1、按朝理工犬竽ANHUIANHUI UNIVERSITYUNIVERSITY (Ji(Ji SCIENCESCIENCE & & TECHNOLOGYTECHNOLOGY畢業設計說明書三相異步電動機節能性能與經濟性分析ANALYSIS OF TRIPLE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTORENERGY-SAVING PERFORMANCE AND ECONOMY學院（部）:繼續教育學院專業班級：2011級機電一體化學生姓名：曹先俊指導教師：方教授2013年05月 15日三相異步電動機節能性能與經濟性分析摘要論述了三相異步電動機節能的幾種方法，包括電機的合理選擇與使用，保證供 電電壓

2、質量和電機就地無功補償等。論述了變頻器在風機和壓縮機上節能的分 析與運用，能明顯提高三相異步電動機的效率。恰當地運用這些方法，能較大 程度地提高電動機運行時的效率和功率因數，通過運用這些方法進行節能計算 能明顯的顯示三相異步電動機的節能效果。關鍵字: 三相異步電動機。變頻器。節能ANALYSIS OF TRIPLE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTORENERGY-SA VING PERFORMANCE AND ECONOMYABSTRACTABSTRACTDiscusses the Triple-phase Asynchronous Motor, several methods,

3、 including therational selection and use of the motor to ensure the quality and the motor in placc ofthe supply voltage reactive power compensation. Discusses the analysis andutilization of the inverter energy-efficient fans and compressors, can significantlyimprove the efficiency of the Triple-phas

4、e asynchronous motor. The appropriate use ofthese 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 energysaving effect of the Triple-phase asynchronous motor.KeyworKeywor ： Triple-phaseTriple-phas

5、e asynchronousasynchronous motormotor ； motormotor inverterinverter 。 energy-savingenergy-saving目錄目錄 1第 1 章緒論 21.1電動機節能的研究背景 21.2三相異步電機節能節能研究意義 2 第 2 章三相異步電動機的工作原理介紹 42.1三相異步電動機的構造介紹 42.2三相異步電動機的工作原理 4 第 3 章電動機節能方面的分析與研究 63.1目前在電機節能方面存在的主要問題 63.2電動機損耗分析 63.3電動機的選用 83.4電動機節能原理 83.5電動機的節能途徑 9第 4 章三相異步

6、電機節能分析與應用實例 114.1電動機的合理選型和節能改造 114.2電動機啟動和運行形式的合理設計 124.3電動機的調速節能 134.4電動機的功率因數補償 134.5實際應用舉例計算 14 第 5 章變頻調速節能分析與研究 165.1異步電動機常用調速技術 165.2異步電動機常用調速方式性能比較 165.3低壓、高壓變頻調速簡解 175.4經濟效益分析 185.5小結 19 小結 20 致謝 21 參考文獻 22第 1 章 緒論1.1電動機節能的研究背景能源是社會和經濟發展的重要物質基礎，也是提高人們的生活水平的先決 條件。人類社會要發展，必須建立在大量消耗能源的基礎上。然而現有的不

7、可 再生資源己經被人類過度消耗。能源問題已成為當今世界各國普遍關注的首要 問題。其中新能源的開發研究和節能技術研究更是當前世界各國普退關注的熱 點問題。長期以來能源一直是我國國民經濟發展中的熱點和難點，隨著國民經濟的 快速發展，能源生產和消費的矛盾，能源與環境的矛盾越來越嚴重，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濟 社會發展的矛盾，必須立足國內，大力采取節能措施。堅決實行開發和節約并 舉，把節約放在首位的方針。鼓勵開發和應用節能降耗的新技術。電動機是電能消耗的最大用戶，也是節電潛力最大的用戶。電動機是實現 全國電氣化的主要動力機械，而異步電動機又是農業中

8、應用最廣泛的一種電 機。異步電機結構簡單、制造方便、價格便宜，而且運行可靠、堅固耐用，很 少需要維護及可用于惡劣環境等有點，在工業、農業、交通運輸、國防軍事和 日常生活中得到廣泛的應用變頻傳動系統中的應用極為廣泛的應用，當前，大 部分的工業拖動都是交流異步電動機。資料表明電動機負荷占整個負荷的 80% 以上，我國現役的電動機中，尚有 4億KW的高能耗電動機，這些電動機的損耗 占額定出力的 10%23%具, 有極大的節能潛力。當電動機在額定負載附近運行時其效率和功率因數較高，但在實際運用中 由于各種原因的影響，電機經常運行在空載和輕載的狀態，“大馬拉小車的現 象很普遍，導致電機的效率和功率因數都

9、比較低，造成能源的浪費。因此，研 究異步電動機的節能控制器具有非常重要的理論和實際意義。1.2三相異步電機節能節能研究意義現代社會中，三相異步電動機成為現代工業生產中的主要動力設計。三相 異步電機，由于其結構簡單，價格低廉，運行可靠，工作效率高、過載能力強 及使用、安裝、維護方便等優點，成為機電設備的最重要的動力來源，應用十 分廣泛。在一般中小型工廠里，運行中的三相異步電機就有數十臺至數百臺 .而 在大工廠中往往有數千臺三相異步電機在運行，而異步電動機所消耗的電能在 整個工業用電中占有很大的比例，它約占總工業用電的80%以上，消耗了電網容量 50%以上的電能 , 這些異步電動機一般都是按照設計

10、的負載進行選擇的，但 在實際使用中，大都經常處在輕載，甚至在空載下運行，白白浪費大量的電 能，極大地影響著企業發展及經濟效益。經濟要發展，電力要先行。近年來，隨著我國經濟發展速度的提高，有很 多經濟發達地區的電力供應出現供不應求的緊張局面，這直接制約著這些地區 的經濟發展。因此，我們一方而需要開發更多的的能源來緩解電能緊張的局 而。而對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 于節能的呼聲越來越高。基于這方面的考慮。我們要更努力著手于用電設計的 節能研究。電動機的運行效率與負載的大小有關。當電動機的額定負載附近運行的時 候，其效率的功率因數都較高。但當負載率較低時候，其功率

11、因數和功率都急 驟降低。異步電機在空載時轉子轉速接近于同步轉速，轉差率約等于0，即歸算到轉子側得等效電阻無窮大，轉子相當于開路，電流接近于0。而定子電流基本上是勵磁電流，其主要分量是無功的磁化電流，其值越大定子電抗就越 大，致使電機功率因數降低。電動機在輕載時，由于端電壓過高使勵磁電流 大，會異致功率因數下降。實際運行中的電機，由于產品容量的不連續性，安 全系數過高的選擇等，經常處于負載，甚至輕載，使電動機功率因數較小，效 率很低，電能的浪費十分嚴重。對于滿載的運行的情況下的電動機，節能的關鍵在于采取必要地措施提高 其運行的效率，改善功率因數。利用調壓的方法，可以根據電動機的負載率來 不斷的降

12、壓電動機的端電壓，使其運行處于高效率的狀態。高效率運行不僅可 以節省電動機在非滿載情況下的功率損耗，提高工功率因數、節約能源，而且 對于裝置自身的冷卻和控制環境污染方面也有重要的意義。全國有上百億元的 電動機市場，而且每年還在以 20%的速度增加。如果全部能夠實現節能的話， 相當于每年我國增建了 2 到 3 臺中型火力發電廠。這既可以節省能源，又能減 少環境污染。可見，電動機節能的經濟效益和社會效益非常顯著。因而研究三 相異步電動機的節能技術是非常迫切和必要的，開發帶有節能的產品勢在必 行。第 2 章 三相異步電動機的工作原理介紹2.1三相異步電動機的構造介紹三相異步電動機主要有由定子和轉子兩

13、大部分組成。 定子主要由三相繞組，鐵心，機座，端蓋組成。定子鐵心一般由 0.35 或0.5 毫 M 厚、表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內圓沖有均 勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。三相繞組由三個在空間互隔120電角度、對稱排列的結構完全相同的線圈連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規律分 別嵌放在定子各糟內。三相定子繞組通入三相電流，產生 n1 為轉速的旋轉磁 場。機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機的 機座采用鑄鋁件，其作用是團定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉子，并起防護、 散熱等作用。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的 機座兩端端蓋開有

14、通風孔，使電動機內外的空氣可直接對流，以利于散熱。端 蓋主要起固定轉子，支撐和防護作用。轉子主要由鐵心和繞組組成。轉子鐵心所用材料與定子一樣，由 0.5 毫 M 厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的槽，用來安置轉子繞 組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內圓來沖制轉子鐵心。一般小型異步電動 機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上，中、大型異步電動機 （ 轉子直徑在 300500毫 M 以上） 的轉子鐵心則借助與轉子支架壓在轉軸上。轉子繞組分為鼠籠式轉子和 繞線式轉子。1）鼠籠式轉子 : 轉子繞組由抽入轉子槽中的多根一濘條和兩個環行的端環組 成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型

15、繞組。小型籠型 電動機采用鑄鋁轉子繞組，對于 100KW以上的電動機采用銅條和銅端環焊接而 成。鼠籠轉子分為 : 阻抗型轉子、單鼠籠型轉子、雙鼠籠型轉子、深槽式轉子幾 種，起動轉矩等特性各有不同。2）繞線式轉子 : 繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組， 一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集流環上，再通過電刷與外電路聯 接。2.2三相異步電動機的工作原理作為電動機運行是異步電機最主要的運行方式。如圖 2-1 所示為三相異步電動機工作原理示意圖Ph3 Ph2 Ph1圖2-1三相異步電動機工作原理示意圖當三相對稱定子繞組接至三相電源后，三相繞組內將流過對稱的三相電 流，并在電動機

16、內產生一個旋轉磁場 .當P=1時，圖中用一對以恒定同步轉速 n0（旋轉磁場的轉速）按順時針方向旋轉的電磁鐵來模擬該旋轉磁場，轉子繞組 的導體處于旋轉磁場中，在它的作用下，轉子導體逆時針方向切割磁力線而產 生感應電動勢.感應電動勢的方向由右手定則確定.由于轉子繞組是短接的，所 以在感應電動勢的作用下，產生感應電流，即轉子電流12。由此可見，異步電動機的轉子電流是由電磁感應而產生的，因此這種電動機又稱為感應電動機.如圖2-1所示，電磁轉矩與旋轉磁場的轉向是一致的，故轉子旋轉的方向與旋轉磁場的方向相同，但電動機轉子的轉速n必須低于旋轉磁場轉速nO，如果轉,子轉速達到nO,那么轉子與旋轉磁場之間就沒有

17、相對運動，轉子導體將 不切割磁通，于是轉子導體中不會產生感應電動勢和轉子電流，也不可能產生 電磁轉矩，所以電動機轉子不可能維持在轉速nO狀態下運行，可見該電動機只有在轉子轉速，低于同步轉速 nO時才能產生電磁轉矩并驅動負載穩定運行，因 此這種電動機也稱為異步電動機。第 3 章 電動機節能方面的分析與研究3.1目前在電機節能方面存在的主要問題3.1.1舊（ 淘汰）型電機的使用我國 20 世紀七八十年代制造，六七十年代技術水平的J, JO, J02 系列及其相應水平的派生電機，現在約占裝機容量的3%八-5%即約2000萬kW 這些電機采用 E 級絕緣，體積較大，起動性能較差，效率較低。雖經歷年改造

18、，但 電機轉矩加速度轉粗目前我國的少數企業還在使用這類電機，如風機、水泵、車床等使用的主機。另外，早期使用的丫系列電動機，經過12次大修，性能變差，效率降低，本 應該淘汰，卻仍在使用。這類電機占裝機容量的15%20%。3.1.2電機負載率低 由于電動機選擇不當，富裕量過大或生產工藝變化，使得電動機的實際工作負荷遠低于額定負荷，大約占裝機容量 30%40%的電機在 30%50%的額定負載 下運行，運行效率過低。如現在我國風機的平均運行效率為60%，水泵的平均運行效率只有 51%。3.1.3電機電源電壓不對稱或電壓過低由于三相四線制低壓供電系統單相負荷的不平衡，使得電動機的三相電壓 不對稱，電機產

19、生負序轉矩，增大電機運行中的損耗。另外電網電壓長期偏 低，使得正常工作的電機電流偏大，因而損耗增大。三相電壓的不對稱度越 大，電壓越低，則損耗越大。3.1.4負荷調節與轉速控制不當 在調節風機的風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節，使得截流功率損耗大。許多設備還采用機械調速方法，而未采用電氣調 速。此外，由于調速方法與負載的性質、大小配合不好，轉速控制不當，也使 得調速過程中的損耗增大。3.2電動機損耗分析三相異步電動機的用電量占全國總用電量的60%以上，研究其節能問題，提高其運行效率對節約能源有重要的現實意義。電動機存在的最大問題是高啟 動電流及它未能在啟動和運行時將電機

20、扭力配合負荷扭力。在啟動時，電機會產生150%200的扭力，方可于瞬間將轉速提升至最高速，這樣易導致電機受 損見圖3-1，,在啟動的同時，它將耗用高達 8倍的標稱電流In,極大地影 響了供電電壓的穩定性見圖3-2。每當電機滿足高轉矩要求的負載之后，電機將進入較長時間的輕負載運行狀態，這樣都會由于電機繞組磁飽和而導致電機 效率下降。在固定供電電壓的情況下，電機的磁通（又稱為勵磁電流）是固定 不變的，它亦是電機高能耗的因素之一（占30%50%。連度100%圖3-1電機啟動時扭力示意圖圖3-2電機啟動時電流受轉速影響示意圖 異步電動機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 電動機的

21、效率，從而達到節能的目的，這可以從兩個方面進行 在電機的設計、制造與改進方而對電機進行優化設計與制造要做到 :(1)采用較薄的低損耗硅鋼片，減少電機的渦流損耗。加長電機鐵芯，用較多 的硅鋼片達到減少磁密、降低鐵損的目的。(2)采用較大截而的銅一學線，縮短繞組端部長度，增大電機的滿槽率，達到減 小皆線電阻與定子電流、降低定子銅損的目的。3.3電動機的選用下列情況下應該考慮選用高效電動機：1)在新上工程需要新的電動機時；2)舊電動機損壞或電動機需要進行重繞時；3)在電動機長期運行于低負載或過負載狀態下需要更新電動機時。3.4電動機節能原理電動機節能的基本原理 : 電動機節能的過程就是提高其效率的過

22、程。P2: 電動機機械輸出功率 (KW):P1:電動機從電網或供電裝置中吸收的電功率。 P:電動機在能量轉換中的損耗功率(KW)。因此，電動機節能的關鍵是如何減小電動機在能量轉換中的損耗功率厶P,3.4.1電動機損耗功率構成 P =Pcu1+PFe+Pcu2+Pmec+PadPcu1: 定子繞組銅損；PFe:鐵芯損耗；Pcu2:轉子繞組銅損；Pmec雜散損耗；Pad:機械摩擦損耗；3.4.2有效降低電機損耗1 、電機損耗分類 :(1)發熱損耗 :P=Pcu1+PFe +Pcu2；(2)雜散損耗： Pad；(3)風磨損耗 :Pmec+Pad；2、降低發熱損耗 :(1)優化電機內電與磁的合理匹配；

23、(2)選用優質的繞組材料；(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)合理設計齒槽關系和氣隙；(2)可靠的制造工藝減少磁場琦變；4、降低風磨損耗 :降低風磨損耗 : 合理的軸承結構和滑設計；5、降低通風損耗 :(1) 提高熱傳導效率；(2) 提高自然對流散熱能力，減小通風量需求；(3)提高冷卻的熱交換效率；(4)提高冷卻風扇的效率；結論: 電動機節能的原理是通過對電動機的電、磁、機械和通風的優化，優 質材料及先進制造工藝的使用，并結合先進全而的實驗及測試手段，切實有效 地 降低電動機的各方面損耗。3.5電動機的節能途徑電動機的節能途徑多種多樣。主要

24、有以下幾種：1)優化電機本身設計節能 優化電機本身構造來節能，即建造比普通的異步電動機更高效的節能型電 機來進行節能。它主要從異步電機的設計、工藝和材料上來采取措施。它可以 采用更合理的定轉子槽數、正弦繞組、風扇參數等措施來降低電機的損耗。此 外，還可以采用更多更薄的優質鋼片，降低電機的負載損耗和電磁損耗。更進 一步，還可采用優化的氣隙設計來減小電機的損耗。2)異步電動機變頻節能 變頻節能，變頻節能裝置可以在異步電動機的效率基本不變化的情況下， 通過變化驅動電源的電壓和頻率，平滑地調節異步電動機的轉速，根據輸出量 的要求來改變輸出功率來達到節能。變頻節能中的恒壓頻比控制很常見，它通 過使 V/

25、f 比值恒定，保持磁通不變來控制異步電動機的轉矩和轉速。它能很迅 速地適應異步電機負載的變化，供給最大效率的電壓，達到相應的節能狀態。 對于水泵、風機等的節能控制系統，它是非常理想的控制方法。3)異步電動機降壓節能 異步電動機的損耗是輸入的有功電功率與輸出的機械損耗之差。對于三相 異步電動機的損耗主要是鐵耗和銅耗，它們的損失之和占電機總體損耗的比例很大。對于異步電動機的效率即為轉子軸上輸出的功率與電機輸入的有功功率 之比，要提高異步電動機的效率，就是要盡量的減小損耗。在異步電動機的損 耗中，定轉子的銅損耗與電流的平方成正比，鐵損耗則與電壓的平方成正比。 當異步電動機處于輕載時，適當降低異步電動

26、機的端電壓，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。常見的節能措施如下： 在低壓配電系統并聯電力電容器，進行無功補償。(2)在大功率用電設備上采用同步補償機，進行無功補償。(3)采用電磁相控制技術對電動機實現恒轉矩無級調速實現節能效應。(4)采用變頻控制技術對電動機進行頻率變化調整來實現節能效應。 三相電動機節電器原理圖：第 4 章 三相異步電機節能分析與應用實例4.1電動機的合理選型和節能改造4.1.1選用節能型電動機 :Y 系列電動機是全國統一設計的新系列產品，是國內目前較先進的三相異 步電動機。 20 世紀 80 年代中期即在全國推廣應用。其優點是效率高、節能、 VDDV

27、DD0SC20SC2DSC!DSC!B4B4AUAU AICAICA4 TCKBO IM一武二啟動性能好。而目前國內許多老水泥企業仍大量采用 J02 系列電動機，相比來 說 Y 系列比 J02 系列電動機效率提高很多。因此用 Y 系列電動機取代舊式電動 機勢在必行。4.1.2合理選用電動機類型 :選擇電動機類型除了滿足拖動功能外，還應考慮經濟運行性能。對于年運 行時間大于3000h，負載率大于50%勺場合，應選擇YX系列高效率的三相異步 電動機。與 Y 系列相比，其效率平均高 3%，損耗降低 20%30%，雖然價格高于 丫系列電動機，但從長期運行考慮，經濟性還是明顯的。同步電動機能提高企業電網

28、的功率因數，降低供電線路損耗，但控制系統 繁雜，價格較高。隨著異步電動機制造水平的提高，新設備已很少采用。4.1.3合理選用電動機的額定容量 :國家三相異步電動機 3個運行區域作了如下規定：負載率在70%-lO0%之間 為經濟運行區；負載率在 40%-70%之間為一般運行區。負載率在 40%以下為非經 濟運行區。若電動機容量選得過大，雖然能保證設各的正常運行，但不僅增加 了投資，而且它的效率和功率因數也都很低，造成電力的浪費。因此考慮到既 能滿足水泥廠設備運行需要，又能使其盡可能地提高效率，水泥企業一般負載 率保持在60%100較為理想。對于負載率小于 4Q%5三角形接法電動機可改為 星型接法

29、，以提高其效率。4.1.4老式電動機的節能改造1）更換電動機的外風扇，將電動機的外風扇改為節能型，對于不同型號的 電動機，有對應的節能型風扇產品可供選用。主要用于單方向運轉的 2 極和 4 極電動機，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，用磁性槽泥進行電動機節能改造后，可 降低電動機的鐵芯損耗和附加損耗，提高效率，雖然啟動轉矩會下降 10%20%, 但很適應空載或輕載啟動的電動機改造。4.2 電動機啟動和運行形式的合理設計4.2.1低壓籠型大中型電動機 若采用全壓直接啟動方式，這要求電力系統有足夠大的容量，而實際運行 時，電力系統負載率很低，影響供電效率，并且用

30、直接啟動方式易燒毀開關、 電動機，影響電網其他設備的運行，往往為了盡量減少電動機啟動次數而寧愿 讓電動機空轉而不停車，造成大量浪費。此類電動機可以用電動機軟啟動器啟 動。電動機軟啟動器是采用大功率晶閘管模塊作為主回路的開關元件，通過控 制它的導通角以實現軟特性的電壓爬升。它具有對電網無過大沖擊，對機械傳 動系統 （齒輪及軸連接器 ） 震動小，啟動轉矩平滑穩定等諸多優點。啟動電流在 2.5-3.5 倍額定電流之間可調，啟動時間可調。4.2.2高壓籠型電動機 傳統的啟動方式多選用電抗器、自藕變壓器等，但這些啟動設備都不能很 好地滿足啟動要求，很難獲得理想的啟動參數。目前出品的熱變電阻軟啟動裝 置能

31、較好地滿足啟動要求。熱變電阻器由其有負溫度系數的電阻材料制成，電 阻器串于電動機定子回路，當電動機啟動、電阻體通過啟動電流時，其溫度升 高，而阻值隨之減小，從而使電動機端電壓逐步升高，啟動轉矩逐步增加，以 實現電動機的平穩啟動。根據電動機參數和負載要求的啟動轉矩，能方便地配 置適當的啟動電阻值獲得最佳的啟動參數，即在較小的啟動電流卜，獲得足夠 大的啟動轉矩。海螺集團回轉窯風機上己有應用，啟動電流為 2.92Ie 。與用電 抗器相比，電下降了 28%，電網壓降由 8%降到了 5%。這說明在啟動過程中有一 定的節能效果，延長了電動機的使用壽命，減少了對機械設各的沖擊。由一于 啟動裝置熱容量大，幾乎

32、無需維修，因此在水泥企業的相關電動機上有明顯的 推廣價值。4.2.3大型繞線型電動機 目前較為成熟的方式是采用液體變阻啟動器。它是利用兩極間的液體電 阻，通過機械傳動裝置便極板的距離逐步接近，直至接觸，達到串入轉子回路 中的電阻無級變小最后為零，實現電動機無沖擊的平滑啟動。其特點是啟動電 流小，對電網無沖擊，熱容量大，可連續啟動 5-10 次，維護方便，使用可靠。4.2.3中、小型繞線電動機 主要采用頻敏電阻器和油浸電阻器啟動，由于有滑環、碳刷、短路環等零件與繼電器、交流接觸器、頻敏或油浸變阻器等電器元件組成的啟動系統都安 裝在粉塵較大的生產現場，因此它具有故障率高、維修量大的缺點，經常影響

33、設備的正常運行，而無刷無環啟動器較好地解決了上述問題，它是一種啟動平 滑，不改變運行特性且不受粉塵干擾的啟動設備。其一次啟動電流限制在 3.0- 4.0Ie 之間，適合于 11-600kW 的高低壓繞線型電動機。該啟動器是利用頻敏變 阻器的原理，利用貼磁性材料的頻感特性研制而成，安裝在電動機轉軸原來裝 集電環的位置，與轉子同步旋轉，省去了電動機的輔助啟動裝置。4.3電動機的調速節能4.3.1變頻調速 變頻調速結構簡單，穩定可靠，調速精度高，啟動轉矩大，調速范圍廣， 節能顯著。變頻調速確實穩定可靠，節能顯著，建議對直流調速、電磁滑差調 速的設備進行變頻調速改造。4.3.2繞線式電動機液體調速 對

34、于一些調速精度要求不高，調速范圍要求不寬，并且不頻繁調速的繞線 式電動機，如風機、水泵等設備的大中型繞線式異步電動機采用液體調速效果 顯著。與變頻調速、可控硅串級讕速相比，該方式更經濟、可靠、實用，維護 簡單，雖調速時效率稍低，但功率因數高，且全速時效率高于變頻調速，價格 僅為變頻調速的幾分之一。該設備采用強制冷卻的方法由循環水裝置來降低在 調速過程中液體電阻因通電發熱所升高的溫度，有效地解決了以前熱容量不夠 容易引起開鍋的現象。1臺460kW噴槍泵上使用己有2年，投入前一次運行電 流平均為42A,投入后平均電流降低為 36A。運行功率由340kW降為286kW節 電達16%廣東肇慶小湘水泥有

35、限公司一分廠制成 355kW排風機電動機使用了 1 臺YQT-SDCI型液體調速器，投入前一次運行電流平均為36A,投人后平均電流為26A,節電率達28%因此水泥企業的窯尾排風機高壓繞線電動機最適宜液體 調速改造。4.4電動機的功率因數補償4.4.1原理及補償類型籠型電動機通常采用并聯電容器就地補償的方法。在35臺37kW以上的籠型低壓電動機上進行了并聯電容器補償，每年節電17萬kWh繞線式電動機可采用進相機補償的方式。進相機補償分旋轉式和靜止式 2 種，由于旋轉式進相 機結構上的缺陷，目前逐步被靜止式進相機所代替。在原料磨1000kW電動機上采用了靜止式進相機補償，電動機溫升下降了l6 攝氏

36、度，功率因數升為0.98，一次電流降低 16%，每年節約電費 9.6 萬元。4.4.2應注意的問題 經常停機的電動機，年利用率很低的電動機，多速電動機，經常反復開停、點動或堵轉的電動機和雙向轉動或反接制動的電動機，不宜進行就地補4.5實際應用舉例計算4.5.1煤氣循環水泵與豎爐熱水泵節能的分析(1)煤氣生產過程中，需要循環水對煤氣進行洗滌冷卻。循環水泵是煤氣生 產工藝中的重要設備，循環水泵不能調速，利用出口閥門來控制水流量和管網 壓力，由于循環水泵的選擇是按最大負荷情況來選型，而在實際運行中循環水 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泵出、入口聯絡管 上的調節閥來進行調節，從而

37、造成電動機運行效率較低，造成電能浪費，為降 低生產成本，因此對煤氣循環水泵進行變頻調速節能改造，以解決能源浪費問 題。循環泵運行電流約為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。上變頻器后循環泵運行電流為 57A，頻率38HZ即變頻器效率為96%負荷率41%，則平均運行負荷 55x41%=22.5 kW；年經濟效益為循環泵年節電量 :(39-22.5) x 24x330=130680 (kWh)平均電費是0.5元/kWh,即循環泵一年可以節省 0.5x130080=65340元。(2)豎爐的熱水循環水泵也是不能調速

38、，而是利用出口閥門來控制水流量和 管網壓力，由于循環水泵的選擇是按最大負荷情況來選型，而在實際運行中循 環水泵留有較大的余量，循環水的流量與壓力是通過循環泵出、入口聯絡管上 的調節閥來進行調節，從而造成電動機運行效率較低，造成電能浪費，為降低 生產成本。對熱水循環泵進行了變頻改造。一期熱水循環泵是3備兩用，額定電流35.9A,額定功率18.5kW,額定cos為 0.97,運行電流約為 28A。則 P=1.732x28x0.38x0.97=17.9kW。上變頻后熱水循環泵運行電流為15A，頻率30Hz,變頻器效率為90%負荷率為 n , n =入(nl/n2) 2/0.96=1.15x0.6x2

39、/0.96=43%。則平均運行負荷為 :18.5kWx43%=8kW年經濟效益為循環泵年節電量 :(17.9-8)x24x330=18408 (kWh)平均電費是0.5元/kWh,即循環泵一年可以節省0.5x78408=39204元。一期 2 臺水泵節省 78408元。二期熱水泵額定電流:70.5A,額定功率37kW額定cos 為0.80，運行電流 約為 52A。則 P=1.732x52x0.38x0.8=27kW上變頻后熱水循環泵運行電流為30A, 頻率 38Hz 即 76%，變頻器效率為96% 負荷率為 n , n =入(nl/n2) 2/0.96=1.15x(0.76)2/0.96=70

40、%。則平均運行負荷為 :18.5kWx70%=12.8kW年經濟效益為循環泵年節電量 :(27-12.8)x24x330=112464 kWh平均電費是0.5元/kWh,即循環泵一年可以節省 0.5x112464=56323元。- 期2臺水泵節省 112464元。低妁調速第5章變頻調速節能分析與研究5.1異步電動機常用調速技術交流異步電動機的輸出轉速由公式n=60f（1-S）/p 確定，式中：n-電動機的輸出轉速；f-輸入的電源頻率；S-電動機的轉差率； p-電機的極對數。由公式可知，電動機的輸出轉速與輸入的電源頻率、轉差率、電動機的極 對數有關系，因而交流電動機的直接調速方式主要有變極調速（

41、調整p）、轉子串電阻調速（調整s）和變頻調速（調整f）等；如下圖5-1所示：5.2異步電動機常用調速方式性能比較圖5-1異步電動機常用調速技術機械洞速電氣調速表5-1異步電動機常用調速方式性能比較、調速方式性能液力耦合器串級調速變極調速變頻調速功率因素低低一般高對電網干擾無較大無稍有調速范圍一般窄100、 50、 00100%對電機要求無繞線電機極數可變無維護保養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5.3低壓、高壓變頻調速簡解異步電動機調速控制時希望主磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用 系數低，同樣的轉子電流，電磁轉矩小，負載能力小；磁通能力太強

42、，勵磁電 流大，在同樣的定子電流時，電流的有功分最將降低，為使電機不過熱，負載 能力將下降。異步電動機的調速方式有在基頻以下的恒磁通變頻器調速恒轉 矩調速方式），有在基頻以上的弱磁變頻調速（恒功率調速方式）。在選型時應慎 重，一般說恒轉矩調速比恒功率調速好。高壓變頻調速：隨著功率器件和控制技術的改進，高效節能變頻調速得到越 來越廣泛的應用。5.3.1高壓變頻調速分類變頻調速器從電網接收工頻50Hz的交流電，經過恰當的強制變換方法，將 輸入的工頻交流電變換成為頻率和幅值都可凋節的交流電輸出到交流電動機， 實現交流電動機的變速運行。異步電動機調速控制時希望上磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用

43、系數低，同樣的轉子電流，電磁轉距小，負載能力小；磁通能力太強，勵磁電 流大，在同樣的定子電流時，電流的有功分最將降低，為使電機不過熱，負載 能力將下降。將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節的交流電輸出。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

44、小同的功 率器件和不同的電路結構，以適應齊種拖動設備的要求，因而在各項性能指標 和適用范圍上各有差異。根據有無直流環節而將變頻器分為兩大類 : 交一交變頻器，交直交變頻 器。交直交又分為 : 直流環節采用大電感以平抑電流脈動叫電流源型，采用 大電容叫電壓源型。電流源型變頻器又可以分(1)負載換向式 ( 晶閘管 LCT)采用自關斷器件(GTO或SGCT)電壓源型變頻器又可以分(1)功率器件串聯二電平直接高壓變頻錯(2)采用IGCT或HV-IGBT的三電平變頻器(3)采用LV-IGBTR的單元串聯多電平變頻器5.4 經濟效益分析 異步電機在不同工況下變速運行能大大節約能耗，降低運行費用。對三臺30

45、0MW運行機組凝結水泵用變頻、不用變頻用電情況進行過比較： 凝結水泵電機型號 YKKL-500-4, 900kW, 6kV, 105A 1489r/min,水泵型號：NLT350-400X6流量870n3/h全壓280 mH2O葉輪直徑392mm#1機 #2 機 #3 機發電機送出功率 222MW228 MW 192 MW,凝結水泵出水量 580 噸583噸 608噸， 凝結水泵電機電流 32.9A36A87A#1、 #2 機凝結水泵采用變頻裝置， #3 機未采用，三臺發電機送出功率基木 相同，三臺泵的流景基木相同，但電流卻相差一倍多、消耗的功率同樣相差一 倍多，可見異步電動機采用變頻裝置節電

46、效果是十分顯著的。據折算一臺滿足 上述容量的中壓變頻裝置總投資約 120萬，一年半至二年時即可收回投資。此外，調速除丁節能還能減少設備的維護費用。未改前電機起動是全速起 動，啟動電流是額定電流的 57 倍，交流電機的直接起動 （ 尤其是高壓電機 ） 會 產生巨大的電流沖擊和轉矩沖擊，在很短的起動過程中，轉子籠型繞組及阻尼 繞組將承受很高的熱應力和機械應力，致使籠條的端環斷裂。直接起動時的大 電流還會在定子繞組的端部產生很人的電磁力，使繞組端部撓動和變形，造成 定子繞組絕緣的機械損傷和磨損，從而導致定子繞組絕緣擊穿。直接起動時的 大電流還會引起鐵芯振動，使鐵芯松馳，引起電機發熱增加，電纜、開關同時 受到大電流沖擊。改后電動機實現了軟起動，可提供高的起動轉矩并能做到平 滑無沖擊；同時，采用調速驅動，