電機節(jié)能技術(shù)論文

1、電機節(jié)能控制技術(shù)摘要：隨著應用的時間推移更新淘汰低效電動機及高耗電設(shè)備；節(jié)能電動機概念和技術(shù)，合理匹配電動機系統(tǒng)，提高電動機效率；以先進的電力電子技術(shù)傳動方式改造傳統(tǒng)的機械方式，實現(xiàn)被拖動裝置控制和設(shè)備制造；推廣軟啟動裝置、無功補償裝置、計算機自動控制系統(tǒng)技術(shù)、優(yōu)化電動機系統(tǒng)的運行和控制。關(guān)鍵字：電機節(jié)能控制 節(jié)能 電動機1.感應電動機的輕載調(diào)壓節(jié)能1.1調(diào)壓節(jié)能原理及條件大部分異步電動機運行點并不在額定工況，有些負載是變動的，運行點常偏離額定點，有些由于選擇電機容量偏大，長期運行于輕負荷工況。當負載小于額定值三分之一時,即俗稱大馬拉小車”，這時電機的效率和功率因數(shù)都很低而一般系列異步電機都是

2、根據(jù)滿載或四分之三負載的效率值作為設(shè)計的依據(jù)并沒有顧及輕載點，因而輕載節(jié)能問題近年來為廣大電機技術(shù)工作者所重視將對機床等負載的節(jié)電，提供了條件。調(diào)壓節(jié)能的基本原理是利用電機輕載時效率很低這一點，降低輸入電機端的電壓運行，來提高電機效率。電壓降低后，氣隙主磁通大體上成正比下降，電機定子電流中的勵磁分量電流a也隨著下降，由于飽和程度的下降。1.2相控電動機節(jié)電器由于電動機在輕載或空載運行時，電動機電流主要是勵磁電流，這時功率因數(shù)比額定負載時低。相控電動機節(jié)電器就是通過測量負載的功率因數(shù)，在電動機輕載時通過降低電壓，減少勵磁電流，從而達到節(jié)能的目的。根據(jù)三相電動機功率公式 ，要降低功率消耗可以通過減

3、少電動機的U和來實現(xiàn)。實際上由于電度表安裝在節(jié)電器的前端，因此測量的電壓實際上并沒有變化，因此要減少功率消耗，電動機電流和功率因數(shù)的乘積一定要下降，才能節(jié)電。由于在降低電壓，減少勵磁電流的同時，功率因數(shù)會上升，因此，電流降低的程度一定要大干功率因數(shù)上升的幅度，才能實現(xiàn)節(jié)能。從相控電動機節(jié)電器的原理來說，節(jié)電主要是降低電動機在低負載時的空載損耗，因此，空載損耗所占比例的大小就直接影響節(jié)電率的高低。因此（1）電動機效率越低，電動機的損耗就越大，則電動機的節(jié)電空間越大。（2）電動機功率與效率的關(guān)系 以Y系列電動機為例。電動機越小，效率越低，電動機越大，效率越高。同樣功率的電動機轉(zhuǎn)速越低，效率越低，轉(zhuǎn)

4、速越高，效率越高。由于電壓降低，電動機魚載不變，轉(zhuǎn)差率增大，電動機輸出功率也會有所減少，因此在實際測量過程中，節(jié)約的有功會比理論計算的要偏大。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，若電動機的轉(zhuǎn)矩不變，則轉(zhuǎn)差率近似地與電壓的平方成正比。在采取降壓節(jié)電時，只要轉(zhuǎn)差率不超過電動機的臨界轉(zhuǎn)差率，將不會對電動機運行產(chǎn)生影響。2. 大型電動機的起動與電力系統(tǒng)穩(wěn)定2.1大型電動機起動方式作為電動機起動問題的研究，在過去多數(shù)著眼于電動機的保護，與此不同的是，如今大型電動機從本體設(shè)計與制造而言，大多是允許全電壓直接起動的， 因此對大型電動機起動的研究著眼點放在電機起動對電力系統(tǒng)的影響方面。目前還有些行業(yè)因特殊原因必

5、須采用全壓直接起動，這種情況一般都會配置非常大的電力供電系統(tǒng)或者是高阻抗的變壓器電機機組。2.2 熱變電阻降壓起動方式熱變電阻軟起動器是一種新型的高壓大功率電動機軟起動裝置。其主要技術(shù)特性是：電阻器是由具有負溫度系數(shù)的電阻材料制成。電阻器串于電機定子回路，當電機起動，電阻體通過起動電流時，電阻體溫度升高而阻值隨之減小，從而使電動機端電壓逐步升高，起動轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實現(xiàn)電機的平穩(wěn)起動。起動電阻值，可以根據(jù)電動機參數(shù)和負載要求的起動轉(zhuǎn)矩，能方便地配制到最佳的起動參數(shù)。即在較小的起動電流下，獲得足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。2.2.1采用高壓熱變電阻器降壓起動的電動機有以下顯著的起動特性：（1）恒電流軟起動特

6、性：在電機起動過程中，電流基本保持不變，數(shù)值在2.5Ie以下，且有顯著的軟起動特性。（2）起動過程中系統(tǒng)功率因數(shù)高且接近恒定：一般采用熱變電阻降壓起動的電動機系統(tǒng)功率因數(shù)都在0.8以上，且整個起動過程接近于恒定不變的。（3）母線壓降低：由于上述1、2特性，使電機起動對電力系統(tǒng)的影響降到最低，母線壓降在5%左右。2.3高壓變頻軟起動裝置在石化、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域的大型電動機或抽水蓄能的大型電動發(fā)電機常采用變壓變頻軟起動方式。高壓變頻軟起動方式主要還是針對風機、壓縮機及泵類設(shè)備的電動機起動而研制的，起動過程中這些機械阻力矩較低，或者可以通過調(diào)節(jié)風門、閥門來改變降低起動阻力矩，從而可以降低對電機起

7、動力矩的要求，一般情況下，要求電機起動力矩為額定的50%左右就足夠了。高壓變頻軟起動裝置實際上是一個直接轉(zhuǎn)矩控制的交直交電流型VVVF變頻器。 當輸出頻率從0Hz（同步起動）或5 Hz（異步起動）逐步升高到50 Hz，電機轉(zhuǎn)速從0轉(zhuǎn)速逐步升高到額定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電動機的軟起動。一般情況，起動電流控制在額定電流的50%以內(nèi)。3. 感應電動機的變頻軟起動技術(shù)3.1同步電動機軟起動原理下面以西門子公司高壓變頻軟起動為例介紹. 控制系統(tǒng)采用SIMADYN D計算機控制系統(tǒng)。SIMADYN D是西門子變頻器的核心技術(shù)。同步電動機軟起動原理是采用交一直一交變頻技術(shù)。變頻設(shè)備為電流型，即在直流環(huán)節(jié)有一個較大電感

8、的直流電抗器，既有濾波功能又能當逆變側(cè)發(fā)生短路故障時， 由于電抗器的存在，電流不會發(fā)生突變，而電流調(diào)節(jié)器會迅速響應，使整流電路的晶閘管觸發(fā)角后移， 電流將被限制在安全范圍內(nèi)。由于電源采用三相橋式整流電路，逆變器輸出電流的諧波成份很大，會引起電機額外的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩的脈動。另外變頻裝置還會產(chǎn)生較大的共模電壓，進而影響電機的絕緣。為解決上面問題，該系統(tǒng)采用l 2脈沖整流技術(shù)。在軟起動過程中，還采用了直流脈動技術(shù)。同步電動機的轉(zhuǎn)子中由于外加勵磁電流，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時電機定子中將產(chǎn)生感應電勢， 當這個電勢反向作用于逆變側(cè)的晶閘管時，晶閘管會關(guān)斷，利用這個電勢就可實現(xiàn)逆變晶閘管的自然換相。但是在當電機轉(zhuǎn)速很低時

9、(例如5ne以下)，電機的定子電勢很低，不能使晶閘管關(guān)斷實現(xiàn)自然換相。為了解決這個問題，采用了直流脈動技術(shù)。也就是說電動機啟動初期，電機轉(zhuǎn)速低于5n e期間，當逆變器的晶閘管需要換相時，設(shè)法使逆變器的電流降低到零，使逆變器的晶閘管暫時全部關(guān)斷，然后將根據(jù)觸發(fā)的順序給應導通的晶閘管加上脈沖。恢復直流電流時， 電流將按觸發(fā)的順序流經(jīng)新導通的晶閘管，從而實現(xiàn)從一相到另一相的換相。由于逆變器晶閘管順序?qū)ǎ?直流電流順序地流過電動機定子的相應繞組，并產(chǎn)生合成磁場，這樣繞組電流不斷的變化必將在電機中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度由逆變器的觸發(fā)周期確定， 當電機轉(zhuǎn)速達到5n e以上時，

10、電機定子產(chǎn)生的電勢足夠大時， 逆變器的晶閘管采用自然換相，這樣電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩將使電機繼續(xù)不斷地提高轉(zhuǎn)速，一直到9 5n e時，電機將并網(wǎng)拉人同步(符合并網(wǎng)條件時)。變頻器退出系統(tǒng)，從而實現(xiàn)同步電機的軟啟動。32變頻器及其功率部分組成主要包括：(1) 進線側(cè)的整流器和電機側(cè)的逆變器，使用的都是全控三相橋；(2) 變頻器的整流側(cè)與逆變側(cè)都無熔斷器；(3) 晶閘管用光纖間接觸發(fā)，每個晶閘管都有反饋信號；(4) 逆變器側(cè)裝有LEM 的電子互感器(在各頻率范圍內(nèi)都有高精度的直流電流互感器)；(5) 直流環(huán)節(jié)的電抗器具有足夠大的電感量，用以降低電流的紋波和限制電流變化率；(6) 在變頻器的進線和出

11、線端都裝有過電壓限制器；(7) 啟動變頻變壓器，為與電網(wǎng)電壓和電機電壓有一個優(yōu)化的匹配，需在變頻器的輸入與輸出端配置變頻變壓器，其中：降壓變壓器(進線側(cè))，樹脂澆注干式三繞組變壓器， 10.OkV229kV，50Hz，U l35：升壓變壓器(電機側(cè))，樹脂澆注干式三繞組變壓器， 2 x 29kV100kV，50Hz，Uk=85。系統(tǒng)的控制器使用的SIMADYN D控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個全數(shù)字化可自由配置帶多微機系統(tǒng)，專門用于系統(tǒng)的計算和快速的開閉環(huán)控制。5高效電動機節(jié)能原理和技術(shù)措施5.1降低發(fā)熱損耗：（1）優(yōu)化電機內(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

12、鐵芯材料；（4）有效增大銅面積。5.2降低雜散損耗：（1）合理設(shè)計齒槽關(guān)系和氣隙；（2）可靠的制造工藝減少磁場琦變。5.3降低風磨損耗：降低風磨損耗合理的軸承結(jié)構(gòu)和滑設(shè)計；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）提高冷卻與熱的交換效率；（4）提高冷卻風扇的效率。電動機節(jié)能的原理是通過對電動機的電、磁、機械和通風的優(yōu)化，優(yōu)質(zhì)材料及先進制造工藝的使用，并結(jié)合先進全面的試驗及測試手段，切實有效地降低電動機的各方面損耗。6.電動機的節(jié)能措施6.1開關(guān)磁阻調(diào)速電機系統(tǒng)SRD特點：效率高，節(jié)能效果好。在所有的調(diào)速和功率范圍內(nèi)，SRD整體效率比交流異步電動機變頻

13、調(diào)速系統(tǒng)（簡稱變頻調(diào)速）至少高3%以上，在低速工作的狀態(tài)下其效率能夠提高10%以上。與直流調(diào)速、串級調(diào)速、電磁調(diào)速等系統(tǒng)相比，SRD節(jié)電效果更明顯。 起動轉(zhuǎn)矩大，特別適合于那些需要重載起動和負載變化明顯并且頻繁的場合。SRD控制器從電源側(cè)吸收較少的電流，在電機側(cè)可得到較大的起動轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩達額定轉(zhuǎn)矩的150%時、起動電流僅為額定電流的30%，比之交流電動機的300%電流獲得100%的轉(zhuǎn)矩的性能，優(yōu)勢非常明顯。 調(diào)速范圍廣。SRD電機可以在低速下長期運行。由于效率高，在低速下的溫升程度比額定工況時還要低，解決了變頻調(diào)速低速運行下電機發(fā)熱問題。此外，SRD電機最高轉(zhuǎn)速不會像交流電動機那樣受極數(shù)的

14、限制，可以根據(jù)實際需要靈活地設(shè)定最高轉(zhuǎn)速?？深l繁正、反轉(zhuǎn)，頻繁起動、停止，系統(tǒng)調(diào)控性能好，四象限控制靈活，因此，非常適合于龍門刨床、可逆軋機、油田抽油機、螺旋壓力機等應用場合。制動性能好，能實現(xiàn)再生制動，節(jié)約電能效果顯著。（1）新購電動機，應首先考慮選用高效節(jié)能電動機，然后再按需考慮其他性能指標，以便節(jié)能電能。（2）提高電動機本身的效率，如將電動機自冷風扇?？稍谪摵珊苄』驊敉怆妱訖C在冬季時停用冷風扇，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，按負荷大小轉(zhuǎn)換星形接法或三角形接法，有利于改善繞組產(chǎn)生的磁動勢波形及降低繞組工作電流，達到高效節(jié)能的目的。（4）采油其他連續(xù)調(diào)速運行方

15、式，如使用調(diào)速器、變極電動機、電磁耦合調(diào)速器、變頻調(diào)速裝置等。（5）更換“大馬拉小車”電動機，電動機“大馬拉小車”除了浪費電能外，極易造成設(shè)備損壞。另外，合理調(diào)整電動機配套使用，可使電動機運行在高效率工作區(qū)，達到節(jié)能的目的。（6）合理安裝并聯(lián)低壓電容器進行無功補償，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機的導線截面應滿足再流量，且導線應盡量縮短，減小導線電阻，降低損耗。（8）缺相與過負載時仍可工作。出現(xiàn)電源缺相、電機或控制器任一相出現(xiàn)故障時，SR電動機輸出功率減小，但仍然可以運行。當系統(tǒng)超過額定負載120%以上時，轉(zhuǎn)速只會下降，而不會燒毀電機和控制器。 以上措施可以分別采用，也可以多項采用。總之，對電動機采取一些必要的技術(shù)節(jié)能措施，有利于電網(wǎng)的承荷能力，也有利于用戶節(jié)省電費。電動機在將電能轉(zhuǎn)換為機械能的時候，本身也消耗一部分能量。這些損耗一般可分為繞組損耗、鐵芯損耗、風摩損耗和負載雜散損耗。 電動機的效率是有效輸出功率與輸入功率之比。有效輸出功率是輸入功率與電動機本身功耗之差。有效地減少自身功耗可以達到提高電動機效率的目的。高效電動機（YX、YX 等系列）通常指高效率三相異步電動機。效率水平能達到或超過電動機能效國家標準（GB18613-2002）所規(guī)定的節(jié)能評價值的電動機。電動機能效國家標準是“中小型三相異步電動機能效限定值及