電機驅(qū)動系統(tǒng)的節(jié)能

1、電機驅(qū)動系統(tǒng)的節(jié)能電動機的有功損耗和無功損耗電動機的有功損耗分為不變損耗（鐵耗）、可變損耗（銅耗）、機械和雜 散損耗幾部分。鐵耗的大小同磁場強度和鐵芯特性有關，與所加電壓U的平方成正比，與 頻率f的1.3次方成正比。銅耗的大小與電動機的負載電流的平方成正比（即與負載率的平方成正 比），與電動機定子、轉(zhuǎn)子的電阻和成正比。機械損耗與電動機轉(zhuǎn)速有關，其中摩擦損耗與轉(zhuǎn)速成正比，風扇、轉(zhuǎn)子等 由于旋轉(zhuǎn)引起的風阻損耗與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。在高速電機中，風阻損耗可占 到機械損耗的7080%。雜散損耗主要是高次諧波引起的損耗。若供電電源電壓波形不好，諧波損 耗會急劇增加。繞線式電動機和直流電機還有電刷的電阻損

2、耗和電刷機械損耗。電動機負載率越小效率越低，負載過重銅耗加大，效率也下降。異步電動機的無功損耗包括兩部分：一部分是建立旋轉(zhuǎn)磁場所需要的空載 無功功率，約占電機額定無功功率的60% 70%，其大小主要與容量有關；另 一部分是帶負荷時的漏磁損耗，它與電動機負載率的平方成正比。電動機負載率 越小，功率因數(shù)越低。異步電動機的效率和功率因數(shù)與負載率的關系如表4-3所示。表4-3異步電動機的效率和功率因數(shù)與負載率的關系負載率空載25%50%75%100%功率因數(shù)0.20.50.770.850.89效率078%85%88%87.55合理使用電動機目前，我國的中小型電動機。在普遍開展對電機通風、溫升、噪聲、電

3、磁 場進行優(yōu)化設計的基礎上，重點開發(fā)以下節(jié)能產(chǎn)品：風機、水泵專用多速異步電動機系列，滿足不同工況要求，形成系列產(chǎn) 品；開關磁阻電機系列，是高技術的機電一體化產(chǎn)品，其運行效率可達82% 91%，并可滿足各種特性要求的任意形狀的轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)速特性；中小型永磁同步電動機系列，使電機力能指標提高5%7%，效率提高1. 5% 2.5%；高效率三相異步電動機，效率比Y系列平均提高1%2%，進一步完善系 列，降低成本。高效率YX系列電動機比Y系列電動機效率提高3 %左右，損耗可降低20 %- 3 0 %，功率因數(shù)有所提高，起動力矩提高3 0%，噪聲小,振動小，溫升低， 壽命長，但電動機成本比標準電動機高3 0%，

4、一般情況下，增加的投資費用能 在1 3年內(nèi)收回。J02、J03系列小型異步電動機及JD02、JD03系列變極、多速三相異步電 動機已是國家明令限制和淘汰的產(chǎn)品。對還在使用的這類電動機要制定規(guī)劃，分 期分批進行更新改造并限期完成。另外，通風機、鼓風機類效率低于70%的、離心泵、軸流泵類效率低于60% 的，均應列入節(jié)能計劃，分期分批進行更換或改造。在電動機的使用上，大馬拉小車、電動機特性與負載特性不匹配等是造成 能源浪費的重要原因，應根據(jù)負荷特點選取和改進電動機的使用條件，避免電動 機長時間輕載運行。電動機運行過程中會發(fā)熱，如果通風散熱效果不好，過熱將使絕緣破壞， 導致電動機減壽甚至燒毀。為此，通

5、風不良的電機被迫降容使用，不但浪費動力 資源，而且電動機處于輕載運行狀態(tài)，效率及功率因數(shù)低下，增加了有功和無功 功率損耗?？梢?，做好運行維護、保持電機的清潔和通風散熱良好，能夠減少不 必要的能源浪費。表4-4根據(jù)負荷特點選取和改進電動機的使用條件的措施序號負荷特點可采用措施1長期穩(wěn)定運行的恒轉(zhuǎn)矩負荷，負載率較高核實負荷后，選用高效節(jié)能型電機2長期穩(wěn)定運行的恒轉(zhuǎn)矩負荷，負載率低核實負荷后，更換容量與負荷匹配的高效節(jié)能電機或輕載降壓運行3呈季節(jié)性變化的長期運行負荷，如 紡織空調(diào)風機采用多級變速電動機或?qū)⒃妱訖C改 成Y轉(zhuǎn)換接線，輕載時降壓運行4按平方關系遞減轉(zhuǎn)矩的隨轉(zhuǎn)速變化的負荷，如風機、水泵等選

6、用高轉(zhuǎn)差率電機，采用調(diào)速方式運 行5經(jīng)常運行的周期負荷，如機床等選用短期工作制電動機，采用串聯(lián)自飽和電抗器或換用輕載節(jié)能電機6起動轉(zhuǎn)矩大、運行轉(zhuǎn)矩較低的負荷核實負荷后，采用負荷跟隨控制器泵與風機的內(nèi)部損失、管網(wǎng)阻力損失和泄露損失是造成耗電量增大的重要 原因。因此，做好運行維護、及時檢修、保持管路暢通無阻和無泄露，能夠減少 不必要的能源浪費。應定期進行電能平衡測試，及時發(fā)現(xiàn)耗電量的變化，找出原 因，盡快處理。電動機的功率因數(shù)一般較低，需要無功補償。提高電動機的功率因數(shù)也是 電動機節(jié)電的重要方面。具體補償方法可參照本章第三節(jié)相關內(nèi)容。電動機降壓節(jié)電有時電動機的負荷時大時小，不能更換小容量電機，可采

7、用降低供電電壓 的方法節(jié)電。降低電動機外加電壓，使電機的轉(zhuǎn)矩特性變低，相當于在轉(zhuǎn)速基本不變的 情況下改小了電機的容量，使電機的運行狀態(tài)由輕載轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏聴l件下的額定 負荷量。降低電動機電壓有一變換法、自耦變壓器降壓法、可控硅調(diào)壓降壓 法、串聯(lián)電抗器降壓法等。其中最簡單、費用最低的是 Y變換法。電動機定子繞組由形接線改為Y形接線后，繞組的相電壓降為額定電壓 的 ，電動機轉(zhuǎn)矩則下降原來的1/3,起動電流下降為形接線時的1/3,勵 磁電流降為原來的 ，無功電流減小，功率因數(shù)也提高了，相當于將電動機 變成了容量只有原來的1/3的小容量電機。當電動機負載量小于額定容量的30% 時，節(jié)電效果尤其顯著。若負

8、載量超過了電動機容量的1/3,改Y形接線后工作 電流不降甚至增大，就只能采用形接線。一變換法特別適用于負載量或很 大、或很小的場合，大負載量時用形接線，小負載量時用Y形接線。如負載量每次改變后都會持續(xù)較長時間，小容量電動機就可以僅用一只三 刀雙投開關，手動完成一Y變換操作，容量較大時可用三刀雙投開關控制交流 接觸器來完成轉(zhuǎn)換操作。如負載量變化頻率較快，可選用能自動完成轉(zhuǎn)換操作的 轉(zhuǎn)換器，如各類Y轉(zhuǎn)換器、電動機輕載節(jié)能器等。電動機空載運行時的電能損耗是較大的，其起動時的耗電量約為空載運行 1520秒的耗電量。如電機在運行過程中空載待機的時間較長，可使用空載自 停裝置。電焊機亦應使用空載自停裝置。

9、電動機調(diào)速節(jié)電電動機還可以采用調(diào)速的方法節(jié)電。降低電動機的轉(zhuǎn)速，也使電機的轉(zhuǎn)矩 特性變低，也相當于改小了電機的容量，使電機的運行狀態(tài)由輕載轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏?條件下的額定負荷量，使效率和功率因數(shù)提高，從而達到節(jié)電目的。特別是帶風 機、水泵類的電機，其損耗隨轉(zhuǎn)速的提高而急劇加大，調(diào)速節(jié)電效果非常顯著。 我國十五規(guī)劃中要求發(fā)展各種交流調(diào)速系統(tǒng)，包括串極調(diào)速、PWM交流變頻調(diào)速， 開發(fā)大容量交流電機調(diào)速裝置，同時發(fā)展液力偶合器、油膜離合器、滑差離合器 等機械調(diào)速裝置。發(fā)展稀土永磁同步電動機、開關磁阻電機等調(diào)速系統(tǒng)。開發(fā)并 推廣調(diào)速范圍較窄的簡易價廉的風機、水泵專用的調(diào)速裝置。改變供電頻率f、電動機的極對數(shù)

10、p及轉(zhuǎn)差率s均可達到改變轉(zhuǎn)速的目的。 從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變 同步轉(zhuǎn)兩種。在生產(chǎn)機械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機 的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級調(diào)速以及應用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、 油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機，改變定子 電壓、頻率的變頻調(diào)速等。變極調(diào)速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機定子極對數(shù) 達到調(diào)速目的，具有穩(wěn)定性良好、效率高、控制方便、價格較低等特點，屬于有 級調(diào)速，級差較大，可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率 的平滑調(diào)速特性。適用于不需要無級調(diào)速的

11、生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、 起重設備、風機、水泵等。變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。 變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器，目前國內(nèi)大都使用交一直一交 變頻器。變頻調(diào)速效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗，調(diào)速范圍大，特性硬，精 度高，特性平滑，應用范圍廣，可用于籠型異步電動機，但技術復雜，造價高， 維護檢修困難。特別適用于負載變化大、高速時損耗大的電機設備，如風機、水 泵等。串級調(diào)速用于指繞線式電動機，大部分轉(zhuǎn)差功率被返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加 以利用，多采用品閘管串級調(diào)速，效率較高，裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資 省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速7 0%90

12、%的生產(chǎn)機械上，但品閘管串級調(diào) 速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大，適合在風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠 壓機上使用。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式 有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及品閘管調(diào)壓等幾種，以品閘管調(diào)壓方式為最 佳。調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制，但效率較低，增加額外功率損耗，一 般適用于100KW以下的生產(chǎn)機械。電磁調(diào)速電動機由籠型電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源（控制器） 三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波品閘管整流器組成。 裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運行可靠、維修方便、調(diào)速平滑、無級調(diào)速、對電網(wǎng) 無諧波影響，但效率低，適用于中、小功率，要求調(diào)速平滑、短時低速運行的生 產(chǎn)機械。液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作 輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉(zhuǎn) 時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下