三相異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及其節(jié)能技術(shù)研究

1、西 京 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：三相異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及其節(jié)能技術(shù)研究 教學(xué)單位： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 0811060107 姓 名： 寧 邇 指導(dǎo)教師： 閻治安 2012年5月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)取Ｕ撌隽俗冾l器在風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)上節(jié)能的分析與運(yùn)用，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：三相異步電動(dòng)機(jī);變頻器;空氣壓縮機(jī);節(jié)能 ABSTRACTDiscus

2、ses the three-phase Asynchronous Motor, several methods, including the rational selection and use of the motor to ensure the quality and the motor in place of the supply voltage reactive power compensation. Discusses the analysis and utilization of the inverter energy-efficient fans and compressors,

3、 can significantly improve the efficiency of the three-phase asynchronous 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 three-ph

4、ase asynchronous motor.Keywords:three-phaseasynchronous motor; inverter; air compressor;energy-saving目錄第1章 引言11.1 三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能的背景11.2 三相異步電機(jī)節(jié)能目的及意義1第2章 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造及工作原理32.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造32.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理3第3章 變頻器在節(jié)能方面的分析53.1 變頻器的工作原理53.2 變頻器節(jié)能原理6 變頻節(jié)能63.2.2 功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能6 軟啟動(dòng)節(jié)能63.3 變頻器節(jié)能應(yīng)用的場合63.3.1 變頻器在空壓機(jī)上運(yùn)用的節(jié)能

5、分析7 螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作原理和能耗分析7 變頻器和PLC的控制模式和節(jié)能效益8第4章 電動(dòng)機(jī)節(jié)能方面的分析與研究94.1 目前在電機(jī)節(jié)能方面存在的主要問題94.1.1 舊(淘汰)型電機(jī)的使用94.1.2 電機(jī)負(fù)載率低94.1.3 電機(jī)電源電壓不對(duì)稱或電壓過低94.1.4 負(fù)荷調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速控制不當(dāng)94.2 減少有功損耗以提高電動(dòng)機(jī)效率104.3 電動(dòng)機(jī)的選用104.4 電動(dòng)機(jī)節(jié)能原理104.5 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施11第5章 三相異步電機(jī)節(jié)能分析與應(yīng)用實(shí)例135.1 電動(dòng)機(jī)的合理選型和節(jié)能改造 選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)：13 合理選用電動(dòng)機(jī)類型：13 合理選用電動(dòng)機(jī)的額定容量：13 老式電動(dòng)機(jī)的節(jié)能改造

6、135.2 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行形式的合理設(shè)計(jì)14 高壓籠型電動(dòng)機(jī)14 大型繞線型電動(dòng)機(jī)14 中、小型繞線電動(dòng)機(jī)155.3 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速速節(jié)能15 繞線式電動(dòng)機(jī)液體調(diào)速155.4 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)補(bǔ)償16 應(yīng)注意的問題165.5 實(shí)際應(yīng)用計(jì)算16煤氣循環(huán)水泵與豎爐熱水泵節(jié)能的分析16第6章 空氣壓縮機(jī)節(jié)能的分析與研186.1 空氣壓縮機(jī)的工作原理186.2 加、卸載供氣控制方式存在的問題186.3 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能原理196.4 恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)196.5 實(shí)際應(yīng)用計(jì)算19總結(jié)21致謝22參考文獻(xiàn)23第1章 引言1.1三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能的背景 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

7、人們的生活水平的先決條件。人類社會(huì)要發(fā)展，必須建筑在大量消耗能源的基礎(chǔ)上。然而現(xiàn)有的不可再生資源已經(jīng)被人類過度消耗。我國的能源政策是注重能源資源節(jié)約和合理利用。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)，顯著提高能源資源利用效率。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)。2004年，我國為電力、煤炭、石油等能源價(jià)格上漲而付出的代價(jià)高達(dá)百億美元，而能源短缺間接對(duì)國民經(jīng)濟(jì)造成的經(jīng)濟(jì)損失更難以用具體的數(shù)值來估量。節(jié)能是我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)。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。1.2三相異步電機(jī)節(jié)能

8、目的及意義 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)備。統(tǒng)計(jì)表明世界各國電動(dòng)機(jī)的用電量約占發(fā)電總量的60%，我國正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展期,電動(dòng)機(jī)的用電量占全國總發(fā)電量的60%以上。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可分為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)、允許運(yùn)行狀態(tài)和非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。目前我國相當(dāng)多的異步電機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，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)的的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，我們一方面需要開發(fā)更多的的能源來緩解電能緊張的局面。面

9、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)備的節(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；而定子電流基本上市勵(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)導(dǎo)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

10、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)于非滿載的運(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, 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)省煤,又能減少環(huán)境污

11、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)品勢在必行。第2章 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造及工作原理2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 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槽內(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。機(jī)

12、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)座采用鑄鋁件，其作用是固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

13、與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。（1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導(dǎo)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。2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對(duì)稱交流

14、電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。第3章 變頻器在節(jié)能方面的分析 變頻器按直流電源的性質(zhì)分為電流型變頻器和電壓型變頻器。電流型變頻器，由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電感元件而得名，其優(yōu)點(diǎn)是具有四象限運(yùn)行能力，能很方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動(dòng)功能。缺點(diǎn)是需要對(duì)逆變橋進(jìn)行強(qiáng)迫換流，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整較為困難。另外，由于電網(wǎng)側(cè)采用可控硅移相整流，故輸入電流諧波較大，容量大時(shí)對(duì)電網(wǎng)會(huì)有一定的影響。電壓型變頻器由于在變

15、頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電容元件而得名，其特點(diǎn)是不能進(jìn)行四象限運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，需要另行安裝制動(dòng)電路。功率較大時(shí)，輸出還需要增設(shè)正弦波濾波器。此外變頻器還可以按其供電電壓、按供電電源的相數(shù)、按其功能、按輸出電壓調(diào)節(jié)方式、按控制方式等類型分類。3.1 變頻器的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 式中 同步轉(zhuǎn)速；電源頻率，單位為Hz；極對(duì)數(shù)；轉(zhuǎn)差率。從公式可知，改變電源頻率即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)行調(diào)速時(shí)，希望主磁通保持不變，因?yàn)榇磐ㄌ酰F芯利用不充分，同樣轉(zhuǎn)子電流下轉(zhuǎn)矩減小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降；若磁通太強(qiáng)，鐵芯發(fā)熱，波形破壞。根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢的有效值為式中 電動(dòng)機(jī)

16、定子頻率，單位為Hz；定子相繞組有效匝數(shù)；每極磁通量，單位為Wb。從公式可知，對(duì)和進(jìn)行適當(dāng)控制即可維持磁通量不變。因此，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。3.2 變頻器節(jié)能原理3.2.1變頻節(jié)能由流體力學(xué)可知，P（功率）=Q（流量）H（壓力），流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，功率P與轉(zhuǎn)速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速N可成比例的下降，而此時(shí)軸輸出功率P成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。通過我的計(jì)算:一臺(tái)水泵電機(jī)功率為55KW，當(dāng)轉(zhuǎn)

17、速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為28.16KW，省電48.8，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的1/2時(shí)，其耗電量為6.875KW，省電87.5.3.2.2 功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能 無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，由公式，其中S視在功率，P有功功率，Q無功功率，功率因數(shù)，可知越大，有功功率P越大，普通水泵電機(jī)的功率因數(shù)在之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，1，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。3.2.3軟啟動(dòng)節(jié)能 由于異步電動(dòng)機(jī)如果采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于(-7)倍額定電流

18、，這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用軟啟動(dòng)器將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。3.3 變頻器節(jié)能應(yīng)用的場合 變頻器在有的地方有節(jié)能效果，有的地方可能沒有。風(fēng)機(jī)、水泵之類的需要調(diào)速的地方用變頻器，節(jié)能效果特別好。變頻器具有節(jié)電功能，前提條件是：1、大功率并且為風(fēng)機(jī)/泵類負(fù)載；2、裝置本身具有節(jié)電功能（軟件支持）；3、長期連續(xù)運(yùn)行。除此之外，無所謂節(jié)不節(jié)電。變頻器

19、節(jié)能最為明顯的是在風(fēng)機(jī)水泵行業(yè)應(yīng)用，因風(fēng)機(jī)水泵的消耗功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以當(dāng)外界用風(fēng)/水量不高時(shí)，使用變頻會(huì)自動(dòng)將轉(zhuǎn)速降低，則節(jié)能效果明顯。而且跟傳統(tǒng)的調(diào)速方法相比的話的確節(jié)能不少，傳統(tǒng)的是串電阻及利用接觸器切換來調(diào)速；電阻也要消耗電能，而且消耗40%左右的電能；變頻調(diào)速是改變輸入頻率來達(dá)到調(diào)速的目的，省去了電阻及接觸器切換消耗的電能。3.3.1 變頻器在空壓機(jī)上運(yùn)用的節(jié)能分析螺桿式空氣壓縮機(jī)運(yùn)用很廣泛，傳統(tǒng)的控制大多采用接觸器直接對(duì)空壓機(jī)主電機(jī)加載工頻電源，依靠進(jìn)氣閥門的開關(guān)來控制空壓機(jī)的進(jìn)氣口是否進(jìn)氣，從而達(dá)到控制空壓機(jī)供氣的目的。由于生產(chǎn)線上使用空壓氣的設(shè)備的工作周期和生產(chǎn)工藝的差

20、別，使得用氣量瞬時(shí)變化非常大，這就造成進(jìn)氣閥門加載、卸載動(dòng)作頻繁。卸載后空壓機(jī)沒有進(jìn)氣，但電機(jī)依然維持在工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi);當(dāng)系統(tǒng)壓力變小后，進(jìn)氣閥突然打開加載，會(huì)對(duì)供電電網(wǎng)和空壓機(jī)設(shè)備造成很大的沖擊，也增加了設(shè)備的機(jī)械磨損。3.3.2螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作原理和能耗分析 螺桿式空壓機(jī)由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子(或稱螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，實(shí)現(xiàn)螺桿式空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程?？諌簷C(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別位于殼體的兩端，陰轉(zhuǎn)子的槽和陽轉(zhuǎn)子的齒在主電機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。   &#

21、160; 傳統(tǒng)的加載和卸載控制方式使得壓縮空氣的壓力在之間來回變化。是能夠保證現(xiàn)場用氣點(diǎn)正常工作的最低壓力。一般情況下，與之間關(guān)系可以用下式來表示: =P（1），其中大致在15%30%之間。     在加載和卸載控制方式下的空壓機(jī)，浪費(fèi)的能量主要在兩個(gè)部分：（1）加載時(shí)的電能消耗。在壓力值達(dá)到最小后，檢測元件檢測到壓力低信號(hào)，這時(shí)控制元件會(huì)打開進(jìn)氣閥門，空壓機(jī)對(duì)氣體做功，氣壓會(huì)持續(xù)上升直到最大壓力值。在加壓過程中，一定要向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致電能損失。另一方面，大于氣動(dòng)元件所需要的壓力的壓縮空氣在進(jìn)入氣動(dòng)元件前，其壓力一般需要經(jīng)過減壓閥減壓，這一

22、過程同樣是一個(gè)釋放能量的過程。（2）卸載時(shí)電能的消耗。當(dāng)壓力達(dá)到壓力最大值時(shí)，空壓機(jī)通過關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)的方法來降壓卸載。這種調(diào)節(jié)方法造成很大的能量浪費(fèi)。據(jù)測算，空壓機(jī)卸載時(shí)的能耗約占空壓機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)的15%35%(這還是在卸載時(shí)間所占比例不大的情況下)。很明顯，在加載、卸載供氣控制方式下，空壓機(jī)電機(jī)存在很大的節(jié)能空間。3.3.3變頻器和PLC的控制模式和節(jié)能效益    采用變頻凋速控制時(shí)，就把管網(wǎng)壓力作為控制對(duì)象，壓力變送器YB將儲(chǔ)氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送給PLC的PID調(diào)節(jié)器，與壓力設(shè)定值P0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算

23、，產(chǎn)生控制信號(hào)送變頻器，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力P0。  空壓機(jī)電機(jī)參數(shù):功率為185kW，轉(zhuǎn)速為1480r/m，額定電流405A，功率因數(shù)為0.89;變頻器功率為200kW。在傳統(tǒng)的接觸器直接加工頻電源控制電機(jī)模式下，正常生產(chǎn)情況時(shí)，壓力維持在0.455.6MPa范圍內(nèi)，空壓機(jī)進(jìn)氣閥門開關(guān)都呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，即閥門打開加載時(shí)間約為118s，關(guān)閉卸載時(shí)間約為96s(即加載時(shí)間占總時(shí)間的55%，卸載時(shí)間約占45%）;加載時(shí)電機(jī)電流大約為額定電流的1.4倍，關(guān)閉閥門電機(jī)電流約為額定電流的0.4倍。按照以上電機(jī)參數(shù)計(jì)算，電機(jī)每天做功約為5409k

24、W.k(假設(shè)24h不停機(jī))。    采用變頻恒壓控制以后，正常生產(chǎn)時(shí)，管網(wǎng)壓力保持在5.2MPa這樣一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值，變頻器顯示40Hz，電機(jī)電流維持在275A左右，上下波動(dòng)很小。按照這樣的情況，電機(jī)每天做功約為3475kW.h(功率因數(shù)約為0.8)，這樣每天節(jié)約的電能大約為1934kW.h。如果按照每年正常供氣350天計(jì)算(只在檢修時(shí)間停機(jī))，年節(jié)約電能為676900kW.h。工業(yè)電價(jià)按0.57元/(kW.h)計(jì)算，每年可節(jié)約生產(chǎn)成本約為38.6萬元。    利用變頻器+PLC的控制模式實(shí)現(xiàn)了螺桿式空氣壓縮機(jī)的節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)空壓機(jī)電

25、機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作由變頻器來啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機(jī)帶來的機(jī)械沖擊，降低了原系統(tǒng)噪音，減少了設(shè)備維修最等，該控制模式具有實(shí)用價(jià)值。第4章 電動(dòng)機(jī)節(jié)能方面的分析與研究4.1 目前在電機(jī)節(jié)能方面存在的主要問題4.1.1 舊(淘汰)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、JO2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2 000萬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

26、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%。 4.1.2 電機(jī)負(fù)載率低由于電動(dòng)機(jī)選擇不當(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%。4.1.3 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

27、損耗越大。4.1.4 負(fù)荷調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)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。4.2 減少有功損耗以提高電動(dòng)機(jī)效率異步電動(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)方面對(duì)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與制造要做到：(1)采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)

28、采用較大截面的銅導(dǎo)線，縮短繞組端部長度，增大電機(jī)的滿槽率，達(dá)到減小導(dǎo)線電阻與定子電流、降低定子銅損的目的。4.3 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)。4.4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。電動(dòng)機(jī)損耗功率構(gòu)成p=pcu1 +p

29、Fe +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。有效降低電機(jī)損耗電機(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。降低發(fā)熱損耗：（1）優(yōu)化電機(jī)內(nèi)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）有效增大銅面積。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琦變。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)；降低通風(fēng)損耗：（1）提高熱傳

30、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)全面的試驗(yàn)及測試手段，切實(shí)有效地降低電動(dòng)機(jī)的各方面損耗。4.5電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施電動(dòng)機(jī)的節(jié)能方法和節(jié)能措施1、新購電動(dòng)機(jī)，應(yīng)首先考慮選用高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)，然后再按需考慮其他性能指標(biāo)，以便節(jié)能電能。2、提高電動(dòng)機(jī)本身的效率，如將電動(dòng)機(jī)自冷風(fēng)扇?？稍谪?fù)荷很小或戶外電動(dòng)機(jī)在冬季時(shí)停用冷風(fēng)扇，有利于降低能耗。3、將定子繞組改線成星三角形星混合串接繞組，按負(fù)荷大小轉(zhuǎn)換星形接法或三角形接法，有利于改善

31、繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢波形及降低繞組工作電流，達(dá)到高效節(jié)能的目的。4、采油其他連續(xù)調(diào)速運(yùn)行方式，如使用調(diào)速器、變極電動(dòng)機(jī)、電磁耦合調(diào)速器、變頻調(diào)速裝置等。5、更換“大馬拉小車”電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)“大馬拉小車”除了浪費(fèi)電能外，極易造成設(shè)備損壞?！靶●R拉大車” 會(huì)損害電動(dòng)機(jī)。 另外，合理調(diào)整電動(dòng)機(jī)配套使用，可使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在高效率工作區(qū)，達(dá)到節(jié)能的目的。6、合理安裝并聯(lián)低壓電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，有效地提高功率因數(shù)，減少無功損耗，節(jié)約電能。7、從接火處通往電能表及通往電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線截面應(yīng)滿足再流量，且導(dǎo)線應(yīng)盡量縮短，減小導(dǎo)線電阻，降低損耗。第5章 三相異步電機(jī)節(jié)能分析與應(yīng)用實(shí)例5.1 電動(dòng)機(jī)的合理選型和節(jié)能改造選用

32、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JO2系列電動(dòng)機(jī),相比來說Y系列比JO2系列電動(dòng)機(jī)效率提高了0413%。因此用Y系列電動(dòng)機(jī)取代舊式電動(dòng)機(jī)勢在必行。5.1.2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，其效率平均高3%，損耗降低20%一30%，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

33、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。5.1.3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%-100%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)備的正常運(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%一100%較為理想。對(duì)于負(fù)載率小于40%的三角形接法電動(dòng)機(jī)可改為

34、星型接法，以提高其效率。 5.1.4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%一2.55%。     (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%，但很適應(yīng)空載或輕載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)改造。5.2電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行形式的合理設(shè)計(jì) 5.2.1低壓籠型大中型電動(dòng)機(jī)若

35、采倍額定電流之間可調(diào)，啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)。  5.2.2高壓籠型電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式多選用電抗器、自耦變壓器等，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。熱變電阻器由具有負(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)膯?dòng)電阻值獲得最佳的啟動(dòng)參數(shù)，即在較小的啟動(dòng)電流下，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

36、2.92Ie。與用電抗器相比，電流下降了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)備的沖擊。由于啟動(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。         5.2.3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)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)

37、啟動(dòng)5-10次，維護(hù)方便，使用可靠。5.2.4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，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3.0-4.01e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

38、啟動(dòng)裝置。5.3電動(dòng)機(jī)的調(diào)速速節(jié)能5.3.1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。5.3.2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。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

39、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噴槍泵上使用已有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l臺(tái)YQT-500型液體調(diào)速器，投入前一次運(yùn)行電流平均為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。5.4電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)補(bǔ)償5.4.1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?。?5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

40、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l000kW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16，功率因數(shù)升為0.98，一次電流降低16%；每年節(jié)約電費(fèi)9.6萬元。 5.4.2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。5.5 實(shí)際應(yīng)用計(jì)算5.5.1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

41、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，上變頻器后循環(huán)泵運(yùn)行電流為57A，頻率38Hz即76%，變頻器效率為96%，負(fù)荷率41%，則平均運(yùn)行負(fù)荷為；55 kW X41%=22.5 kW，年經(jīng)濟(jì)效益為循環(huán)泵年節(jié)電量： (39-22.5)&

42、#215;24×330=130680(kWh)，平均電費(fèi)是0.5元/kWh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省0.5×130680=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，我司也對(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，額定為0.97，運(yùn)行電流約為28A。則  =1.73

43、2×28×0.38×0.9717.9 (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96%，負(fù)荷率為，=（n1/n2）2/0.96=1.15×（0.6）2/0.9643%則平均運(yùn)行負(fù)荷為；18.5kW×43%8kW，年經(jīng)濟(jì)效益為循環(huán)泵年節(jié)電量：(17.9-8)×24×330=78408(kWh)，平均電費(fèi)是0.5元/ kWh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省0.5×78408=39204元。一期2臺(tái)水泵節(jié)省78408元。二期熱水泵額定電流：7

44、0.5A，額定功率37kW，額定為0.80，運(yùn)行電流約為52A則  P=3IUcos=1.732×52×0.38×0.827(kW)上變頻后熱水循環(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，=（n1/n2）2/0.96=1.15×（0.76）2/0.9670%則平均運(yùn)行負(fù)荷為；18.5kW×70%12.8kW，年經(jīng)濟(jì)效益為循環(huán)泵年節(jié)電量：(27-12.8)×24×330=112464(kWh)，平均電費(fèi)是0.5元/ kWh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省0.5×112464=56323

45、元。一期2臺(tái)水泵節(jié)省112464元。第6章 空氣壓縮機(jī)節(jié)能的分析與研究6.1 空氣壓縮機(jī)的工作原理目前空壓機(jī)上都采用兩點(diǎn)式控制（上、下限控制）或啟停式控制（小型空氣壓縮機(jī)），也就是當(dāng)壓縮氣體氣缸內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)，空壓機(jī)通過本身氣壓或油壓關(guān)閉進(jìn)氣閥，小型空氣壓縮機(jī)則停機(jī)。當(dāng)壓力下降到設(shè)定值下限時(shí)，空壓機(jī)打開進(jìn)氣閥，小型空壓機(jī)則又啟動(dòng)。傳統(tǒng)的控制方式容易對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，對(duì)空壓機(jī)本身也有一定的損害，當(dāng)用氣量頻繁波動(dòng)時(shí)，尤其明顯。正常工作情況下，空氣被壓縮到儲(chǔ)氣罐?？諌簷C(jī)各點(diǎn)的檢測（包括壓縮空氣溫度、壓力，鏍桿溫度、冷卻水壓力、溫度和油壓、油溫等等）和整體控制由主控制單板機(jī)控制。當(dāng)空壓機(jī)出口壓力

46、達(dá)到設(shè)定值上限時(shí)，通過油壓分路閥關(guān)閉進(jìn)氣口，同時(shí)打開內(nèi)循環(huán)管路，作自循環(huán)運(yùn)行。此時(shí)用氣單位繼續(xù)用氣。當(dāng)壓力下降到設(shè)定值下限時(shí)，油壓分路閥關(guān)閉循環(huán)管路，打開空氣進(jìn)口，空氣又由過濾器經(jīng)壓縮到儲(chǔ)氣罐中。在靜態(tài)，原起動(dòng)方式（Y-），及加載、卸載時(shí)對(duì)電網(wǎng)供配電設(shè)備及鏍桿都會(huì)造成極大的沖擊。尤其是能源的嚴(yán)重浪費(fèi)。主電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，軸功率將下降很多。節(jié)能潛力相當(dāng)大。6.2加、卸載供氣控制方式存在的問題我們知道，加、載控制方式使得壓縮氣體的壓力在之間來回變化。是最低壓力值，即能夠保證用戶正常工作的最低壓力。一般情況下， 、之間關(guān)系可以用下式來表示：C=（1+）是一個(gè)百分?jǐn)?shù)，其數(shù)值大致在10%25%之間。 而若采

47、用變頻調(diào)速技術(shù)可連續(xù)調(diào)節(jié)供氣量的話，則可將管網(wǎng)壓力始終維持在能滿足供氣壓力上，即附近。 由此可知，在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī)較之變頻系統(tǒng)控制下的空壓機(jī)，所浪費(fèi)的能量主要在2個(gè)部分： （1）壓縮空氣壓力超過所消耗的能量 在壓力達(dá)到后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升（直到）。這一過程同樣是一個(gè)耗能過程。（2）卸載時(shí)調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量 通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到時(shí)，空壓機(jī)通過如下方法來降壓卸載：關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。 6.3 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能原理采用變頻器控制空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速以達(dá)到節(jié)能是一種較為科學(xué)的控制

48、方法。根據(jù)空壓機(jī)運(yùn)行特性知： Q1 / Q2 = n1 / n2 H1 / H2 =（ n1 / n2）2 P1 / P2 =（ n1 / n2）3式中 Q空壓機(jī)供給管網(wǎng)風(fēng)量；H管網(wǎng)壓力； P電機(jī)消耗功率； n空壓機(jī)轉(zhuǎn)速。 由上式可知，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的80%，則空壓機(jī)供給管網(wǎng)風(fēng)量降為80%，管網(wǎng)壓力降為（80%）2，電機(jī)消耗功率則降為（80%）3，即51.2%，去除電機(jī)機(jī)械損耗和電機(jī)銅、鐵損耗等影響，節(jié)能效率也接近40%，這就是調(diào)速節(jié)能的原理所在。6.4 恒壓供氣控制方案的設(shè)計(jì)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣。通過壓力變送器采集實(shí)際壓力P送給PID智能調(diào)速器，與壓力設(shè)定值P0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)送變頻調(diào)速器VVVF，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實(shí)際壓力P始終接近設(shè)定壓力P0。本系統(tǒng)采用壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，在原來的壓力儲(chǔ)氣罐上加裝一個(gè)壓力傳感器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電信號(hào)，送到變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將信號(hào)與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算后輸出控制信號(hào)，變頻器根據(jù)該信號(hào)輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)供氣壓力，保持壓力的恒定，使空壓機(jī)始終處于節(jié)電運(yùn)行狀態(tài). 同時(shí)，該方案可增