電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

1、第九節(jié)第九節(jié) 電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù) 一、了解內(nèi)容一、了解內(nèi)容 （一）電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成及目前的運(yùn)行狀況：（一）電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成及目前的運(yùn)行狀況： 1.電機(jī)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、被拖動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、被拖動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、 控制系統(tǒng)以及管網(wǎng)負(fù)荷等，電機(jī)系統(tǒng)首先是通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)以及管網(wǎng)負(fù)荷等，電機(jī)系統(tǒng)首先是通過(guò)電動(dòng)機(jī) 將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過(guò)被拖動(dòng)裝置做功，實(shí)現(xiàn)所將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過(guò)被拖動(dòng)裝置做功，實(shí)現(xiàn)所 需的各種功能需的各種功能 。 2.電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)設(shè)備效率低。電機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)外電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)設(shè)備效率低。電機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)外 先進(jìn)水平低先進(jìn)水平低2%5%；風(fēng)機(jī)、泵

2、、壓縮機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)；風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó) 外先進(jìn)水平低外先進(jìn)水平低2%4%。 3.系統(tǒng)運(yùn)行效率低。系統(tǒng)匹配不合理，系統(tǒng)運(yùn)行效率低。系統(tǒng)匹配不合理，“大馬拉小大馬拉小 車(chē)車(chē)”現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，大部分風(fēng)機(jī)、泵現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，大部分風(fēng)機(jī)、泵 采用機(jī)械節(jié)流方式調(diào)節(jié)，系統(tǒng)運(yùn)行效率比國(guó)外先進(jìn)水平采用機(jī)械節(jié)流方式調(diào)節(jié)，系統(tǒng)運(yùn)行效率比國(guó)外先進(jìn)水平 低低10%20%。 （二）變頻調(diào)速控制方式及實(shí)例（二）變頻調(diào)速控制方式及實(shí)例 1、頻率在工頻頻率以下范圍內(nèi)調(diào)節(jié)、頻率在工頻頻率以下范圍內(nèi)調(diào)節(jié) 2、頻率在高于工頻頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)、頻率在高于工頻頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié) 3、轉(zhuǎn)差頻率控制、轉(zhuǎn)差頻

3、率控制 變頻調(diào)速控制實(shí)例見(jiàn)變頻調(diào)速控制實(shí)例見(jiàn)P83 （三）電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（三）電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 目前的發(fā)展趨勢(shì)是：電機(jī)要高效化和智能化，開(kāi)目前的發(fā)展趨勢(shì)是：電機(jī)要高效化和智能化，開(kāi) 發(fā)研制高效電機(jī)，將變頻器可控制系統(tǒng)集成到電機(jī)系發(fā)研制高效電機(jī)，將變頻器可控制系統(tǒng)集成到電機(jī)系 統(tǒng)中，可節(jié)能達(dá)統(tǒng)中，可節(jié)能達(dá)2030%；電機(jī)系統(tǒng)要變頻化和信息；電機(jī)系統(tǒng)要變頻化和信息 化，在智能電機(jī)的基礎(chǔ)上，發(fā)展采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的化，在智能電機(jī)的基礎(chǔ)上，發(fā)展采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的 產(chǎn)品，從而簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性；現(xiàn)有系統(tǒng)產(chǎn)品，從而簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的可靠性；現(xiàn)有系統(tǒng) 和設(shè)備進(jìn)行改造，以先進(jìn)

4、的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式改和設(shè)備進(jìn)行改造，以先進(jìn)的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式改 造傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式，采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速，造傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式，采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速， 采用配有減速裝置的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，采用基于現(xiàn)場(chǎng)總采用配有減速裝置的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，采用基于現(xiàn)場(chǎng)總 線(xiàn)的多功能可通訊智能電機(jī)等；優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行線(xiàn)的多功能可通訊智能電機(jī)等；優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行 和控制，推廣軟起動(dòng)裝置、無(wú)功補(bǔ)償裝置、計(jì)算機(jī)自和控制，推廣軟起動(dòng)裝置、無(wú)功補(bǔ)償裝置、計(jì)算機(jī)自 動(dòng)控制系統(tǒng)等，這都將使電機(jī)系統(tǒng)取得可觀的節(jié)能效動(dòng)控制系統(tǒng)等，這都將使電機(jī)系統(tǒng)取得可觀的節(jié)能效 果。果。 二、理解要點(diǎn)二、理解要點(diǎn) （一）電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)

5、（一）電動(dòng)機(jī)的分類(lèi) 1.根據(jù)工作電源的不同，可將電動(dòng)機(jī)分為交根據(jù)工作電源的不同，可將電動(dòng)機(jī)分為交 流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)，其中交流電動(dòng)機(jī)又分為流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)，其中交流電動(dòng)機(jī)又分為 單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電 動(dòng)機(jī)。動(dòng)機(jī)。 2.按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可將異步電動(dòng)機(jī)分為籠按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類(lèi)，可將異步電動(dòng)機(jī)分為籠 型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 （二）普通電動(dòng)機(jī)的工作特性（二）普通電動(dòng)機(jī)的工作特性 1.異步電動(dòng)機(jī)的工作特性，包括轉(zhuǎn)速特性，異步電動(dòng)機(jī)的工作特性，包括轉(zhuǎn)速特性， 電流特性，轉(zhuǎn)矩特性，功率因數(shù)特性，效

6、率特性。電流特性，轉(zhuǎn)矩特性，功率因數(shù)特性，效率特性。 2.直流電動(dòng)機(jī)的工作特性，包括轉(zhuǎn)速特性，直流電動(dòng)機(jī)的工作特性，包括轉(zhuǎn)速特性， 電流特性，轉(zhuǎn)矩特性，效率特性。電流特性，轉(zhuǎn)矩特性，效率特性。 3.同步電動(dòng)機(jī)的工作特性，包括電流特性，同步電動(dòng)機(jī)的工作特性，包括電流特性， 轉(zhuǎn)矩特性，功率因數(shù)特性，效率特性。特性曲線(xiàn)轉(zhuǎn)矩特性，功率因數(shù)特性，效率特性。特性曲線(xiàn) 圖見(jiàn)圖見(jiàn)節(jié)能技術(shù)節(jié)能技術(shù)（上）（上）74 -76頁(yè)。異步電動(dòng)機(jī)頁(yè)。異步電動(dòng)機(jī) 的工作特性圖如下。的工作特性圖如下。 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性異步電動(dòng)機(jī)的工作特性 1.轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 )(Pfn 2.轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性 )(PfT 3.電流特性電流

7、特性 )(PfI 4.效率特性效率特性 )(Pf （三）常用機(jī)械負(fù)載的特性（三）常用機(jī)械負(fù)載的特性 1.水泵類(lèi)負(fù)載特性。水泵類(lèi)負(fù)載特性。 2.風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載特性。風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載特性。 3.恒功率負(fù)載特性。恒功率負(fù)載的特性是轉(zhuǎn)恒功率負(fù)載特性。恒功率負(fù)載的特性是轉(zhuǎn) 矩與轉(zhuǎn)速大體成反比，其乘積（即功率）近似矩與轉(zhuǎn)速大體成反比，其乘積（即功率）近似 保持不變。金屬切削機(jī)床主軸、軋機(jī)、造紙機(jī)、保持不變。金屬切削機(jī)床主軸、軋機(jī)、造紙機(jī)、 塑料薄膜生產(chǎn)線(xiàn)中的卷取機(jī)和開(kāi)卷機(jī)等。塑料薄膜生產(chǎn)線(xiàn)中的卷取機(jī)和開(kāi)卷機(jī)等。 4.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性是指恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性是指 在任何轉(zhuǎn)速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩總保持

8、恒定或基本恒定，在任何轉(zhuǎn)速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定， 而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。例如傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)、而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。例如傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)、 摩擦機(jī)、吊車(chē)、起重機(jī)摩擦機(jī)、吊車(chē)、起重機(jī) 。 水泵類(lèi)負(fù)載特性水泵類(lèi)負(fù)載特性 1Q-H特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn) 2Q-N特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn) 3Q-特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn) （四）根據(jù)泵及風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)要求（四）根據(jù)泵及風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)要求 選擇電動(dòng)機(jī)容量選擇電動(dòng)機(jī)容量 1.電動(dòng)機(jī)負(fù)載率在電動(dòng)機(jī)負(fù)載率在0.71之間時(shí)效率和功之間時(shí)效率和功 率因數(shù)比較高。對(duì)負(fù)荷基本不變的電動(dòng)機(jī)，率因數(shù)比較高。對(duì)負(fù)荷基本不變的電動(dòng)機(jī)， 若電動(dòng)機(jī)輸出功率為若電動(dòng)機(jī)輸出功率為P，根據(jù)公式，根據(jù)公式 選取電

9、動(dòng)機(jī)額定功率。選取電動(dòng)機(jī)額定功率。 2.對(duì)負(fù)荷變化的電動(dòng)機(jī)，先求出負(fù)荷變化對(duì)負(fù)荷變化的電動(dòng)機(jī)，先求出負(fù)荷變化 周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率P，然后按，然后按 選取電動(dòng)機(jī)額定功率。選取電動(dòng)機(jī)額定功率。 PP)45. 11 ( e PP)45. 11 ( e （五）電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本工作原理（五）電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的基本工作原理 根據(jù)電動(dòng)機(jī)學(xué)理論，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速根據(jù)電動(dòng)機(jī)學(xué)理論，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 為：為： ， 式中：式中：p電動(dòng)機(jī)定子繞組的電動(dòng)機(jī)定子繞組的 磁磁 極對(duì)數(shù)；極對(duì)數(shù)；f電源頻率。電源頻率。 異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速的，異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速總是

10、低于同步轉(zhuǎn)速的， 且隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化。當(dāng)電源頻率增加且隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化。當(dāng)電源頻率增加 時(shí)，同步轉(zhuǎn)速增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加；電源時(shí)，同步轉(zhuǎn)速增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加；電源 頻率下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也下降。在頻率下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也下降。在p固定時(shí)，固定時(shí)， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于電源的頻率電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于電源的頻率f。這種通過(guò)變。這種通過(guò)變 頻器來(lái)改變電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的過(guò)程稱(chēng)為變頻器來(lái)改變電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的過(guò)程稱(chēng)為變 頻調(diào)速。頻調(diào)速。 p f n 60 0 三、掌握重點(diǎn)三、掌握重點(diǎn) （一）電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)及泵類(lèi)負(fù)載的節(jié)能（一）電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)及泵類(lèi)負(fù)載的節(jié)能 1.選用節(jié)能型電

11、動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵。選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵。 2.按正常操作流量的按正常操作流量的1.11.15倍及風(fēng)壓余量不倍及風(fēng)壓余量不 超過(guò)超過(guò)10%的要求考慮選用風(fēng)機(jī)。的要求考慮選用風(fēng)機(jī)。 3.選用泵時(shí)，在滿(mǎn)足所需最大壓力的情況下，選用泵時(shí)，在滿(mǎn)足所需最大壓力的情況下， 其額定流量為正常操作流量的其額定流量為正常操作流量的1.11.5倍，揚(yáng)程倍，揚(yáng)程 余量不超過(guò)余量不超過(guò)8%。 4.根據(jù)負(fù)載功率的大小，合理選擇電動(dòng)機(jī)的根據(jù)負(fù)載功率的大小，合理選擇電動(dòng)機(jī)的 額定功率，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均負(fù)載率在額定功率，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均負(fù)載率在 0.71之間，確保電動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行。之間，確保電動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行。 （二）電

12、動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的特點(diǎn)及節(jié)能分析（二）電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的特點(diǎn)及節(jié)能分析 1.電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流從零線(xiàn)性上升至電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流從零線(xiàn)性上升至 設(shè)定值，無(wú)沖擊電流。設(shè)定值，無(wú)沖擊電流。 2.軟啟動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電動(dòng)機(jī) 在起動(dòng)過(guò)程中保持恒流，確保電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。在起動(dòng)過(guò)程中保持恒流，確保電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。 3.可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程的各種參數(shù)，可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程的各種參數(shù)， 保證電動(dòng)機(jī)處于最佳的起動(dòng)狀態(tài)。保證電動(dòng)機(jī)處于最佳的起動(dòng)狀態(tài)。 4.降低了電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)的輸入電壓，降低了電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)的輸入電壓， 減小了電動(dòng)機(jī)的損

13、耗，提高了功率因數(shù)，減少了減小了電動(dòng)機(jī)的損耗，提高了功率因數(shù)，減少了 線(xiàn)路損耗。線(xiàn)路損耗。 5.具有過(guò)載、過(guò)流、缺相、過(guò)熱等保護(hù)功能，具有過(guò)載、過(guò)流、缺相、過(guò)熱等保護(hù)功能， 提高了設(shè)備的可靠性。提高了設(shè)備的可靠性。 （三）變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)分析（三）變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)分析 通常配置風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)時(shí)，其額定流通常配置風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)時(shí)，其額定流 量高于需要的實(shí)際流量。其次，生產(chǎn)狀況改變時(shí)量高于需要的實(shí)際流量。其次，生產(chǎn)狀況改變時(shí) 對(duì)流量的需求也發(fā)生變化，因此，需要對(duì)流量進(jìn)對(duì)流量的需求也發(fā)生變化，因此，需要對(duì)流量進(jìn) 行調(diào)節(jié)。若采用節(jié)流調(diào)節(jié)，會(huì)造成能量損失。若行調(diào)節(jié)。若采用節(jié)流調(diào)節(jié)，會(huì)造成能量損失

14、。若 采用變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，可取得較好的節(jié)電效采用變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，可取得較好的節(jié)電效 果。例如某一風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速為果。例如某一風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速為n1，軸功率為，軸功率為 P1，通過(guò)變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低為，通過(guò)變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低為n2，軸功，軸功 率降低為率降低為P2。風(fēng)機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速存在下列關(guān)。風(fēng)機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速存在下列關(guān) 系，系， ，即風(fēng)機(jī)兩種運(yùn)行工況下的軸功率，即風(fēng)機(jī)兩種運(yùn)行工況下的軸功率 之比是轉(zhuǎn)速之比的立方，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速若下降之比是轉(zhuǎn)速之比的立方，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速若下降10%， 軸功率則下降軸功率則下降27.1%。 3 1212 )( nnPP （四）空氣壓縮機(jī)的節(jié)能措施（四）空氣壓縮機(jī)的

15、節(jié)能措施 1.選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)。選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)。 2.合理配置電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)裝置，合理配置電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)裝置， 減少機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中的能量損失，提高傳動(dòng)效率。減少機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中的能量損失，提高傳動(dòng)效率。 3.空壓機(jī)內(nèi)部的活塞與缸套之間保持良好的空壓機(jī)內(nèi)部的活塞與缸套之間保持良好的 潤(rùn)滑，減少摩擦損耗。潤(rùn)滑，減少摩擦損耗。 4.減少氣路系統(tǒng)壓力損失和泄漏。減少氣路系統(tǒng)壓力損失和泄漏。 5.降低冷卻水入口溫度，提高冷卻水流量，降低冷卻水入口溫度，提高冷卻水流量， 及時(shí)清除冷卻器沉積物，采用軟化水等提高冷卻及時(shí)清除冷卻器沉積物，采用軟化水等提高冷卻 器的交換熱性能。器的交換熱性能。 （四）空氣壓縮機(jī)的節(jié)能措施四）空氣壓縮機(jī)的節(jié)能措施 7.在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的前提下，適當(dāng)降低排在滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的前提下，適當(dāng)降低排 氣壓力可節(jié)約電能。氣壓力可節(jié)約電能。 8.采用變頻調(diào)速控制技術(shù)。采用變頻調(diào)速控制技術(shù)。 （五）制冷壓縮機(jī)的節(jié)能措施