动机损耗 与 Δ 接法时相等,此时应将定子改为 Δ 接线,否则,负载继续增加 将使损耗超过 Δ 接线,造成“倒节电”现象。轻负载下,Y 接线与 Δ 接线电动机损耗相等的负载率就是要找的切换点,此负载率称为 临界负载率 βC。在图 3 中 Δ 和 Y 接法时电动机两条效率曲线的交 点所对应的负载即为临界负载率,由图中知对于本例 βC≈40%。因 此,当负载率低于 40%时,由 Δ 接线切换为 Y 接线可以节电。比较 图 3 中两条效率特性还可发现,当电机处于极轻载时如 β<10%,由 Δ 改为 Y 接线能够更多地提升效率,节能效果尤为明显。资料和试 验显示, 不同型号电动机临界负载率稍有不同, 但一般都在 35%~50%

之间。 异步电动机轻载运行,Δ/Y 改接切换点的临界负载率也可由下面经 验公式求出: βC= (5)

式中:PFeΔ 一—电动视 Δ 接线时的铁耗 KW; P0CuΔ 一—电动机 Δ 接线时的空载铜耗,KW; P0Δ 一—电动机 Δ 接线时的空载损耗,kW,包括机械损耗和 附加损耗; Pe 一—电动机的额定功率; ηe 一—电动机的额定效率。 4 结语 (1)异步电动机在轻负载率时降低电压运行是有利的,可以改善其功 率因数和效率。当电动机负载率低于临界负载率 βC(一般为 35%一 50%)时,由 Δ 接线切换为 Y 接线可以节电,尤其是处于极轻载时(如 β<10%),Δ/Y 改接运行能够更多提升效率,节能效果更明显。 (2)异步电机运行 Δ/Y 改接节能的方法简单易行,不额外消耗功率, 对电流波形无影响。但转换时会产生冲击电流,不宜用于轻、重频繁 变动的负载。

(60)水泥厂电动机节能技术分析 60) 摘要: 提高电动机的效率已成为节能降耗、 降低生产成本的重要手段,

文章从分析电动机的选择、启动装置、调速方式等方面入手,介绍了 葛洲坝水泥厂电动机在选择及使用过程中采用的各种节能降耗方法。 关键词:水泥厂;电动机;选用;节能 水泥企业的用电量约占水泥成本的 1/3,而其中的电动机耗能占总负 荷 90%以上,所以做好电动机运行的节能工作至关重要。不但可以减 少电费开支,还可以挖掘配电系统的供电能力,有利于降低整个配电 系统的电力损耗。 1 电动机的合理选型和节能改造 1.1 选用节能型电动机: 系列电动机是全国统一设计的新系列产品, Y 是国内目前较先进的三相异步电动机。20 世纪 80 年代中期即在全国 推广应用。其优点是效率高、节能、启动性能好。而目前国内许多老 水泥企业仍大量采用 JO2 系列电动机,相比来说 Y 系列比 JO2 系列电 动机效率提高了 0?413%。因此用 Y 系列电动机取代旧式电动机势在 必行,目前我厂 85%电动机都已改为了新型号电动机。 1.2 合理选用电动机类型:选择电动机类型除了满足拖动功能外,还 应考虑经济运行性能。对于年运行时间大于 3000h,负载率大于 50% 的场合,应选择 YX 系列高效率的三相异步电动机。与 Y 系列相比, 其效率平均高 3%, 损耗降低 20%一 30%, 虽然价格高于 Y 系列电动机, 但从长期运行考虑,经济性还是明显的。 同步电动机能提高企业电网的功率因数,降低供电线路损耗,但控制 系统繁杂,价格较高。随着异步电动机制造水平的提高,新设备已很

少采用。 1.3 合理选用电动机的额定容量: 国家三相异步电动机 3 个运行区域 作了如下规定:负载率在 70%-100%之间为经济运行区;负载率在 40%-70%之间为一般运行区;负载率在 40%以下为非经济运行区。若 电动机容量选得过大,虽然能保证设备的正常运行,但不仅增加了投 资,而且它的效率和功率因数也都很低,造成电力的浪费。因此考虑 到既能满足水泥厂设备运行需要,又能使其尽可能地提高效率,水泥 企业一般负载率保持在 60%一 100%较为理想。对于负载率小于 40%的 三角形接法电动机可改为星型接法,以提高其效率。

1.4 老式电动机的节能改造 (1)更换电动机的外风扇,将电动机的外风扇改为节能型,对于 不同型号的电动机,有对应的节能型风扇产品可供选用。主要用于单 方向运转的 2 极和 4 极电动机,改后可提高效率 1.35%一 2.55%。 (2)采用磁性槽泥代替原来的槽楔,用磁性槽泥进行电动机节 能改造后,可降低电动机的铁芯损耗和附加损耗,提高效率,虽然启 动转矩会下降 10%-20%,但很适应空载或轻载启动的电动机改造。

2 电动机启动和运行形式的合理设计 2.1 低压笼型大中型电动机:若采用全压直接启动方式,这要求 电力系统有足够大的容量,而实际运行时,电力系统负载率很低,影

响供电效率,并且用直接启动方式易烧毁开关、电动机,影响电网其 他设备的运行, 往往为了尽量减少电动机启动次数而宁愿让电动机空 转而不停车, 造成大量浪费。 此类电动机可以用电动机软启动器启动。 电动机软启动器是采用大功率晶闸管模块作为主回路的开关元件, 通 过控制它的导通角以实现软特性的电压爬升。 它具有对电网无过大冲 击,对机械传动系统(齿轮及轴连接器)震动小,启动转矩平滑稳定 等诸多优点。启动电流在 2.5-3.5 倍额定电流之间可调,启动时间可 调。我厂在 185、155kW 罗茨风机和 55kW 排风机上应用,改造后具体 情况见表 1,解决了改造前采用直接启动时,经常发生的变压器跳闸 及开关、电动机烧毁的现象。

应用软启动器后电动机参数 名称 功率/kW 额定电流/A 启动电流/A 启动时间/s 185 344 1066 11 罗茨风机 155 296 858 9 排风机 55 102.5 328 10

2.2 高压笼型电动机 传统的启动方式多选用电抗器、自耦变压器等,但这些启动设 备都不能很好地满足启动要求,很难获得理想的启动参数。目前出品

的热变电阻软启动装置能较好地满足启动要求。 热变电阻器由具有负 温度系数的电阻材料制成,电阻器串于电动机定子回路,当电动机启 动、电阻体通过启动电流时,其温度升高,而阻值随之减小,从而使 电动机端电压逐步升高,启动转矩逐步增加,以实现电动机的平稳启 动。根据电动机参数和负载要求的启动转矩,能方便地配置适当的启 动电阻值获得最佳的启动参数,即在较小的启动电流下,获得足够大 的启动转矩。 海螺集团回转窑风机上己有应用, 启动电流为 2.92Ie。 , 与用电抗器相比,电流下降了 28%,电网压降由 8%降到了 5%。这说 明在启动过程中有一定的节能效果,延长了电动机的使用寿命,减少 了对机械设备的冲击。由于启动装置热容量大,几乎无需维修,因此 在水泥企业的相关电动机上有明显的推广价值。 2.3 大型绕线型电动机 以前大多采用频敏变阻器启动,但其故障率太高。目前较为成熟 的方式是采用液体变阻启动器。它是利用两极间的液体电阻,通过机 械传动装置便极板的距离逐步接近,直至接触,达到串入转子回路中 的电阻无级变小最后为零,实现电动机无冲击的平滑启动。其特点是 启动电流小,对电网无冲击,热容量大,可连续启动 5-10 次,维护 方便, 使用可靠。 目前我厂该类型电动机已全部采用液体变阻启动器。 2.4 中、小型绕线电动机 以前主要采用频敏电阻器和油浸电阻器启动,由于有滑环、碳刷、短 路环等零件与继电器、交流接触器、频敏或油浸变阻器等电器元件组

成的启动系统都安装在粉尘较大的生产现场,因此它具有故障率高、 维修量大的缺点,经常影响设备的正常运行,而无刷无环启动器较好 地解决了上述问题,它是一种启动平滑,不改变运行特性且不受粉尘 干扰的启动设备。其一次启动电流限制在 3.0-4.01e 之间,适合于 11-600kW 的高低压绕线型电动机。该启 动器是利用频敏变阻器的原理,利用贴磁性材料的频感特性研制而 成,安装在电动机转轴原来装集电环的位置,与转子同步旋转,省去 了电动机的辅助启动装置。我厂已在 5 台设备上使用,具体情况见表 2.。 表2 设备 名称 2#煤 磨 5#煤 磨鼓 风机 6#煤 磨 4#蒸 发机 55kW,380V BP1-208 155kW,380V BP2-7 WSQBⅢ 155kW/290A WSQⅢ 55kW/180A 346 60-64 10 1125 280-290 5 220kW,6kV BU1-7 电动机规格 原启动 器型号 无刷无环启动器应用情况 一次 启动 电流 /A 104 一次运 行 电流/A 18-19 节 能 效 果 /% 45

无刷无环启 动器型号 WSQⅢ 240kW/100A WSQⅢ 220kW/100A

240kW, 6kV

BU1-7

82

12

42

锤式 破碎 机

320kW,6kV

BU1-7

WSQⅢ 320kW/50A

137

20

39

3 电动机的调速速节能 3.1 变频调速 变频调速结构简单,稳定可靠,调速精度高,启动转矩大,调速 范围广,节能显著。我厂在回转窑主传动、选粉机;煤粉喂料、蓖冷 机蓖床、料浆供给和排风机(除大功率的高压排风机之外)等设备上, 都采用了变频调速,我厂电动机变频器应用情况见表 3。

表3 设备名称

电动机变频器应用情况 电动机功率 变频器型号 原调速形式 节能效果/% /kW

4#窑主传动 6#窑主传动 Ⅲ组选粉机

110 132 45

A-BB150 明电 160N

直流调速 直流调速

24 44 37

FRN045G7-4 电磁滑差调 速

7#窑煤粉喂 料 5#蓖床 7#窑料浆供

15

FRN015G7-4

直流调速

41

30 130

FRN030G9-4

直流调速

38

FRN130G7-4 设计时直接

给 7#窑前排风 机 6#窑尾排风 机 215 A-BB250 160 FRN160G7-4

使用 风门调节 51

风门调节

47

经过近 10 年的应用说明,变频调速确实稳定可靠,节能显著,建议 对直流调速、电磁滑差调速的设备进行变频调速改造。 3.2 绕线式电动机液体调速 对于一些调速精度要求不高,调速范围要求不宽,并且不频繁调 速的绕线式电动机,如风机、水泵等设备的大中型绕线式异步电动机 采用液体调速效果显著。与变频调速、可控硅串级谰速相比,该方式 更经济、可靠、实用,维护简单,虽调速时效率稍低,但功率因数高, 且全速时效率高于变频调速,价格仅为变频调速的几分之一。该设备 采用强制冷却的方法由循环水装置来降低在调速过程中液体电阻因 通电发热所升高的温度, 有效地解决了以前热容量不够容易引起开锅 的现象。我公司一分厂在 1 台 460kW 喷枪泵上使用已有 2 年,投入前 一次运行电流平均为 42A,投入后平均电流降低为 36A。运行功率由 340kW 降为 286kW,节电达 16%。广东肇庆小湘水泥有限公司一分厂 制成 355kW 排风机电动机使用了 l 台 YQT-500 型液体调速器, 投入前 一次运行电流平均为 36A,投人后平均电流为 26A,节电率达 28%。 因此水泥企业的窑尾排风机高压绕线电动机最适宜液体调速改造。

另外,传统调速所采用的晶闸管串级调速、直流调速、电磁滑差 调速、 液力藕合器调速和异步电动机的变级调速等, 有的逐渐被淘汰, 有的在水泥企业应用较少,不再逐一介绍。 4 电动机的功率因数补偿 4.1 原理及补偿类型 笼型电动机通常采用并联电容器就地补偿的方法。我厂在 35 台 37kW 以上的笼型低压电动机上进行了并联电容器补偿,每年节电 17 万 kWh。绕线式电动机可采用进相机补偿的方式。进相机补偿分旋转 式和静止式 2 种,由于旋转式进相机结构上的缺陷,目前逐步被静止 式进相机所代替。我厂在原料磨 l000kW 电动机上采用了静止式进相 机补偿,电动机温升下降了 16℃,功率因数升为 0.98,一次电流降 低 16%;每年节约电费 9.6 万元。 4.2 应注意的问题 经常停机的电动机,年利用率很低的电动机,多速电动机,经常 反复开停、点动或堵转的电动机和双向转动或反接制动的电动机,不 宜进行就地补偿。 5 结束语 目前,水泥行业的竞争非常激烈,但关键还是制造成本的竞争, 而电动机电耗占成本 30%,因此做好电动机的降耗增效工作就显得极 为重要。所以,我们要从电动机的选型、启动方式和运行方案设计等 每个环节开展细致的工作,同时要大力应用新技术新成果,促进企业

的节能降耗。

(61)数控励磁调速技术——在水泥行业的应用 61)数控励磁调速技术——在水泥行业的应用 ——

摘要:本文介绍了励磁调速技术的基本原理、技术特点和服务对象; 该装置在水泥行业的应用情况和应用前景; 该装置与变频调速技术以 及斩波内反馈调速技术的比较所具有的特点。 1 数控励磁调速技术介绍 1.1 数控励磁调速技术基本原理 本文介绍的数控励磁调速技术是集成现代电力电子技术和控制技术 最新成果,它应用于绕线型异步电动机的调速,调节电动机的转速以 达到节能和改善工艺的目的。 数控励磁调速技术调速原理示意图如图 1 所示

图 1 数控励磁调速技术调速原理示意图 直流电动机与异步电机同轴机械连接, 异步电机定子绕组接入供 电系统。当数控励磁调速装置投入运行时,KM1 闭合,K2、K3 断开, 此时直流电机电枢电压 UD 与主电机 Ml 转子绕组感生电势经整流器输 出的电压 UR 方向相反。欲调低主机转速时,调高直流机励磁电流, 使 UD 大于 UR 整流桥被封锁,主机砖子电流流不通,主机转矩下降,

转速就下降。下降的同时转子电势增大,UR 增大,整流桥导通,转 矩增大,直到与负载转矩达到新的平衡。欲调高主机砖速,要减小励 磁电流。 调速过程的转差功率经直流电动机传给异步电机作发电状态 运行回馈到电网,达到高效调速节能。 2 数控励磁调速技术在水泥行业的应用 2.1 水泥生产线风机节能原理 现代水泥生产直接消耗的能源是煤和电, 电力消耗成本占其生产 能源消耗成本的 70%以上,所以做好节电工作在降低水泥生产能耗方 面有着十分重要的意义。 现代水泥生产工艺广泛使用风机,如,窑头排风机,高温风机、 原料磨循环风机,窑尾排风机,煤磨排风机,水泥磨排风机,蓖冷风 机等。由于一些原因风机的额定流量往往大于工艺需要的流量,而现 有生产线调节流量的常用手段是调节风道进口阀门开度, 也有用液力 耦合器调速和可变电阻调速,这些调速方法虽然可以节约部分能旦, 但效率是低下的。阀门调节是增大风道的阻力来控制空气流量,空气 流过阀门是将耗费更多的能量, 空气流量与风机消费的功率的关系曲 线见图 3 的曲线 2;液力耦合器和可变电阻调节风机转速时,其转差 功率则以热能的形式散发了。所以,通常情况下,水泥生产线都有一 定的节能潜力。 对于风机负载,其功率平衡关系为: = + (1)

P

P1

P2

式(1)中:S:电动机的转差率;Pm:电动机转差率时的电磁 功率;P:电动机转差率为 S 时的电磁功率,也可近似为电机转差率 为 S 时从电力系统一次测吸收的功率;P1:转差率为 S 时风机消耗的 功率;P2:转差率为 S 时的转差功率; 式中(1-S)也就是风机的转速的百分数。 根据式(1),风机消耗的功率与转速的 3 次方成正比,风机的 流量与其转速的一次方成线性比例关系, 风机消耗的功率与其转速的 3 次方成比例,所以调节风机转速对功率的影响是非常大的。 用数控励磁调速装正对绕线型异步电动机进行速度控制, 使风机 的流量与工艺需求相适应,阀门开度在最大,风道的阻力最小,这就 使能源的利用效率最大,达到了节约能源的目的。 数控励磁调速装置是一种高效率的调速设备, 可以降低风机的转 速,明显地降低风机消耗的功率;如图 1 所示,主电机的转差功率经 调速装置辅机机组转化后,又馈入了电网。调速装置的损耗主要是辅 机机组的损耗,由于转差功率占主电机耗费功率的比例较小,这就使 得调速装置的效率很高,通常可达 95%以上。 图 2 是一台风机在相同工况下 (空气流量相同)进口阀内控制 及数控励磁调速装置控制流量时能耗曲线,从该图可以看出,使用数 控励磁调速装置节电效果是明显的。

图 2 进口阀内控制及数控励磁调速装置控制流量时能耗曲线

2.2 数控励磁调速装置节能案例 电机型号 YRKK-450-4 型,额定功率 400kW,定子额定电压 10kV,定 子额定电流 28.53A,转子电流 402A,转子开路电压 625V,离心式风 机负载。 (1)节能改造前电量计算 经测试,电机工频运行时电机功耗为 326kW。 累计年耗电量公式:Cd=T×Pd 值; T:年运行时间; Cd=7200×326=2347200kWh 因此,节能改造前,每年窑尾排风机耗电量约为 235 万 kWh。 (2)调速状态下的电量测算 经测试,电机调速运行时电机实际功率为 237237kW。 可推算年耗电量为:Cd=7200×237=1706400kWh (3)节电量 年节电率:△C=2347200-1706400=640800kWh 3.与变频以及内反馈调速调遮系统比较 水泥厂多数采用绕线式电机作为拖动设备,因此,长朗以来,绕 线式电机节能调速技术一直受到业内人士的广泛关注。 特别是在高压 大容量异步电动机调速领域。人们探索和实践了多种调速手段和方 Cd:年耗电量

案,也有各种的调速产品在生产实际中应用。对于低电压等级的电动 机,变频技术已经很好地解决了节能调速的问题并得到了广泛的应 用。但是对于高压大功率电动机,这些方法在调速性能、装置的可靠 性、节能效率、谐波污染防治、制造和维护成本等方面,都面临着诸 多的技术难题。 数控励磁调速技术是高压大功率绕线型电机的调速方法之一, 调 速装置控制的是转子回路的转差功率, 因而在高压大功率电机调速上 具有突出的优势。高压大功率异步电动机装机容量和节能潜力巨大, 我公司开发的数控励磁调速装置具有高可靠、高节电率,高效益的特 点,具有广阔的市场前最。 对高压(6kV 以上)大功率电机的调速,以下是数控励硅调速技 术和目前流行的调速技术比较:

数控励磁调速 装置 适用对象 绕线型异步电 动机 效率 调速过程 谐波的污染 控制功率 高 平滑无级 无 小(转差功率)

变频调速

斩波内反馈调 速

笼型电动机

绕线型异步电 动机

高 平滑无级 较低 主机全功率

高 平滑无级 较高 转差功率

投切过程

平稳、 不会停主 机

易使主机停止

不停主机

安全可靠性 维护 改造

高 简单、易上手 一次测可不停 电周期短

较高 须专门培训 一次测停电周 期长 高

较低 须专门培训 一次测可不停 电周期长 中

投资



(62)变频器在暖通循环泵上的节能控制 62)

1 系统现状 江苏徐州大酒店中央空调制冷主机采用溴化锤锂吸收式制冷机组, 冷 却水泵用 3 台 75kW,冷冻(热)水泵采用 3 台 55kW。两台水泵每年 同时使用时间为二个月。正常使用一台,其余备用。 2 背景资料 普通中央空调系统年平均空调实际负荷仅为设讨负荷的 70%左右,图 1 为普通空调夏季和冬季的不同负荷变化图。

a 夏季负荷率

图1

b 冬季负荷率

空调循环水泵的能耗占空调系统总能耗的 20%左右(空调机组的 能耗占空调系统总能耗的 15%-20%)。空调系统在部分负荷运行时, 既使通过台数调节流量,也存在水泵(凤机)能耗的极大浪费,因此 空调系统的输送动力设备(水泵、凤机)的节能控制对降低整个空调 系统运行费用尤为重要。节能理论依据:(Q /Q ) =P /P ;Q:风机 和水泵流量 m /h; P:风机和水泵轴功率 kW。由于空调机组情况不详, 本方案只涉及空调循环水泵。 3 控制原理 (1)控制对象:空调循环水泵恒温差——变流量控制。 (2)适用工程:空调末端采用定水量控制的空调冷热水循环泵;所 有的空调冷却水循环泵。 (3)控制指标:温度范围:0℃-95℃;温度精度:±0.1℃。 (4)工作原理:根据供回水温度差值的变化自动 PID 控制空调水泵 的流量,从而控制供回水温差。见图 2(下图)。 (5)控制方式:一套空调水泵智能恒温差控制系统控制一台空调水 泵。 4 系统组成 NB 一 2000 空调循环泵智能恒温控制系统包含:一台控制系统主 机、一只 LCD 中文显示线控器、二只温度传感变送器 (基本配置)。

压力传感变送器、湿度传感变送器。 可选传感变送器可实现空调循环泵水压、湿度监测。 5 系统功能

项目 控制 功能 值班 功能

功能 空调水系统的恒温差,控制空调水泵的流量、开机时的工 频运行时间的设置,保证空调在最短时间内达到空调效果。 在非空调必要时间,控制空调循环泵以较低流量(值班状 态)运行。 LCD 全中文显示有线操作显示器进行参数设定和操作,

操作 功能

RS485 通讯端口远程数据传输, 上位机系统集中管理, 远程 控制与就地控制的结合,程序设置,手动和自动定时运行 控制,停电后自动复位,二级操作权限,防止因操作原因 造成系统故障。

监视 功能 保护 功能

全方位运行参数指示:运行频率、运行温度、设定温度、 运行压力、运行水温。设备状态指示:制冷/制热/值班。 故障保护原因和时间的记录,为设备检修和维修提供数据。 故障保护显示:过电压、过电流、过载、过热、欠电压、 缺相。按照控制电机实际功率进行相关保护。调节电机反 正转。 在自动调节空调循环泵流量的同时,可以进行空调风机的 最大和最小风量的设置,全中文菜单式参数设定方式,方


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