畢業(yè)論文機(jī)電一體化end

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能性能與經(jīng)濟(jì)性分析三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能性能與經(jīng)濟(jì)性分析 *analysis of triple-phase asynchronous motor energy-saving performance and economy* 學(xué)院（部）： 繼續(xù)教育學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：2011 級(jí)機(jī)電一體化 學(xué)生姓名： 曹先俊 指導(dǎo)教師： 方教授 2013 年 05 月 15 日 三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能性能與經(jīng)濟(jì)性分析 摘 要 論述了三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能的幾種方法，包括電機(jī)的合理選擇與使用，保 證供電電壓質(zhì)量和電機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)?。論述了變頻器在風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)上節(jié)能 的分析與運(yùn)用，

2、能明顯提高三相異步電動(dòng)機(jī)的效率。恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用這些方法，能 較大程度地提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的效率和功率因數(shù)，通過運(yùn)用這些方法進(jìn)行節(jié)能 計(jì)算能明顯的顯示三相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能效果。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字: : 三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī); ; 變頻器變頻器; ; 節(jié)能節(jié)能; ; analysis of triple-phase asynchronous motor energy-saving performance and economy abstract/ discusses the triple-phase asynchronous motor, several methods, including the

3、 rational selection and use of the motor to ensure the quality and the motor in placc of the supply voltage reactive power compensation. discusses the analysis and utilization of the inverter energy-efficient fans and compressors, can significantly improve the efficiency of the triple-phase asynchro

4、nous motor. the appropriate use of these methods can improve the efficiency and power factor when the motor is running, energy-efficient computing through the use of these methods to display the energy saving effect of the triple-phase asynchronous motor. keywor：triple-phase asynchronous motor；motor

5、 inverter; energy-saving. 目目 錄錄 目 錄.1 第 1 章 緒論.2 1.1 電動(dòng)機(jī)節(jié)能的研究背景.2 1.2 三相異步電機(jī)節(jié)能節(jié)能研究意義.2 第 2 章 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理介紹.4 2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造介紹.4 2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理.4 第 3 章 電動(dòng)機(jī)節(jié)能方面的分析與研究.6 3.1 目前在電機(jī)節(jié)能方面存在的主要問題.6 3.2 電動(dòng)機(jī)損耗分析.6 3.3 電動(dòng)機(jī)的選用.8 3.4 電動(dòng)機(jī)節(jié)能原理.8 3.5 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能途徑.9 第 4 章 三相異步電機(jī)節(jié)能分析與應(yīng)用實(shí)例.11 4.1 電動(dòng)機(jī)的合理選型和節(jié)能改造.11 4.2 電

6、動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行形式的合理設(shè)計(jì).11 4.3 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能.13 4.4 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)補(bǔ)償.13 4.5 實(shí)際應(yīng)用舉例計(jì)算.13 第 5 章 變頻調(diào)速節(jié)能分析與研究.16 5.1 異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速技術(shù).16 5.2 異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方式性能比較.16 5.3 低壓、高壓變頻調(diào)速簡解.17 5.4 經(jīng)濟(jì)效益分析.18 5.5 小結(jié).19 小結(jié).20 致謝.21 參考文獻(xiàn).22 第第 1 1 章章 緒論緒論 1.11.1 電動(dòng)機(jī)節(jié)能的研究背景電動(dòng)機(jī)節(jié)能的研究背景 能源是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是提高人們的生活水平的先決 條件。人類社會(huì)要發(fā)展，必須建立在大量消耗能源的基礎(chǔ)上。然而現(xiàn)

7、有的不可 再生資源己經(jīng)被人類過度消耗。能源問題已成為當(dāng)今世界各國普遍關(guān)注的首要 問題。其中新能源的開發(fā)研究和節(jié)能技術(shù)研究更是當(dāng)前世界各國普退關(guān)注的熱 點(diǎn)問題。 長期以來能源一直是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，隨著國民經(jīng)濟(jì)的 快速發(fā)展，能源生產(chǎn)和消費(fèi)的矛盾，能源與環(huán)境的矛盾越來越嚴(yán)重，我國能源 占有率與世界平均水平比較還有一定差距，因此，要緩解我國能源資源與經(jīng)濟(jì) 社會(huì)發(fā)展的矛盾，必須立足國內(nèi)，大力采取節(jié)能措施。堅(jiān)決實(shí)行開發(fā)和節(jié)約并 舉，把節(jié)約放在首位的方針。鼓勵(lì)開發(fā)和應(yīng)用節(jié)能降耗的新技術(shù)。 電動(dòng)機(jī)是電能消耗的最大用戶，也是節(jié)電潛力最大的用戶。電動(dòng)機(jī)是實(shí)現(xiàn) 全國電氣化的主要?jiǎng)恿C(jī)械，而異步電動(dòng)機(jī)

8、又是農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種電機(jī)。 異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價(jià)格便宜，而且運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用，很少需 要維護(hù)及可用于惡劣環(huán)境等有點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防軍事和日常 生活中得到廣泛的應(yīng)用變頻傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前，大部分 的工業(yè)拖動(dòng)都是交流異步電動(dòng)機(jī)。資料表明電動(dòng)機(jī)負(fù)荷占整個(gè)負(fù)荷的 80%以上， 我國現(xiàn)役的電動(dòng)機(jī)中，尚有 4 億 kw 的高能耗電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)的損耗占額定 出力的 10%23%,具有極大的節(jié)能潛力。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載附近運(yùn)行時(shí)其效率和功率因數(shù)較高，但在實(shí)際運(yùn)用中 由于各種原因的影響，電機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在空載和輕載的狀態(tài)， “大馬拉小車的現(xiàn)象 很普遍，導(dǎo)致電機(jī)

9、的效率和功率因數(shù)都比較低，造成能源的浪費(fèi)。因此，研究 異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能控制器具有非常重要的理論和實(shí)際意義。 1.21.2 三相異步電機(jī)節(jié)能節(jié)能研究意義三相異步電機(jī)節(jié)能節(jié)能研究意義 現(xiàn)代社會(huì)中，三相異步電動(dòng)機(jī)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的主要?jiǎng)恿υO(shè)計(jì)。三相 異步電機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，運(yùn)行可靠，工作效率高、過載能力強(qiáng) 及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，成為機(jī)電設(shè)備的最重要的動(dòng)力來源，應(yīng)用十 分廣泛。在一般中小型工廠里，運(yùn)行中的三相異步電機(jī)就有數(shù)十臺(tái)至數(shù)百臺(tái).而 在大工廠中往往有數(shù)千臺(tái)三相異步電機(jī)在運(yùn)行，而異步電動(dòng)機(jī)所消耗的電能在 整個(gè)工業(yè)用電中占有很大的比例，它約占總工業(yè)用電的 80%以上，消耗了電網(wǎng)

10、 容量 50%以上的電能,這些異步電動(dòng)機(jī)一般都是按照設(shè)計(jì)的負(fù)載進(jìn)行選擇的，但 在實(shí)際使用中，大都經(jīng)常處在輕載，甚至在空載下運(yùn)行，白白浪費(fèi)大量的電能， 極大地影響著企業(yè)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)效益。 經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，電力要先行。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的提高，有很 多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的電力供應(yīng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的緊張局面，這直接制約著這些地區(qū) 的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，我們一方而需要開發(fā)更多的的能源來緩解電能緊張的局而。 而對(duì)不可再生的一次能源，如石油、煤、天然氣等資源的枯竭，全世界對(duì)于節(jié) 能的呼聲越來越高?；谶@方面的考慮。我們要更努力著手于用電設(shè)計(jì)的節(jié)能 研究。 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率與負(fù)載的大小有關(guān)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的額定負(fù)載附近運(yùn)行

11、的時(shí) 候，其效率的功率因數(shù)都較高;但當(dāng)負(fù)載率較低時(shí)候，其功率因數(shù)和功率都急驟 降低。異步電機(jī)在空載時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率約等于 0，即歸算 到轉(zhuǎn)子側(cè)得等效電阻無窮大，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路，電流接近于 0;而定子電流基本 上是勵(lì)磁電流，其主要分量是無功的磁化電流，其值越大定子電抗就越大，致 使電機(jī)功率因數(shù)降低。電動(dòng)機(jī)在輕載時(shí)，由于端電壓過高使勵(lì)磁電流大，會(huì)異 致功率因數(shù)下降。實(shí)際運(yùn)行中的電機(jī)，由于產(chǎn)品容量的不連續(xù)性，安全系數(shù)過 高的選擇等，經(jīng)常處于負(fù)載，甚至輕載，使電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)較小，效率很低， 電能的浪費(fèi)十分嚴(yán)重。 對(duì)于滿載的運(yùn)行的情況下的電動(dòng)機(jī)，節(jié)能的關(guān)鍵在于采取必要地措施提高 其運(yùn)行的

12、效率，改善功率因數(shù)。利用調(diào)壓的方法，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率來 不斷的降壓電動(dòng)機(jī)的端電壓，使其運(yùn)行處于高效率的狀態(tài)。高效率運(yùn)行不僅可 以節(jié)省電動(dòng)機(jī)在非滿載情況下的功率損耗，提高工功率因數(shù)、節(jié)約能源，而且 對(duì)于裝置自身的冷卻和控制環(huán)境污染方面也有重要的意義。全國有上百億元的 電動(dòng)機(jī)市場(chǎng)，而且每年還在以 20%的速度增加。如果全部能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的話， 相當(dāng)于每年我國增建了 2 到 3 臺(tái)中型火力發(fā)電廠。這既可以節(jié)省能源，又能減 少環(huán)境污染?？梢?，電動(dòng)機(jī)節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。因而研究三 相異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)是非常迫切和必要的，開發(fā)帶有節(jié)能的產(chǎn)品勢(shì)在必行。 第第 2 2 章章 三相異步電動(dòng)機(jī)

13、的工作原理介紹三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理介紹 2.12.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造介紹三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造介紹 三相異步電動(dòng)機(jī)主要有由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 定子主要由三相繞組，鐵心，機(jī)座，端蓋組成。定子鐵心一般由 0.35 或 0.5 毫米厚、表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分 布的槽，用以嵌放定子繞組。三相繞組由三個(gè)在空間互隔 120電角度、對(duì)稱 排列的結(jié)構(gòu)完全相同的線圈連接而成，這些繞組的各個(gè)線圈按一定規(guī)律分別嵌 放在定子各糟內(nèi)。三相定子繞組通入三相電流，產(chǎn)生 n1 為轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。機(jī) 座通常為鑄鐵件，大型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動(dòng)機(jī)的機(jī)座采 用鑄鋁

14、件，其作用是團(tuán)定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等 作用。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩 端端蓋開有通風(fēng)孔，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對(duì)流，以利于散熱。端蓋主要 起固定轉(zhuǎn)子，支撐和防護(hù)作用。 轉(zhuǎn)子主要由鐵心和繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心所用材料與定子一樣，由 0.5 毫米 厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的槽，用來安置轉(zhuǎn)子繞 組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，中、大型異步電動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)子直徑在 300500 毫 米以上)的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和 繞

15、線式轉(zhuǎn)子。 1)鼠籠式轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子繞組由抽入轉(zhuǎn)子槽中的多根一濘條和兩個(gè)環(huán)行的端環(huán)組 成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型 電動(dòng)機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對(duì)于 100kw 以上的電動(dòng)機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而 成。鼠籠轉(zhuǎn)子分為:阻抗型轉(zhuǎn)子、單鼠籠型轉(zhuǎn)子、雙鼠籠型轉(zhuǎn)子、深槽式轉(zhuǎn)子幾 種，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等特性各有不同。 2)繞線式轉(zhuǎn)子:繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個(gè)對(duì)稱的三相繞組， 一般接成星形，三個(gè)出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯(lián) 接。 2.22.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行是異步電機(jī)最主要的運(yùn)行方式。如圖 2-1 所

16、示為三相異步 電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。 圖 2-1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖 當(dāng)三相對(duì)稱定子繞組接至三相電源后，三相繞組內(nèi)將流過對(duì)稱的三相電流， 并在電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng).當(dāng) p=1 時(shí)，圖中用一對(duì)以恒定同步轉(zhuǎn)速 n0(旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的電磁鐵來模擬該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體 處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，在它的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體逆時(shí)針方向切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì).感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則確定.由于轉(zhuǎn)子繞組是短接的，所以在感 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電流，即轉(zhuǎn)子電流 i2。由此可見，異步電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，因此這種電動(dòng)機(jī)又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī). 如圖 2-1 所示

17、，電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是一致的，故轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向 與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同，但電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 必須低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 n0，如 果轉(zhuǎn),子轉(zhuǎn)速達(dá)到 n0，那么轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將 不切割磁通，于是轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，也不可能產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不可能維持在轉(zhuǎn)速 n0 狀態(tài)下運(yùn)行，可見該電動(dòng)機(jī)只 有在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，低于同步轉(zhuǎn)速 n0 時(shí)才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩并驅(qū)動(dòng)負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行，因 此這種電動(dòng)機(jī)也稱為異步電動(dòng)機(jī)。 第第 3 3 章章 電動(dòng)機(jī)節(jié)能方面的分析與研究電動(dòng)機(jī)節(jié)能方面的分析與研究 3.13.1 目前在電機(jī)節(jié)能方面存在的主要問題目前在電機(jī)節(jié)能方面存

18、在的主要問題 3.1.13.1.1 舊舊( (淘汰淘汰) )型電機(jī)的使用型電機(jī)的使用 我國 20 世紀(jì)七八十年代制造，六七十年代技術(shù)水平的 j, jo, j02 系列及 其相應(yīng)水平的派生電機(jī)，現(xiàn)在約占裝機(jī)容量的 3%-5%，即約 2000 萬 kw，這些 電機(jī)采用 e 級(jí)絕緣，體積較大，起動(dòng)性能較差，效率較低。雖經(jīng)歷年改造，但 目前我國的少數(shù)企業(yè)還在使用這類電機(jī)，如風(fēng)機(jī)、水泵、車床等使用的主機(jī)。 另外，早期使用的 y 系列電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過 12 次大修，性能變差，效率降低，本 應(yīng)該淘汰，卻仍在使用。這類電機(jī)占裝機(jī)容量的 15%20%。 3.1.23.1.2 電機(jī)負(fù)載率低電機(jī)負(fù)載率低 由于電動(dòng)機(jī)選擇

19、不當(dāng)，富裕量過大或生產(chǎn)工藝變化，使得電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工 作負(fù)荷遠(yuǎn)低于額定負(fù)荷，大約占裝機(jī)容量 30%40%的電機(jī)在 30%50%的額定負(fù)載 下運(yùn)行，運(yùn)行效率過低。如現(xiàn)在我國風(fēng)機(jī)的平均運(yùn)行效率為 60%，水泵的平均 運(yùn)行效率只有 51%。 3.1.33.1.3 電機(jī)電源電壓不對(duì)稱或電壓過低電機(jī)電源電壓不對(duì)稱或電壓過低 由于三相四線制低壓供電系統(tǒng)單相負(fù)荷的不平衡，使得電動(dòng)機(jī)的三相電壓 不對(duì)稱，電機(jī)產(chǎn)生負(fù)序轉(zhuǎn)矩，增大電機(jī)運(yùn)行中的損耗。另外電網(wǎng)電壓長期偏低， 使得正常工作的電機(jī)電流偏大，因而損耗增大。三相電壓的不對(duì)稱度越大，電 壓越低，則損耗越大。 3.1.43.1.4 負(fù)荷調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速控制不當(dāng)負(fù)荷調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)

20、速控制不當(dāng) 在調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與水泵的流量等方面，還有些場(chǎng)合是采用擋板或閥門來 調(diào)節(jié)，使得截流功率損耗大。許多設(shè)備還采用機(jī)械調(diào)速方法，而未采用電氣調(diào) 速。此外，由于調(diào)速方法與負(fù)載的性質(zhì)、大小配合不好，轉(zhuǎn)速控制不當(dāng)，也使 得調(diào)速過程中的損耗增大。 3.23.2 電動(dòng)機(jī)損耗分析電動(dòng)機(jī)損耗分析 三相異步電動(dòng)機(jī)的用電量占全國總用電量的 60%以上，研究其節(jié)能問題， 提高其運(yùn)行效率對(duì)節(jié)約能源有重要的現(xiàn)實(shí)意義。電動(dòng)機(jī)存在的最大問題是高啟 動(dòng)電流及它未能在啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)將電機(jī)扭力配合負(fù)荷扭力。在啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)會(huì) 產(chǎn)生 150%200%的扭力，方可于瞬間將轉(zhuǎn)速提升至最高速，這樣易導(dǎo)致電機(jī)受 損見圖 3-1，,在啟動(dòng)

21、的同時(shí)，它將耗用高達(dá) 8 倍的標(biāo)稱電流in,極大地影 響了供電電壓的穩(wěn)定性見圖 3-2。每當(dāng)電機(jī)滿足高轉(zhuǎn)矩要求的負(fù)載之后，電機(jī) 將進(jìn)入較長時(shí)間的輕負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，這樣都會(huì)由于電機(jī)繞組磁飽和而導(dǎo)致電機(jī) 效率下降。在固定供電電壓的情況下，電機(jī)的磁通（又稱為勵(lì)磁電流）是固定 不變的，它亦是電機(jī)高能耗的因素之一（占 30%50%） 。 圖 3-1 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)扭力示意圖 圖 3-2 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流受轉(zhuǎn)速影響示意圖 異步電動(dòng)機(jī)的損耗分為有功損耗與無功損耗兩種，減少有功損耗，就能提高 電動(dòng)機(jī)的效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的，這可以從兩個(gè)方面進(jìn)行 在電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造與改進(jìn)方而對(duì)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造要做到: (1)采

22、用較薄的低損耗硅鋼片，減少電機(jī)的渦流損耗;加長電機(jī)鐵芯，用較多 的硅鋼片達(dá)到減少磁密、降低鐵損的目的。 (2)采用較大截而的銅一學(xué)線，縮短繞組端部長度，增大電機(jī)的滿槽率，達(dá)到減 小皆線電阻與定子電流、降低定子銅損的目的。 3.33.3 電動(dòng)機(jī)的選用電動(dòng)機(jī)的選用 下列情況下應(yīng)該考慮選用高效電動(dòng)機(jī)： 1)在新上項(xiàng)目需要新的電動(dòng)機(jī)時(shí)； 2)舊電動(dòng)機(jī)損壞或電動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行重繞時(shí)； 3)在電動(dòng)機(jī)長期運(yùn)行于低負(fù)載或過負(fù)載狀態(tài)下需要更新電動(dòng)機(jī)時(shí)。 3.43.4 電動(dòng)機(jī)節(jié)能原理電動(dòng)機(jī)節(jié)能原理 電動(dòng)機(jī)節(jié)能的基本原理:電動(dòng)機(jī)節(jié)能的過程就是提高其效率的過程。 p2:電動(dòng)機(jī)機(jī)械輸出功率(kw): p1:電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)或供

23、電裝置中吸收的電功率; p:電動(dòng)機(jī)在能量轉(zhuǎn)換中的損耗功率(kw); 因此，電動(dòng)機(jī)節(jié)能的關(guān)鍵是如何減小電動(dòng)機(jī)在能量轉(zhuǎn)換中的損耗功率p, 3.4.13.4.1 電動(dòng)機(jī)損耗功率構(gòu)成電動(dòng)機(jī)損耗功率構(gòu)成 p =pcu1+ pfe + pcu2+pmec+pad pcu1:定子繞組銅損； pfe:鐵芯損耗； pcu2:轉(zhuǎn)子繞組銅損； pmec:雜散損耗； pad:機(jī)械摩擦損耗； 3.4.23.4.2 有效降低電機(jī)損耗有效降低電機(jī)損耗 1、電機(jī)損耗分類: (1)發(fā)熱損耗: p=pcu1+pfe +pcu2； (2)雜散損耗：pad； (3)風(fēng)磨損耗: pmec+pad； 2、降低發(fā)熱損耗: (1)優(yōu)化電機(jī)內(nèi)

24、電與磁的合理匹配； (2)選用優(yōu)質(zhì)的繞組材料； (3)選用損耗與磁性能匹配合理的鐵芯材料； (4)有效增大銅而積； 3、降低雜散損耗: (1)合理設(shè)計(jì)齒槽關(guān)系和氣隙； (2)可靠的制造工藝減少磁場(chǎng)琦變； 4、降低風(fēng)磨損耗: 降低風(fēng)磨損耗:合理的軸承結(jié)構(gòu)和滑設(shè)計(jì)； 5、降低通風(fēng)損耗: (1)提高熱傳導(dǎo)效率； (2)提高自然對(duì)流散熱能力，減小通風(fēng)量需求； (3)提高冷卻的熱交換效率； (4)提高冷卻風(fēng)扇的效率； 結(jié)論:電動(dòng)機(jī)節(jié)能的原理是通過對(duì)電動(dòng)機(jī)的電、磁、機(jī)械和通風(fēng)的優(yōu)化，優(yōu) 質(zhì)材料及先進(jìn)制造工藝的使用，并結(jié)合先進(jìn)全而的試驗(yàn)及測(cè)試手段，切實(shí)有效 地 降低電動(dòng)機(jī)的各方面損耗。 3.53.5 電動(dòng)機(jī)

25、的節(jié)能途徑電動(dòng)機(jī)的節(jié)能途徑 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能途徑多種多樣。主要有以下幾種： 1)優(yōu)化電機(jī)本身設(shè)計(jì)節(jié)能 優(yōu)化電機(jī)本身構(gòu)造來節(jié)能，即建造比普通的異步電動(dòng)機(jī)更高效的節(jié)能型電 機(jī)來進(jìn)行節(jié)能。它主要從異步電機(jī)的設(shè)計(jì)、工藝和材料上來采取措施。它可以 采用更合理的定轉(zhuǎn)子槽數(shù)、正弦繞組、風(fēng)扇參數(shù)等措施來降低電機(jī)的損耗。此 外，還可以采用更多更薄的優(yōu)質(zhì)鋼片，降低電機(jī)的負(fù)載損耗和電磁損耗。更進(jìn) 一步，還可采用優(yōu)化的氣隙設(shè)計(jì)來減小電機(jī)的損耗。 2)異步電動(dòng)機(jī)變頻節(jié)能 變頻節(jié)能，變頻節(jié)能裝置可以在異步電動(dòng)機(jī)的效率基本不變化的情況下， 通過變化驅(qū)動(dòng)電源的電壓和頻率，平滑地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸出量 的要求來改變輸出功

26、率來達(dá)到節(jié)能。變頻節(jié)能中的恒壓頻比控制很常見，它通 過使 v/f 比值恒定，保持磁通不變來控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。它能很迅 速地適應(yīng)異步電機(jī)負(fù)載的變化，供給最大效率的電壓，達(dá)到相應(yīng)的節(jié)能狀態(tài)。 對(duì)于水泵、風(fēng)機(jī)等的節(jié)能控制系統(tǒng)，它是非常理想的控制方法。 3)異步電動(dòng)機(jī)降壓節(jié)能 異步電動(dòng)機(jī)的損耗是輸入的有功電功率與輸出的機(jī)械損耗之差。對(duì)于三相 異步電動(dòng)機(jī)的損耗主要是鐵耗和銅耗，它們的損失之和占電機(jī)總體損耗的比例 很大。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)的效率即為轉(zhuǎn)子軸上輸出的功率與電機(jī)輸入的有功功率 之比，要提高異步電動(dòng)機(jī)的效率，就是要盡量的減小損耗。在異步電動(dòng)機(jī)的損 耗中，定轉(zhuǎn)子的銅損耗與電流的平方成正比，鐵損

27、耗則與電壓的平方成正比。 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)處于輕載時(shí)，適當(dāng)降低異步電動(dòng)機(jī)的端電壓，可以有效減小銅耗 和鐵耗的總值，這樣就能很好的提高效率。 常見的節(jié)能措施如下： (1)在低壓配電系統(tǒng)并聯(lián)電力電容器，進(jìn)行無功補(bǔ)償。 (2)在大功率用電設(shè)備上采用同步補(bǔ)償機(jī)，進(jìn)行無功補(bǔ)償。 (3)采用電磁相控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩?zé)o級(jí)調(diào)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能效應(yīng)。 (4)采用變頻控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行頻率變化調(diào)整來實(shí)現(xiàn)節(jié)能效應(yīng)。 三相電動(dòng)機(jī)節(jié)電器原理圖: 第第 4 4 章章 三相異步電機(jī)節(jié)能分析與應(yīng)用實(shí)例三相異步電機(jī)節(jié)能分析與應(yīng)用實(shí)例 4.14.1 電動(dòng)機(jī)的合理選型和節(jié)能改造電動(dòng)機(jī)的合理選型和節(jié)能改造 4.1.14.1.1 選用節(jié)

28、能型電動(dòng)機(jī)選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī): : y 系列電動(dòng)機(jī)是全國統(tǒng)一設(shè)計(jì)的新系列產(chǎn)品，是國內(nèi)目前較先進(jìn)的三相異 步電動(dòng)機(jī)。20 世紀(jì) 80 年代中期即在全國推廣應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是效率高、節(jié)能、 啟動(dòng)性能好。而目前國內(nèi)許多老水泥企業(yè)仍大量采用 j02 系列電動(dòng)機(jī)，相比來 說 y 系列比 j02 系列電動(dòng)機(jī)效率提高很多。因此用 y 系列電動(dòng)機(jī)取代舊式電動(dòng) 機(jī)勢(shì)在必行。 4.1.24.1.2 合理選用電動(dòng)機(jī)類型合理選用電動(dòng)機(jī)類型: : 選擇電動(dòng)機(jī)類型除了滿足拖動(dòng)功能外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。對(duì)于年運(yùn) 行時(shí)間大于 3000h，負(fù)載率大于 50%的場(chǎng)合，應(yīng)選擇 yx 系列高效率的三相異步 電動(dòng)機(jī)。與 y 系列相比，其

29、效率平均高 3%，損耗降低 20%30%，雖然價(jià)格高于 y 系列電動(dòng)機(jī)，但從長期運(yùn)行考慮，經(jīng)濟(jì)性還是明顯的。 同步電動(dòng)機(jī)能提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線路損耗，但控制系統(tǒng) 繁雜，價(jià)格較高。隨著異步電動(dòng)機(jī)制造水平的提高，新設(shè)備已很少采用。 4.1.34.1.3 合理選用電動(dòng)機(jī)的額定容量合理選用電動(dòng)機(jī)的額定容量: : 國家三相異步電動(dòng)機(jī) 3 個(gè)運(yùn)行區(qū)域作了如下規(guī)定:負(fù)載率在 70%-lo0%之間 為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)；負(fù)載率在 40%-70%之間為一般運(yùn)行區(qū);負(fù)載率在 40%以下為非經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行區(qū)。若電動(dòng)機(jī)容量選得過大，雖然能保證設(shè)各的正常運(yùn)行，但不僅增加 了投資，而且它的效率和功率因數(shù)也都很低，造成電

30、力的浪費(fèi)。因此考慮到既 能滿足水泥廠設(shè)備運(yùn)行需要，又能使其盡可能地提高效率，水泥企業(yè)一般負(fù)載 率保持在 60%100%較為理想。對(duì)于負(fù)載率小于 4q%的三角形接法電動(dòng)機(jī)可改為 星型接法，以提高其效率。 4.1.44.1.4 老式電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造老式電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造 1)更換電動(dòng)機(jī)的外風(fēng)扇，將電動(dòng)機(jī)的外風(fēng)扇改為節(jié)能型，對(duì)于不同型號(hào)的 電動(dòng)機(jī)，有對(duì)應(yīng)的節(jié)能型風(fēng)扇產(chǎn)品可供選用。主要用于單方向運(yùn)轉(zhuǎn)的 2 極和 4 極電動(dòng)機(jī)，改后可提高效率 1.35%2.55%。 2)采用磁性槽泥代替原來的槽楔，用磁性槽泥進(jìn)行電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造后，可 降低電動(dòng)機(jī)的鐵芯損耗和附加損耗，提高效率，雖然啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)下降 10%20

31、%, 但很適應(yīng)空載或輕載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)改造。 4.24.2 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行形式的合理設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行形式的合理設(shè)計(jì) 4.2.14.2.1 低壓籠型大中型電動(dòng)機(jī)低壓籠型大中型電動(dòng)機(jī) 若采用全壓直接啟動(dòng)方式，這要求電力系統(tǒng)有足夠大的容量，而實(shí)際運(yùn)行 時(shí)，電力系統(tǒng)負(fù)載率很低，影響供電效率，并且用直接啟動(dòng)方式易燒毀開關(guān)、 電動(dòng)機(jī)，影響電網(wǎng)其他設(shè)備的運(yùn)行，往往為了盡量減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)次數(shù)而寧愿 讓電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而不停車，造成大量浪費(fèi)。此類電動(dòng)機(jī)可以用電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器啟 動(dòng)。電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器是采用大功率晶閘管模塊作為主回路的開關(guān)元件，通過控 制它的導(dǎo)通角以實(shí)現(xiàn)軟特性的電壓爬升。它具有對(duì)電網(wǎng)無過大沖擊，對(duì)機(jī)械傳

32、動(dòng)系統(tǒng)(齒輪及軸連接器)震動(dòng)小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。啟動(dòng)電流在 2.5-3.5 倍額定電流之間可調(diào)，啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)。 4.2.24.2.2 高壓籠型電動(dòng)機(jī)高壓籠型電動(dòng)機(jī) 傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式多選用電抗器、自藕變壓器等，但這些啟動(dòng)設(shè)備都不能很 好地滿足啟動(dòng)要求，很難獲得理想的啟動(dòng)參數(shù)。目前出品的熱變電阻軟啟動(dòng)裝 置能較好地滿足啟動(dòng)要求。熱變電阻器由其有負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料制成，電 阻器串于電動(dòng)機(jī)定子回路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、電阻體通過啟動(dòng)電流時(shí)，其溫度升 高，而阻值隨之減小，從而使電動(dòng)機(jī)端電壓逐步升高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步增加，以 實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)參數(shù)和負(fù)載要求的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，能方便地配 置適當(dāng)?shù)?/p>

33、啟動(dòng)電阻值獲得最佳的啟動(dòng)參數(shù)，即在較小的啟動(dòng)電流卜，獲得足夠 大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。海螺集團(tuán)回轉(zhuǎn)窯風(fēng)機(jī)上己有應(yīng)用，啟動(dòng)電流為 2.92ie。與用電 抗器相比，電下降了 28%，電網(wǎng)壓降由 8%降到了 5%。這說明在啟動(dòng)過程中有一 定的節(jié)能效果，延長了電動(dòng)機(jī)的使用壽命，減少了對(duì)機(jī)械設(shè)各的沖擊。由一于 啟動(dòng)裝置熱容量大，幾乎無需維修，因此在水泥企業(yè)的相關(guān)電動(dòng)機(jī)上有明顯的 推廣價(jià)值。 4.2.34.2.3 大型繞線型電動(dòng)機(jī)大型繞線型電動(dòng)機(jī) 目前較為成熟的方式是采用液體變阻啟動(dòng)器。它是利用兩極間的液體電阻， 通過機(jī)械傳動(dòng)裝置便極板的距離逐步接近，直至接觸，達(dá)到串入轉(zhuǎn)子回路中的 電阻無級(jí)變小最后為零，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)

34、無沖擊的平滑啟動(dòng)。其特點(diǎn)是啟動(dòng)電流小， 對(duì)電網(wǎng)無沖擊，熱容量大，可連續(xù)啟動(dòng) 5-10 次，維護(hù)方便，使用可靠。 4.2.34.2.3 中、小型繞線電動(dòng)機(jī)中、小型繞線電動(dòng)機(jī) 主要采用頻敏電阻器和油浸電阻器啟動(dòng)，由于有滑環(huán)、碳刷、短路環(huán)等零 件與繼電器、交流接觸器、頻敏或油浸變阻器等電器元件組成的啟動(dòng)系統(tǒng)都安 裝在粉塵較大的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，因此它具有故障率高、維修量大的缺點(diǎn)，經(jīng)常影響 設(shè)備的正常運(yùn)行，而無刷無環(huán)啟動(dòng)器較好地解決了上述問題，它是一種啟動(dòng)平 滑，不改變運(yùn)行特性且不受粉塵干擾的啟動(dòng)設(shè)備。其一次啟動(dòng)電流限制在 3.0- 4.0ie 之間，適合于 11-600kw 的高低壓繞線型電動(dòng)機(jī)。該啟動(dòng)器是

35、利用頻敏變 阻器的原理，利用貼磁性材料的頻感特性研制而成，安裝在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸原來裝 集電環(huán)的位置，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，省去了電動(dòng)機(jī)的輔助啟動(dòng)裝置。 4.34.3 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能 4.3.14.3.1 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，調(diào)速精度高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣， 節(jié)能顯著。變頻調(diào)速確實(shí)穩(wěn)定可靠，節(jié)能顯著，建議對(duì)直流調(diào)速、電磁滑差調(diào) 速的設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速改造。 4.3.24.3.2 繞線式電動(dòng)機(jī)液體調(diào)速繞線式電動(dòng)機(jī)液體調(diào)速 對(duì)于一些調(diào)速精度要求不高，調(diào)速范圍要求不寬，并且不頻繁調(diào)速的繞線 式電動(dòng)機(jī)，如風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的大中型繞線式異步電動(dòng)機(jī)采用液體調(diào)速效果 顯著。

36、與變頻調(diào)速、可控硅串級(jí)讕速相比，該方式更經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用，維護(hù) 簡單，雖調(diào)速時(shí)效率稍低，但功率因數(shù)高，且全速時(shí)效率高于變頻調(diào)速，價(jià)格 僅為變頻調(diào)速的幾分之一。該設(shè)備采用強(qiáng)制冷卻的方法由循環(huán)水裝置來降低在 調(diào)速過程中液體電阻因通電發(fā)熱所升高的溫度，有效地解決了以前熱容量不夠 容易引起開鍋的現(xiàn)象。1 臺(tái) 460kw 噴槍泵上使用己有 2 年，投入前一次運(yùn)行電 流平均為 42a,投入后平均電流降低為 36a。運(yùn)行功率由 340kw 降為 286kw，節(jié) 電達(dá) 16%。廣東肇慶小湘水泥有限公司一分廠制成 355kw 排風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)使用了 1 臺(tái) yqt-sdci 型液體調(diào)速器，投入前一次運(yùn)行電流平均為

37、36a，投人后平均電 流為 26a，節(jié)電率達(dá) 28%。因此水泥企業(yè)的窯尾排風(fēng)機(jī)高壓繞線電動(dòng)機(jī)最適宜液 體調(diào)速改造。 4.44.4 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)補(bǔ)償 4.4.14.4.1 原理及補(bǔ)償類型原理及補(bǔ)償類型 籠型電動(dòng)機(jī)通常采用并聯(lián)電容器就地補(bǔ)償?shù)姆椒?。?35 臺(tái) 37kw 以上的籠 型低壓電動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了并聯(lián)電容器補(bǔ)償，每年節(jié)電 17 萬 kwh。繞線式電動(dòng)機(jī)可 采用進(jìn)相機(jī)補(bǔ)償?shù)姆绞?。進(jìn)相機(jī)補(bǔ)償分旋轉(zhuǎn)式和靜止式 2 種，由于旋轉(zhuǎn)式進(jìn)相 機(jī)結(jié)構(gòu)上的缺陷，目前逐步被靜止式進(jìn)相機(jī)所代替。在原料磨 1000kw 電動(dòng)機(jī)上 采用了靜止式進(jìn)相機(jī)補(bǔ)償，電動(dòng)機(jī)溫升下降了 l6 攝氏度，功率因數(shù)

38、升為 0.98，一次電流降低 16%，每年節(jié)約電費(fèi) 9.6 萬元。 4.4.24.4.2 應(yīng)注意的問題應(yīng)注意的問題 經(jīng)常停機(jī)的電動(dòng)機(jī)，年利用率很低的電動(dòng)機(jī)，多速電動(dòng)機(jī)，經(jīng)常反復(fù)開停、 點(diǎn)動(dòng)或堵轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)和雙向轉(zhuǎn)動(dòng)或反接制動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，不宜進(jìn)行就地補(bǔ)償。 4.54.5 實(shí)際應(yīng)用舉例計(jì)算實(shí)際應(yīng)用舉例計(jì)算 4.5.14.5.1 煤氣循環(huán)水泵與豎爐熱水泵節(jié)能的分析煤氣循環(huán)水泵與豎爐熱水泵節(jié)能的分析 (1)煤氣生產(chǎn)過程中，需要循環(huán)水對(duì)煤氣進(jìn)行洗滌冷卻。循環(huán)水泵是煤氣生 產(chǎn)工藝中的重要設(shè)備，循環(huán)水泵不能調(diào)速，利用出口閥門來控制水流量和管網(wǎng) 壓力，由于循環(huán)水泵的選擇是按最大負(fù)荷情況來選型，而在實(shí)際運(yùn)行中循環(huán)水

39、 泵留有較大的余量，冷卻水的流量與壓力是通過冷卻水循環(huán)泵出、入口聯(lián)絡(luò)管 上的調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率較低，造成電能浪費(fèi)，為降 低生產(chǎn)成本，因此對(duì)煤氣循環(huán)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造，以解決能源浪費(fèi)問 題。 循環(huán)泵運(yùn)行電流約為 70 a,額定電流為 102.5a,額定功率 55 kw。 則沒上變頻器前 p=1.732x380 x70 x0.85=39kw。 上變頻器后循環(huán)泵運(yùn)行電流為 57a,頻率 38hz 即變頻器效率為 96%，負(fù)荷率 41%，則平均運(yùn)行負(fù)荷 55x41%=22.5 kw； 年經(jīng)濟(jì)效益為循環(huán)泵年節(jié)電量: (39-22.5) x 24x330=130680 (kwh

40、) 平均電費(fèi)是 0.5 元/kwh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省 0.5x130080=65340 元。 (2)豎爐的熱水循環(huán)水泵也是不能調(diào)速，而是利用出口閥門來控制水流量和 管網(wǎng)壓力，由于循環(huán)水泵的選擇是按最大負(fù)荷情況來選型，而在實(shí)際運(yùn)行中循 環(huán)水泵留有較大的余量，循環(huán)水的流量與壓力是通過循環(huán)泵出、入口聯(lián)絡(luò)管上 的調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率較低，造成電能浪費(fèi)，為降低 生產(chǎn)成本。 對(duì)熱水循環(huán)泵進(jìn)行了變頻改造。 一期熱水循環(huán)泵是 3 備兩用，額定電流 35.9a,額定功率 18.5kw,額定 cos 為 0.97,運(yùn)行電流約為 28a。則 p=1.732x28x0.38x0.97=17.9

41、kw。 上變頻后熱水循環(huán)泵運(yùn)行電流為 15a,頻率 30hz,變頻器效率為 90%， 負(fù)荷率為 ，=(nl/n2) 2/0.96=1.15x0.6x2/0.96=43%。 則平均運(yùn)行負(fù)荷為:18.5kwx43%=8kw 年經(jīng)濟(jì)效益為循環(huán)泵年節(jié)電量: (17.9-8)x24x330=18408 (kwh) 平均電費(fèi)是 0.5 元/kwh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省 0.5x78408=39204 元。 一期 2 臺(tái)水泵節(jié)省 78408 元。 二期熱水泵額定電流:70.5a,額定功率 37kw,額定 cos 為 0.80，運(yùn)行電流 約為 52a。則 p=1.732x52x0.38x0.8=27kw 上變

42、頻后熱水循環(huán)泵運(yùn)行電流為 30a,頻率 38hz 即 76%，變頻器效率為 96%，負(fù)荷率為 ，=(nl/n2) 2/0.96=1.15x(0.76)2/0.96=70%。 則平均運(yùn)行負(fù)荷為:18.5kwx70%=12.8kw 年經(jīng)濟(jì)效益為循環(huán)泵年節(jié)電量: (27-12.8)x24x330=112464 kwh 平均電費(fèi)是 0.5 元/kwh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省 0.5x112464=56323 元。一 期 2 臺(tái)水泵節(jié)省 112464 元。 第第 5 5 章章 變頻調(diào)速節(jié)能分析與研究變頻調(diào)速節(jié)能分析與研究 5.15.1 異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速技術(shù)異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速技術(shù) 交流異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速

43、由公式 n=60f(1-s)/p 確定， 式中：n-電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速； f-輸入的電源頻率； s-電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率； p-電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 由公式可知，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電動(dòng)機(jī)的極 對(duì)數(shù)有關(guān)系,因而交流電動(dòng)機(jī)的直接調(diào)速方式主要有變極調(diào)速(調(diào)整 p)、轉(zhuǎn)子串 電阻調(diào)速(調(diào)整 s)和變頻調(diào)速(調(diào)整 f)等；如下圖 5-1 所示： 圖 5-1 異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速技術(shù) 5.25.2 異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方式性能比較異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方式性能比較 異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方式性能比較如下表 5-1： 表 5-1 異步電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方式性能比較 調(diào)速方式 性能 液力耦合器串級(jí)調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)

44、速 功率因素低低一般高 對(duì)電網(wǎng)干擾無較大無稍有 調(diào)速范圍一般窄100、50、00100% 對(duì)電機(jī)要求無繞線電機(jī)極數(shù)可變無 維護(hù)保養(yǎng)較難較難最易容易 可靠性一般一般可靠可靠 性能一般良好一般最好 初步投資省較貴最省較貴 5.35.3 低壓、高壓變頻調(diào)速簡解低壓、高壓變頻調(diào)速簡解 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制時(shí)希望主磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用 系數(shù)低，同樣的轉(zhuǎn)子電流，電磁轉(zhuǎn)矩小，負(fù)載能力小；磁通能力太強(qiáng)，勵(lì)磁電 流大，在同樣的定子電流時(shí)，電流的有功分最將降低，為使電機(jī)不過熱，負(fù)載 能力將下降。異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式有在基頻以下的恒磁通變頻器調(diào)速恒轉(zhuǎn) 矩調(diào)速方式)，有在基頻以上的弱磁變頻調(diào)速(恒功率

45、調(diào)速方式)。在選型時(shí)應(yīng)慎 重，一般說恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速比恒功率調(diào)速好。 高壓變頻調(diào)速:隨著功率器件和控制技術(shù)的改進(jìn)，高效節(jié)能變頻調(diào)速得到越 來越廣泛的應(yīng)用。 5.3.15.3.1 高壓變頻調(diào)速分類高壓變頻調(diào)速分類 變頻調(diào)速器從電網(wǎng)接收工頻 50hz 的交流電，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)制變換方法，將 輸入的工頻交流電變換成為頻率和幅值都可凋節(jié)的交流電輸出到交流電動(dòng)機(jī)， 實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的變速運(yùn)行。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制時(shí)希望上磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用 系數(shù)低，同樣的轉(zhuǎn)子電流，電磁轉(zhuǎn)距小，負(fù)載能力?。淮磐芰μ珡?qiáng)，勵(lì)磁電 流大，在同樣的定子電流時(shí)，電流的有功分最將降低，為使電機(jī)不過熱，負(fù)載 能力將下降。 將

46、工頻交流電變換成為可變頻的交流電輸出的變換方法主要有兩種：一種 稱為直接變換力一式，又稱為交交變頻方式，它是通過可控整流和可控逆變 的方式，將輸入的工頻電直接強(qiáng)制成為需要頻率的交流輸出，因而稱其為交流 交流的變頻方式。另一種稱為間接變換方式，又稱為交直交變頻方式， 它是先將輸入的工頻交流電通過全控/半控/不控整流變換為直流電，再將直流 電通過逆變單元變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出。 高壓變頻限于功率器件的電壓耐景和高壓使用條件的矛盾，采用小同的功 率器件和不同的電路結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)齊種拖動(dòng)設(shè)備的要求，因而在各項(xiàng)性能指標(biāo) 和適用范圍上各有差異。 根據(jù)有無直流環(huán)節(jié)而將變頻器分為兩大類:交一交變

47、頻器，交直交變頻 器。 交直交又分為:直流環(huán)節(jié)采用大電感以平抑電流脈動(dòng)叫電流源型，采用 大電容叫電壓源型。 電流源型變頻器又可以分 (1)負(fù)載換向式(晶閘管 lct) (2)采用自關(guān)斷器件(gto 或 sgct) 電壓源型變頻器又可以分 (1)功率器件串聯(lián)二電平直接高壓變頻錯(cuò) (2)采用 igct 或 hv-igbt 的三電平變頻器 (3)采用 lv-igbtr 的單元串聯(lián)多電平變頻器 5.45.4 經(jīng)濟(jì)效益分析經(jīng)濟(jì)效益分析 異步電機(jī)在不同工況下變速運(yùn)行能大大節(jié)約能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)三臺(tái) 300mw 運(yùn)行機(jī)組凝結(jié)水泵用變頻、不用變頻用電情況進(jìn)行過比較： 凝結(jié)水泵電機(jī)型號(hào) ykkl-500-4

48、, 900kw, 6kv, 105a 1489r/min, 水泵型號(hào):nlt350-400x6 流量 870m/h 全壓 280 mh2o 葉輪直徑 392mm #1 機(jī) #2 機(jī) #3 機(jī) 發(fā)電機(jī)送出功率 222mw 228 mw 192 mw, 凝結(jié)水泵出水量 580 噸 583 噸 608 噸， 凝結(jié)水泵電機(jī)電流 32.9a 36a 87a #1、#2 機(jī)凝結(jié)水泵采用變頻裝置，#3 機(jī)未采用，三臺(tái)發(fā)電機(jī)送出功率基木 相同，三臺(tái)泵的流景基木相同，但電流卻相差一倍多、消耗的功率同樣相差一 倍多，可見異步電動(dòng)機(jī)采用變頻裝置節(jié)電效果是十分顯著的。據(jù)折算一臺(tái)滿足 上述容量的中壓變頻裝置總投資約 120 萬，一年半至二年時(shí)即可收回投資。 此外，調(diào)速除丁節(jié)能還能減少設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。未改前電機(jī)起動(dòng)是全速起 動(dòng)，啟動(dòng)電流是額定電流的 57 倍，交流電機(jī)的直接起動(dòng)(尤其是高壓電機(jī))會(huì) 產(chǎn)生巨大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，在很短的起動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子籠型繞組及阻尼 繞組將承受很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，致使籠條的端環(huán)斷裂。直接起動(dòng)時(shí)的大 電流還會(huì)在定子繞組的端部產(chǎn)生很人的電磁力，使繞組端部撓動(dòng)和變形，造成 定子繞組絕緣的機(jī)械損傷和磨損，從而導(dǎo)致定子繞組絕緣擊穿。直接起動(dòng)時(shí)的 大電流還會(huì)引起鐵芯振動(dòng)，使鐵芯松馳，引起電