電機(jī)目前使用的幾種主要節(jié)能方案及比較

1、12l1. 風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)水泵的調(diào)節(jié)l2. 液力耦合器調(diào)速液力耦合器調(diào)速l3. 串級(jí)和雙饋調(diào)速（轉(zhuǎn)子側(cè)）串級(jí)和雙饋調(diào)速（轉(zhuǎn)子側(cè)）l4. 變頻調(diào)速（定子側(cè)）變頻調(diào)速（定子側(cè)）3l工作原理工作原理 風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載一般稱(chēng)二次型負(fù)載，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速二次方成比例，功率與轉(zhuǎn)速三次方成比例。當(dāng)0.6nN時(shí)，轉(zhuǎn)矩和功率已很小，再往下調(diào)已無(wú)意義，因此調(diào)速范圍一般限制在40。在調(diào)速性能方面，對(duì)靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)無(wú)嚴(yán)格要求。4l工作原理工作原理 如采用液力耦合器調(diào)速，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸連接到液力耦合器，而負(fù)載連接到液力耦合器，電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)供電，電動(dòng)機(jī)仍全速運(yùn)行。 液力耦合器是通過(guò)控制工作腔內(nèi)工作油液的動(dòng)量矩變化，來(lái)傳遞電

2、動(dòng)機(jī)能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的。 電動(dòng)機(jī)通過(guò)液力耦合器的輸入軸拖動(dòng)其主動(dòng)工作輪，對(duì)工作油進(jìn)行加速，被加速的工作油再帶動(dòng)液力耦合器的從動(dòng)工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載，這樣，可以通過(guò)控制工作腔內(nèi)參與能量傳遞的工作油多少來(lái)控制輸出軸的力矩，達(dá)到控制負(fù)載的轉(zhuǎn)速的目的。 液力耦合器也可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。5l工作原理工作原理 電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù)載直接相連，但電動(dòng)機(jī)不再由電網(wǎng)直接供電，而是由變頻器供電，變頻器通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速，而且在全范圍內(nèi)具有優(yōu)異的效率和功率因數(shù)特性。 采用變頻調(diào)速后，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f(1-s)/p

3、，其中f 為變頻器輸出頻率，s 為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，p 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。6l功率損耗的原因功率損耗的原因 電動(dòng)機(jī)本身功率損耗除外，無(wú)論是變頻調(diào)速還是液力耦合器調(diào)速，均存在額外的功率損耗。 液力耦合器從電動(dòng)機(jī)輸出軸取得機(jī)械能，通過(guò)液力變速后送入負(fù)載，其效率不可能為1；變頻器從電網(wǎng)取的電能，通過(guò)逆變后送入電動(dòng)機(jī)電樞，其效率也不可能是1。而且在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，兩種方式的效率曲線也不一樣。7 圖1“兩種調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力耦合器和變頻器（高高變頻器）的效率轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力耦合器的效率基本上正比降低（例如：額定轉(zhuǎn)速時(shí)效率0.95，75%轉(zhuǎn)速時(shí)效率約0.72，20%轉(zhuǎn)速時(shí)效率約0

4、.19）；而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時(shí)效率仍然較高（例如：額定轉(zhuǎn)速時(shí)效率0.97，75%以上轉(zhuǎn)速時(shí)效率大于0.95，20%以上轉(zhuǎn)速時(shí)效率大于0.9）。8曲線分析： 從曲線數(shù)據(jù)看，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時(shí)，液力耦合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，因此變頻調(diào)速的低速特性比液力耦合器要好。 當(dāng)用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載時(shí)，由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，雖然液力耦合器效率正比下降，但電動(dòng)機(jī)綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節(jié)能作用。 變頻調(diào)速通過(guò)電力電子整流和變頻調(diào)速通過(guò)電力電子整流和PWM逆變技術(shù)改變電動(dòng)機(jī)定子的電壓和逆變技術(shù)改變電動(dòng)機(jī)定子的電壓和頻率，除本身控制所需很少一

5、部分能量消耗保持不變外，電力電子器件頻率，除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不變外，電力電子器件的損耗基本上與輸出功率成正比，因此變頻調(diào)速可以在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保的損耗基本上與輸出功率成正比，因此變頻調(diào)速可以在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高效率運(yùn)行。持較高效率運(yùn)行。 液力耦合器依靠泵和渦輪傳遞能量，在低速輸出時(shí)，泵和渦輪的效率均液力耦合器依靠泵和渦輪傳遞能量，在低速輸出時(shí)，泵和渦輪的效率均下降，因此綜合效率隨轉(zhuǎn)速下降而下降。下降，因此綜合效率隨轉(zhuǎn)速下降而下降。 9l 理論計(jì)算節(jié)能比較理論計(jì)算節(jié)能比較 1000kW 風(fēng)機(jī)風(fēng)量從100%降低到70%，由于流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，因此轉(zhuǎn)速可以降低70%，負(fù)載功率

6、理論上降為34.3%，如果采用直接高高變頻調(diào)速，其效率按0.95 算，再考慮電動(dòng)機(jī)效率在低功率時(shí)有所下降、和管道系統(tǒng)效率有所下降， 電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.95/0.85/0.95=44.71%，即447.1kW，節(jié)能55.29%，全年按300 日計(jì)算，年節(jié)電398 萬(wàn)度。如果采用液力耦合器，其效率按0.665 計(jì)算，電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.665/0.85/0.95=63.87%，即638.7KW，節(jié)能36.13%，年節(jié)電260 萬(wàn)度。列表如下 。10l 功率因數(shù)功率因數(shù) 變頻調(diào)速可以在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高功率因數(shù)運(yùn)行（例如20%以上轉(zhuǎn)速時(shí)功率因數(shù)大于0.95%）， 液力耦

7、合器低速運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)低于電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)，如果在70%以下轉(zhuǎn)速時(shí)，功率因數(shù)將低于0.7。 采用液力耦合器如果需要提高功率因數(shù)，則需另加功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。 起動(dòng)性能起動(dòng)性能 采用變頻調(diào)速時(shí)，對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載，其起動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊。 液力耦合器不能直接改善起動(dòng)性能，起動(dòng)電流達(dá)到額定電流的5-7 倍。起動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊相當(dāng)大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性 。 11l 運(yùn)行可靠性、運(yùn)行維護(hù)運(yùn)行可靠性、運(yùn)行維護(hù) 液力耦合器液力耦合器工作時(shí)是通過(guò)一導(dǎo)管調(diào)整工作腔的充液量，從而改變傳遞扭矩和輸出轉(zhuǎn)速來(lái)滿足工況要求；因此，對(duì)工作腔及供油系統(tǒng)需經(jīng)常維護(hù)及檢修。 耦合器運(yùn)行時(shí)間稍長(zhǎng)，會(huì)漏油嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境污染大，

8、地面被油污蝕嚴(yán)重。 如果液力耦合器出現(xiàn)故障，無(wú)法直接定速運(yùn)行，必須停機(jī)檢修。 電機(jī)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪音大，會(huì)影響運(yùn)行人員的身體健康。 運(yùn)行振動(dòng)大，電機(jī)和軸承溫升高，會(huì)降低風(fēng)機(jī)和電機(jī)的使用壽命。 后期使用、維護(hù)、維修費(fèi)用大。 高壓變頻裝置高壓變頻裝置目前技術(shù)已趨成熟，尤其是單元串聯(lián)多電平方式的高壓變頻裝置具有單元自動(dòng)切換和冗余運(yùn)行特性，在單元故障時(shí)可不停機(jī)連續(xù)運(yùn)行，可靠性得以保證，而且檢修維護(hù)相當(dāng)容易，只需定期更換進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)即可。 在加速期間大大減小了噪聲，削弱了噪聲污染。由于不用定期拆換軸承或者對(duì)液力耦合器進(jìn)行維修，避免了機(jī)油對(duì)環(huán)境的污染，使風(fēng)機(jī)房的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有了極大改善。 由于電機(jī)降低速度運(yùn)行以及工作

9、在高效率區(qū)，因此電機(jī)和軸承的溫升都明顯低于采用液力耦合器的系統(tǒng)，這樣可以延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的使用壽命。 12l 調(diào)節(jié)及控制特性調(diào)節(jié)及控制特性 液力耦合器依靠調(diào)節(jié)工作腔油量大小改變輸出轉(zhuǎn)速，因此延遲性較明顯，不能快速響應(yīng)，可能跟不上控制的需要，同時(shí)這時(shí)候的電流較大，如整定不好會(huì)引起跳閘，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。 液力耦合器本身控制精度差，調(diào)速范圍窄，通常在4090之間；在高速運(yùn)行時(shí)，液力耦合器有丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響工作的正常進(jìn)行。 變頻調(diào)速的頻率改變速度相當(dāng)快，完全可以以系統(tǒng)允許的最高速度進(jìn)行調(diào)節(jié) 變頻調(diào)速屬于數(shù)字式控制，其穩(wěn)頻精度達(dá)到0.1%以上。13l 投資及回報(bào)投資及回報(bào) 液力耦合器初期投資比變頻調(diào)速

10、低； 變頻調(diào)速節(jié)能效果及其它方面均明顯優(yōu)于液力耦合器，總體投資回報(bào)效果更佳。1415 轉(zhuǎn)子側(cè)調(diào)速適用于繞線異步機(jī)，定子接中壓電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子接調(diào)速裝置。 有2種調(diào)速方法:只從同步速下調(diào)的系統(tǒng)通常稱(chēng)串調(diào);在同步速兩側(cè)都調(diào)節(jié)的系統(tǒng)稱(chēng)雙饋。絕大多數(shù)風(fēng)機(jī)和泵只需要下調(diào)。16 用低壓設(shè)備控制高壓電機(jī)； URSUR0 (1) 式中:S(n0-n)/n0滑差，UR0轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)(S1)的轉(zhuǎn)子電壓， 通常UR00.95含變頻器和變壓器)。 3)對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的諧波小。高壓變頻調(diào)速的不足 1) 電壓高，在2002000kW范圍內(nèi)電流小(1000kW/10kV電機(jī)額定電流僅60A左右)，需要用許多小電流器件串聯(lián)(橋串或器件串)，線路復(fù)雜，可靠性受影響; 2) 為安全