電力需求側(cè)管理(DSM)

電力需求側(cè)管理（DSM）目錄TOC\o"1-3"\h\z第一章概論 1第一節(jié)綜合資源規(guī)劃基本思路 1第二節(jié)電力需求側(cè)（方）管理概述 1一、電力需求側(cè)（方）管理基本概念 1二、運(yùn)營特點(diǎn) 1第三節(jié)供應(yīng)方資源與需求方資源 2一、供應(yīng)方的資源 2二、需求方資源 2第四節(jié)效益分析 2第五節(jié)實(shí)施環(huán)境 3一、政府的作用 3二、電力公司的作用 3三、能源服務(wù)公司類中介機(jī)構(gòu)的作用 4四、電力用戶的作用 4第二章管理的技術(shù)手段 6第一節(jié)改變用戶的用電方式 6一、電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性 6二、負(fù)荷整形技術(shù) 8第二節(jié)提高終端用電效率的一般途徑 13第三章照明節(jié)電 15一、電光源的種類與特性 15二、電光源的技術(shù)特性參數(shù) 18三、電子鎮(zhèn)流器 21四、高效照明電光源的節(jié)電量 21第四章電力拖動(dòng)簡(jiǎn)介 25一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)的分類 25二、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 28第五章電力拖動(dòng)的調(diào)速技術(shù) 34一、電力拖動(dòng)的節(jié)電途徑 34二、調(diào)速方式的類別 34三、調(diào)速方式的技術(shù)特性 35第六章風(fēng)機(jī)和泵類節(jié)電技術(shù) 43一、工作機(jī)械的負(fù)載特性 43二、風(fēng)機(jī)和泵類拖動(dòng)調(diào)速的節(jié)電效果 43三、單位千瓦節(jié)電量 45第七章蓄冷空調(diào)節(jié)電技術(shù) 47一、空氣調(diào)節(jié)的工作原理 47二、蓄冷系統(tǒng)的類別 49三、蓄冷系統(tǒng)的工作循環(huán) 52四、蓄冷系統(tǒng)的工作模式 56五、蓄冷空調(diào)的實(shí)踐分析 58電力需求側(cè)管理（DSM）第一章概論第一節(jié)綜合資源規(guī)劃基本思路電力需求側(cè)管理來自綜合資源規(guī)劃的基本思路，是電力資源規(guī)劃的主要內(nèi)容。綜合資源規(guī)劃是將供應(yīng)方和需求方各種形式的資源作為一個(gè)整體進(jìn)行的資源規(guī)劃。概括地說，它的基本思路是：除供應(yīng)方資源外，還把需求方提高資源使用效率減少消耗視為一種資源同時(shí)參加規(guī)劃。旨在通過需方管理更合理配置和有效地利用能源資源、控制環(huán)境質(zhì)量，減少投資和成本，形成對(duì)社會(huì)和供、需各方都有利的情況。所以綜合資源管理建立了以提高需求方終端利用效率所節(jié)約的資源同樣可以作為供應(yīng)方最合適的替代資源這樣一個(gè)新概念，對(duì)資源配置及管理產(chǎn)生了變革性的影響。資源觀點(diǎn)、效益觀點(diǎn)、實(shí)施觀點(diǎn)是綜合資源規(guī)劃的基本觀點(diǎn)。第二節(jié)電力需求側(cè)（方）管理概述一、電力需求側(cè)（方）管理基本概念電力需求側(cè)管理（DemandSideManagement）簡(jiǎn)稱DSM,它是綜合資源規(guī)劃方法在電力資源規(guī)劃上的運(yùn)用。即除電力供應(yīng)方資源外，還把需求方提高用電效率減少的電量消耗和改變用電方式降低的電力需求視為一種資源同時(shí)參與電力規(guī)劃。因此它和綜合資源規(guī)劃方法一樣具有下列基本觀點(diǎn)：（1）改變了傳統(tǒng)的資源觀念，把節(jié)電作為資源與供電資源置于同等地位參與規(guī)劃，目的是最經(jīng)濟(jì)、有效地利用電力資源。（2）改變了傳統(tǒng)的規(guī)劃模式，把綜合經(jīng)濟(jì)效益置于突出地位，以成本效益為準(zhǔn)則，以社會(huì)效益為主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，注意協(xié)調(diào)供、需雙方的貢獻(xiàn)和利益，達(dá)到改善社會(huì)整體環(huán)境為目的。（3）把終端節(jié)電的實(shí)施作為一個(gè)重要的規(guī)劃領(lǐng)域。把節(jié)電的落腳點(diǎn)放置在終端的具體用能技術(shù)設(shè)備上，關(guān)注的是實(shí)實(shí)在在的節(jié)能節(jié)電活動(dòng)，防止以往規(guī)劃與實(shí)施脫節(jié)的傾向。二、運(yùn)營特點(diǎn)需求方管理與電力部門傳統(tǒng)的用電管理相比本質(zhì)上不是一碼事，而是管理方式的一種演進(jìn)和變革。（1）需求側(cè)管理非常強(qiáng)調(diào)在提高用電效率的基礎(chǔ)上取得直接的經(jīng)濟(jì)效益。需求方管理是一種運(yùn)營活動(dòng)，它既求效率，更追求效益。任何一項(xiàng)節(jié)電措施，都要給社會(huì)、電力公司和用戶帶來經(jīng)濟(jì)效益，使電力公司和用戶都有利可圖。電力公司在運(yùn)營過程中，在獲得允許的節(jié)電收益前提下，要采取以鼓勵(lì)為主的市場(chǎng)手段推動(dòng)用戶主動(dòng)節(jié)能節(jié)電。（2）需求側(cè)管理也非常強(qiáng)調(diào)建立電力公司與用戶之間的伙伴關(guān)系。改變過去用電戶對(duì)電能使用無選擇余地的求助地位。電力公司要調(diào)動(dòng)用戶節(jié)電的主動(dòng)性。需求側(cè)管理要求電力公司和用戶間建立起融洽的合作感情，為供電和用電效益上共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，共同爭(zhēng)得利益。（3）需求側(cè)管理還非常強(qiáng)調(diào)基于用戶利益基礎(chǔ)上的能源服務(wù)。電力公司必須樹立優(yōu)質(zhì)能源服務(wù)觀點(diǎn)，摒棄不顧用戶承受能力和經(jīng)濟(jì)利益強(qiáng)行限電等做法去減少用電需求。更多的是鼓勵(lì)采用科學(xué)的管理方法和先進(jìn)的技術(shù)手段，促使用戶主動(dòng)改變消費(fèi)行為和用電方式，提高用電效率和減少電力需求，做到既提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，又節(jié)省了用戶的電費(fèi)支出。第三節(jié)供應(yīng)方資源與需求方資源為便于規(guī)劃和運(yùn)營管理，必須劃清雙方的資源。供需雙方資源的界定和劃分，是以用戶計(jì)費(fèi)電能表為界限。計(jì)費(fèi)電表以上為供應(yīng)方，以下為需求方。一、供應(yīng)方的資源（1）各種類型的電廠；（2）外購電；（3）電力系統(tǒng)節(jié)省的電力和電量。二、需求方資源需求方資源指的是用戶潛在的節(jié)電資源，大體上包括：（1）提高照明、空調(diào)、電動(dòng)機(jī)、電熱、冷藏、電化學(xué)等設(shè)備用電效率所節(jié)約的電力和電量；（2）蓄冷、蓄熱、蓄電等改變用電方式所節(jié)約的電力；（3）能源替代、余能回收減少和節(jié)約的電力和電量；（4）合同約定可中斷負(fù)荷所節(jié)約的電力和電量；（5）建筑物保溫等完善用電環(huán)境條件所節(jié)約的電力和電量；（6）用戶改變消費(fèi)行為減少用電所節(jié)約的電力和電量；（7）自備電廠參與調(diào)度后減供的電力和電量。第四節(jié)效益分析由需求方管理采取的節(jié)電措施，只有在社會(huì)、電力公司、用戶等各方收益大于成本時(shí)，才能被接受。所以為獲得最好的綜合經(jīng)濟(jì)效益和群體效益，各方均會(huì)進(jìn)行成本效益分析來評(píng)價(jià)。對(duì)需求方管理效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)和我們的試點(diǎn)研究，主要有：（1）可避免電量。指由于節(jié)電使電力系統(tǒng)避免的新增電量。（2）可避免峰荷容量。指由于節(jié)電使電力系統(tǒng)避免的新增裝機(jī)容量。（3）可避免電量成本。指由于節(jié)電使電力系統(tǒng)避免的新增電量成本。（4）可避免峰荷容量成本。指由于節(jié)電使電力系統(tǒng)避免的新增裝機(jī)容量的成本。（5）單位節(jié)電成本。指節(jié)電項(xiàng)目在壽期內(nèi)節(jié)約單位電量的支出費(fèi)用。（6）節(jié)電峰荷容量成本。指節(jié)電項(xiàng)目在電廠壽期內(nèi)的支出費(fèi)用與可避免峰荷容量之比。（7）年純收益。指實(shí)施節(jié)電項(xiàng)目的收益與成本之差，系節(jié)電項(xiàng)目能否獲利的指標(biāo)。（8）投資回收期。是節(jié)電項(xiàng)目以各年獲利償還原始投資所需要的年數(shù)。第五節(jié)實(shí)施環(huán)境電力需求方管理的開展，必須發(fā)揮政府、電力公司、用戶和中介服務(wù)部門各方的作用。一、政府的作用開展電力需求方管理需要法制和政府的支撐，它是一個(gè)社會(huì)行為，只有在宏觀調(diào)控指導(dǎo)下充分發(fā)揮市場(chǎng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)作用，才能爭(zhēng)得最佳經(jīng)濟(jì)效益。這就需要政府發(fā)揮主導(dǎo)作用，在法制和政府等方面采取強(qiáng)有力手段。政府要將實(shí)施需求方管理納入法制軌道并建立相應(yīng)的體制保障。在節(jié)電領(lǐng)域?qū)嵭幸怨膭?lì)性為主的政策，在財(cái)政、貨款、稅收、價(jià)格等方面制定鼓勵(lì)性條款。對(duì)各方在節(jié)電效益的分配上進(jìn)行協(xié)調(diào)和在實(shí)施中進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)。二、電力公司的作用電力公司是電力需求方管理的主體，要與電源開發(fā)和供電一樣把節(jié)電納入日常運(yùn)營活動(dòng)。（1）體制上要明確地把節(jié)電列入電力公司的職能范圍。電力公司要突破只管建廠供電的傳統(tǒng)職能領(lǐng)域，它一方面要實(shí)施電源開發(fā)規(guī)劃，投資于開發(fā)銷售電力；另一方面要實(shí)施需求方管理計(jì)劃，投資于節(jié)電銷售效率。因?yàn)殡娏緦男枨蠓焦芾碇械玫窖泳復(fù)顿Y和減少建設(shè)高成本電廠容量的得益。（2）法制規(guī)定應(yīng)鼓勵(lì)電力公司主動(dòng)承擔(dān)實(shí)施需求方管理計(jì)劃。凡是電力公司投資于終端節(jié)電，應(yīng)與供電一樣以同等利潤計(jì)入電費(fèi)。作為對(duì)電力公司的鼓勵(lì)措施，實(shí)施需求方管理的投資回報(bào)率應(yīng)允許略高于投資電源開發(fā)的回報(bào)率。這不會(huì)使電價(jià)提高，因節(jié)電成本遠(yuǎn)低于新增供電成本。（3）政策上要允許電力公司以財(cái)政激勵(lì)手段推動(dòng)需求方管理歸劃的實(shí)施。財(cái)政激勵(lì)是需求方管理對(duì)用戶節(jié)電響應(yīng)能力最主要的手段。財(cái)政激勵(lì)手段主要按制訂:1）制訂多種可供選擇的電價(jià)。如峰谷電價(jià)、容量電價(jià)、季節(jié)性電價(jià)、可中斷負(fù)荷電價(jià)等等；2）采用節(jié)電技術(shù)設(shè)備的折讓銷售、節(jié)電設(shè)備的免費(fèi)安裝、節(jié)電設(shè)備租賃、節(jié)電招標(biāo)等；3）提供低息無息節(jié)電貸款、節(jié)電效益還貸、節(jié)電特別獎(jiǎng)勵(lì)等手段。這部分激勵(lì)資金通過供電電價(jià)給予回收，實(shí)質(zhì)上是以節(jié)電收益推動(dòng)節(jié)電，可理解為電力公司用這筆激勵(lì)資金在“負(fù)瓦”市場(chǎng)上向用戶購電。這筆花費(fèi)只要低于新增電量成本即可獲利。4）在電源開發(fā)的審批制度中把需求方管理計(jì)劃納入法定的審批程序。把電源開發(fā)和電力節(jié)約視為一個(gè)整體納入審批程序，把需方管理計(jì)劃列入其中的審批內(nèi)容并參加電力電量平衡，使開發(fā)與節(jié)約緊密聯(lián)系在一起，統(tǒng)一籌劃，同步實(shí)施，把節(jié)約落在實(shí)處。三、能源服務(wù)公司類中介機(jī)構(gòu)的作用能源服務(wù)公司一類的中介機(jī)構(gòu)，可向用戶提供有關(guān)需求方管理內(nèi)容的各種形式的中介服務(wù)，協(xié)助政府和配合電力公司實(shí)施需求方管理計(jì)劃。各種服務(wù)包括能源審計(jì)、節(jié)能診斷、籌集節(jié)能投資、節(jié)能設(shè)計(jì)、安裝和操作培訓(xùn)到獲得節(jié)能節(jié)電收益的一條龍服務(wù)。四、電力用戶的作用用電是終端節(jié)能節(jié)電的主體，只有用戶的積極參與才能提高終端用電效率節(jié)約能源，移峰填谷減少發(fā)電裝機(jī)容量。由此不但減少了包括發(fā)電和輸配電在內(nèi)的電力建設(shè)投資，降低了供電成本，而且還減少了與其相關(guān)的燃料開采、運(yùn)輸投資以及環(huán)?？刂瀑M(fèi)用。所以用戶是節(jié)能節(jié)電整體增益的貢獻(xiàn)者。因此要根據(jù)政府的決策和電力公司的經(jīng)營策略來調(diào)動(dòng)用戶節(jié)電的積極性、主動(dòng)性，使其也能從中得益。圖1-1是綜合資源規(guī)劃與需求方管理的職能和服務(wù)對(duì)象簡(jiǎn)圖。

第二章管理的技術(shù)手段電力需求方管理的目標(biāo)，主要集中在用戶電力和電量的節(jié)約上。（1）通過負(fù)荷管理技術(shù)改變用戶的用電方式，降低電網(wǎng)的最大負(fù)荷，取得節(jié)約電力、減少電力系統(tǒng)裝機(jī)容量的效益。（2）通過用戶采用先進(jìn)技術(shù)和高效設(shè)備提高終端用電效率，減少電量消耗，取得節(jié)約電量效益，同時(shí)獲得節(jié)約電力減少系統(tǒng)裝機(jī)容量的效益。第一節(jié)改變用戶的用電方式一、電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性又稱電力系統(tǒng)的負(fù)荷方式，它每時(shí)每刻都在發(fā)生變化，通常是用負(fù)荷特性曲線來表示。主要包括負(fù)荷特性曲線和日負(fù)荷特性曲線兩種來表示，有的還有周、月和季負(fù)荷特性。年負(fù)荷特性基本上有兩種：一種是負(fù)荷峰期出現(xiàn)在冬季（見圖2-1），另一種是負(fù)荷峰期出現(xiàn)在夏季（見圖2-2）。日負(fù)荷特性也有兩種：一種是峰期最大負(fù)荷出現(xiàn)在夜晚（見圖2-3），另一種是峰期最大負(fù)荷出現(xiàn)在白天（見圖2-4）。它們的負(fù)荷谷期均出現(xiàn)在后夜。電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性與一系列因素有關(guān)，主要取決于電網(wǎng)所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和用戶的生產(chǎn)特點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、生活水平和風(fēng)俗習(xí)慣，以及電網(wǎng)規(guī)模等。對(duì)一個(gè)具有一定規(guī)模的電網(wǎng)來講，電力系統(tǒng)的負(fù)荷方式主要是由終端用電方式?jīng)Q定的，要改變電力系統(tǒng)的負(fù)荷方式就要改變終端用電方式。由于供電能力不足和線路容量堵塞等拉閘停電的影響，圖示的負(fù)荷特性不是完全滿足終端用電需求的自然負(fù)荷特性，否則還要拉大電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差距。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活素質(zhì)的不斷提高，電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差還有進(jìn)一步拉大的趨勢(shì)。二、負(fù)荷整形技術(shù)改變用戶的用電方式是通過負(fù)荷管理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，負(fù)荷管理技術(shù)就是負(fù)荷整形技術(shù)。它是根據(jù)電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性，以某種方式將用戶的電力需求從電網(wǎng)負(fù)荷高峰期削減、轉(zhuǎn)移或增加在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期的用電，以達(dá)到改變電力需求在時(shí)序上的分布，減少日或季節(jié)性的電網(wǎng)峰荷，以期提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在規(guī)劃中的電網(wǎng)，主要是減少新增裝機(jī)容量和節(jié)省電力建設(shè)投資，從而降低預(yù)期的供電成本。負(fù)荷整形主要有削峰、填谷、移峰填谷三種。（1）削峰（見圖2-5）削峰是在電網(wǎng)高峰負(fù)荷期減少用戶的電力需求，避免增設(shè)邊際成本高于平均成本的裝機(jī)容量，并且由于平穩(wěn)了系統(tǒng)負(fù)荷，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，降低了平均發(fā)電成本。另一方面，削峰會(huì)減少一定的峰期售電量，也降低了電力公司的部分收入。削峰的控制手段主要有兩個(gè)：一個(gè)是直接負(fù)荷控制，另一個(gè)是可中斷負(fù)荷控制。直接負(fù)荷控制是在電網(wǎng)峰荷時(shí)段，系統(tǒng)調(diào)度人員通過遠(yuǎn)動(dòng)或自控裝置隨時(shí)控制用戶終端用電的一種方法。由于它是隨機(jī)控制，常常沖擊生產(chǎn)秩序和生活節(jié)奏，大大降低了用戶峰期用電的可靠性，大多數(shù)用戶不易接受，尤其是那些可靠性要求很高的用戶和設(shè)備，負(fù)荷的突然甩減和停止供電有時(shí)會(huì)釀成重大事故和帶來很大經(jīng)濟(jì)損失，即或采用降低直接負(fù)荷控制的供電電價(jià)也不太受用戶歡迎，限制了這種控制方式的應(yīng)用范圍。在電力供應(yīng)嚴(yán)重短缺、大量外購峰荷電力的電網(wǎng)，在失去電力平衡時(shí)往往采用這種方法削減峰荷，然后對(duì)用戶予以電價(jià)補(bǔ)償。直接負(fù)荷控制多于城鄉(xiāng)居民的用電控制，對(duì)于其他用戶以停電損失最小為原則進(jìn)行排序控制?？芍袛嘭?fù)荷控制是根據(jù)供需雙方事先的合同約定，在電網(wǎng)峰荷時(shí)段系統(tǒng)調(diào)度人員向用戶發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，經(jīng)用戶響應(yīng)后中斷部分供電的一種方法。它特別適合可以放寬對(duì)供電可靠性苛刻要求的那些“塑性負(fù)荷”，主要應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)、服務(wù)業(yè)等，如有工序產(chǎn)品或最終產(chǎn)品存儲(chǔ)能力的用戶，可通過工序調(diào)整改變作業(yè)程序來實(shí)現(xiàn)躲峰；有能量（主要是熱能）貯存能力的用戶，可利用貯存的能量調(diào)節(jié)進(jìn)行躲峰；有燃?xì)夤?yīng)的用戶，可以燃?xì)馓娲娏Χ惚茈娋W(wǎng)尖峰；那些用電可靠性要求不高的用戶，可通過減少或停止部分用電躲開電網(wǎng)尖峰，等等。不難看到，可中斷負(fù)荷控制是一種有一定準(zhǔn)備的停電控制，由于這種電價(jià)偏低或給予中斷補(bǔ)償，有些用戶愿意以較少的電費(fèi)開支降低有限的用電可靠程度。它的削峰能力和終端效益，取決于用戶負(fù)荷的可中斷程度和這種補(bǔ)償是否不低于用戶為躲峰所支出的費(fèi)用。利用時(shí)間控制器和需求限制器等自控裝置實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的間歇和循環(huán)控制，是對(duì)電網(wǎng)錯(cuò)峰比較理想的控制方式。它雖然改變了用戶的發(fā)電方式，但通常并不或較少影響用戶的用電模式和服務(wù)質(zhì)量。如空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵、大耗電工藝設(shè)備等的間歇和循環(huán)控制。但是，它需要有完善的控制系統(tǒng)。削峰控制不但可以降低電網(wǎng)峰荷，還可以降低用戶變壓器的裝置容量。（2）填谷（見圖2-6）填谷是在電網(wǎng)低谷時(shí)段增加用戶的電力電量需求，有利于啟動(dòng)系統(tǒng)空閑的發(fā)電容量，并使電網(wǎng)負(fù)荷趨于平穩(wěn)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。由于它增加了銷售電量，減少了單位電量的固定成本，進(jìn)一步降低了平均發(fā)電成本，使電力公司增加了銷售收入。尤其適用于電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差大、低負(fù)荷調(diào)節(jié)能力差又壓電困難，或新增電量長期邊際成本低于平均電價(jià)的電力系統(tǒng)。比較常用的填谷技術(shù)措施有：1）增加季節(jié)性用戶負(fù)荷。在電網(wǎng)年負(fù)荷低谷時(shí)期，增加季節(jié)性用戶負(fù)荷；在豐水期鼓勵(lì)用戶多用水電，以電力替代其他能源。2）增添低谷用電設(shè)備。在夏季尖峰的電網(wǎng)可適當(dāng)增加冬季用電設(shè)備，在冬季尖峰的電網(wǎng)可適當(dāng)增加夏季用電設(shè)備。在日負(fù)荷低谷時(shí)段，投入電氣鍋爐或蓄熱裝置采用電氣保溫，在冬季后夜可投入電暖氣或電氣采暖空調(diào)等進(jìn)行填谷。3）增加蓄能用電。在電網(wǎng)日負(fù)荷低谷時(shí)段投入電氣蓄能裝置進(jìn)行填谷，如電氣蓄熱器、電動(dòng)汽車蓄電瓶和各種可隨機(jī)安排的充電裝置等。填谷非但對(duì)電力公司有益，用戶利用廉價(jià)的谷期電量可以減少電費(fèi)開支。但是，由于填谷要部分地改變用戶的工作程序和作業(yè)習(xí)慣，也增加了填谷技術(shù)的實(shí)施難度。填谷的重點(diǎn)對(duì)象是工業(yè)、服務(wù)業(yè)和農(nóng)業(yè)等部門。（3）移峰填谷（見圖2-7）移峰填谷是將電網(wǎng)高峰負(fù)荷的用電需求推移到低谷負(fù)荷時(shí)段，同時(shí)起到削峰和填谷的雙重作用。它既可減少新增裝機(jī)容量、充分利用閑置容量，又可平穩(wěn)系統(tǒng)負(fù)荷、降低發(fā)電煤耗。移峰填谷一方面增加了谷期用電量，從而增加了電力公司的銷售電量；另一方面卻減少了峰期用電量，又減少了電力公司的銷售電量。電力系統(tǒng)的銷售收入取決于增加的谷電收入和降低的運(yùn)行費(fèi)用對(duì)減少峰電收入的低償程度。在電力嚴(yán)重短缺、峰谷差距大、負(fù)荷調(diào)節(jié)能力有限的電力系統(tǒng)，一直把移峰填谷作為改善電網(wǎng)經(jīng)營管理的一項(xiàng)主要任務(wù)。對(duì)于擬建電廠，移峰填谷可以減少新增裝機(jī)容量和電力建設(shè)投資。比較主要的移峰填谷技術(shù)措施有：1）采用蓄冷蓄熱技術(shù)。中央空調(diào)采用蓄冷技術(shù)是移峰填谷最為有效的手段，它是在后夜電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段制冰或冷水并把冰或水等蓄冷介質(zhì)貯存起來，在白天或前夜電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段把冷量釋放出來轉(zhuǎn)化為冷氣空調(diào)，達(dá)到移峰填谷的目的。蓄冷中央空調(diào)比傳統(tǒng)的中央空調(diào)的蒸發(fā)溫度低，制冷效率相對(duì)低些，再加上蓄冷損失，在提供相同冷量的條件下要多消耗電量，但它卻是有利于電網(wǎng)的填谷電量。蓄冷技術(shù)是一種在用的成熟技術(shù)，1993年深圳中電大廈冰蓄冷中央空調(diào)首次投入運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)踐證明它特別適用于商業(yè)、服務(wù)業(yè)和工業(yè)部門，以及居民樓區(qū)的集中空調(diào)。如大型商廈、貿(mào)易中心、酒樓賓館、公寓、寫字樓、娛樂中心、影視院、體育館、健身房、大型住宅區(qū)以及大面積使用空調(diào)的電子、醫(yī)藥、紡織、化工、精密制造、食品加工、服裝等生產(chǎn)企業(yè)。

采用蓄熱技術(shù)是后夜電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段，把電氣鍋爐或電加熱器生產(chǎn)的熱能存儲(chǔ)在蒸汽或熱水蓄熱器中，在白天或前夜電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)段將其熱能用于生產(chǎn)或生活等來實(shí)現(xiàn)移峰填谷。用戶采用蓄熱技術(shù)不斷減少了高價(jià)峰電支出，而且還可以調(diào)節(jié)用熱尖峰、平穩(wěn)鍋爐負(fù)荷、減少鍋爐新增容量。當(dāng)然，它也要多消耗部分電量。蓄熱技術(shù)也是一種在用的成熟技術(shù)，是移峰填谷有效的技術(shù)手段，對(duì)用熱多、熱負(fù)荷波動(dòng)大，鍋爐容量不足或增容有限的工業(yè)企業(yè)和服務(wù)業(yè)尤為合適。用戶是否愿意采用蓄冷和蓄熱技術(shù)，主要取決于它減少高峰電費(fèi)的支出是否能補(bǔ)償多消耗低谷電量支出電費(fèi)，并獲得合適的收益。2）能源替代運(yùn)行。在夏季尖峰的電網(wǎng)，在冬季用電加熱替代燃料加熱，在夏季可用燃料加熱替代電加熱；在冬季尖峰用電，在夏季可用電加熱替代燃料加熱，在冬季可用燃料加熱替代電加熱。在日負(fù)荷的高峰和低谷時(shí)段，亦可采用能源替代技術(shù)實(shí)現(xiàn)移峰填谷，其中燃?xì)夂吞柲苁且子谂c電能相互替代的能源。3）調(diào)整作用程序。調(diào)整作業(yè)程序是一些國家曾經(jīng)長期采取的一種平仰電網(wǎng)日內(nèi)高峰負(fù)荷的常用辦法，在工業(yè)企業(yè)中把一班制作業(yè)改為二班制，把二班制作業(yè)改為三班制。作用制度大規(guī)模的社會(huì)調(diào)整，對(duì)移峰填谷起到了很大作用，但卻也在很大程度上干擾了職工的正常生活節(jié)奏和家庭生活節(jié)奏，也增加了企業(yè)不少的額外負(fù)擔(dān)，尤其是在硬性電價(jià)下，企業(yè)這種額外負(fù)擔(dān)不能得到任何補(bǔ)償，不易被社會(huì)所接受，也是電力部門能力不足的表現(xiàn)。實(shí)踐證明：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不顧及用戶接受能力強(qiáng)制推行多班連續(xù)作用的辦法將逐漸失效。對(duì)那些客觀上不需要多班連續(xù)作業(yè)的企業(yè)，要它以調(diào)整作業(yè)程序來移峰填谷必須采取更有力的市場(chǎng)手段。4）調(diào)整輪休制度。調(diào)整輪休制度也是一些國家長期采取的一種平仰電網(wǎng)日間高峰負(fù)荷的常用辦法，在企業(yè)間實(shí)行周內(nèi)輪休來實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰，取得了很大成效。由于它改變了人們?cè)缫岩?guī)范化了的休整習(xí)慣，影響了社會(huì)正常的活動(dòng)節(jié)奏，沖擊了人們的往來交際，又沒有增加企業(yè)的額外效益，一般難于被廣大用戶所樂意接受。電網(wǎng)應(yīng)服務(wù)于社會(huì)大眾，不該影響甚至左右人們的正常活動(dòng)習(xí)慣。尤其是隨著社會(huì)的進(jìn)步和不斷增長的物資與精神文明，那種使社會(huì)的運(yùn)轉(zhuǎn)步調(diào)去屈從于電網(wǎng)調(diào)荷需要的概念將逐步消失殆盡。然而，在一些嚴(yán)重缺電的地區(qū)，在已經(jīng)實(shí)行輪休制度的企業(yè)，采取必要的市場(chǎng)手段仍然可能為移峰填谷做出貢獻(xiàn)。第二節(jié)提高終端用電效率的一般途徑提高終端用電效率是通過改變用戶的消費(fèi)行為，采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和高效設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，其根本目的是節(jié)約用電、減少電量消耗，其中包括直接節(jié)電和間接節(jié)電。直接節(jié)電是采用科學(xué)的管理方法和先進(jìn)的技術(shù)手段來節(jié)電；間接節(jié)電是依靠改善經(jīng)濟(jì)管理，采取調(diào)整和控制手段后少用的電能。它要依靠調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)力合理布局、節(jié)約原材料、提高產(chǎn)品質(zhì)量。最終產(chǎn)品的節(jié)約利用、增加高能耗產(chǎn)品的進(jìn)口等等的經(jīng)濟(jì)管理來實(shí)現(xiàn)。本章主要介紹直接節(jié)電的一般途徑：（1）照明方面:采用緊湊型熒光燈替代普通白熾燈，用細(xì)管熒光燈替代普通粗管熒光燈，由鈉燈替代汞燈，用高效電感鎮(zhèn)流器替代普通電感鎮(zhèn)流器，用電子鎮(zhèn)流器替代普通電感鎮(zhèn)流器，用高效反射燈罩替代普通反射燈罩等高效節(jié)電燈具，以及采用聲控、光控、時(shí)控、感控等智能開關(guān)和鑰匙開關(guān)控制等實(shí)行照明節(jié)電運(yùn)行等等。（2）電動(dòng)機(jī)方面：選用高導(dǎo)電、高導(dǎo)磁性能的電動(dòng)機(jī)替代普通電動(dòng)機(jī)，選用與生產(chǎn)工藝需要容量相匹配的電動(dòng)機(jī)提高運(yùn)行的平均負(fù)載率，應(yīng)用各種調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)節(jié)電運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)降低電動(dòng)機(jī)空載率等等。（3）在制冷空調(diào)方面：應(yīng)用溴化理吸收式制冷減少用電，應(yīng)用智能控制高效空調(diào)器節(jié)約用電，利用熱泵替代電阻加熱的取暖空調(diào)節(jié)約用電，建立適應(yīng)人體生理?xiàng)l件的消費(fèi)行為降低用電等等。（4）在變配電方面：采用低銅鐵損的高效變壓器，減少變電次數(shù)，實(shí)行變電器節(jié)電運(yùn)行，配電線路合理布局和采用無功就地補(bǔ)償減少配電損失等等。（5）在余能余熱回收方面：應(yīng)用干法熄焦高溫余熱回收發(fā)電、工業(yè)爐窯高溫余熱回收發(fā)電、高爐爐頂排氣壓力發(fā)電、工業(yè)鍋爐余壓發(fā)電等可用來提高能源利用率和增加終端用戶自給電量，采用熱泵、熱管和高效換熱器等熱回收和熱傳導(dǎo)設(shè)備能直接或間接地減少用電消耗。（6）在作用合理調(diào)度方面：實(shí)行專業(yè)化集中生產(chǎn)，提高爐窯地裝載率，降低單位產(chǎn)品電耗；實(shí)行連續(xù)作業(yè)，減少開爐停爐損失，提高設(shè)備的用電效率；風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)實(shí)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等等。（7）在建筑方面：采用絕熱性能高的墻體材料和門窗結(jié)構(gòu)，充分利用自然光和熱等。（8）在能源替代方面：要把太陽能和燃?xì)庾鳛榕c電能相互替代的主要對(duì)象，更經(jīng)濟(jì)合理地利用能源資源。

第三章照明節(jié)電電氣照明是最先進(jìn)的現(xiàn)代照明方式，它是由電能轉(zhuǎn)化為可見光能而發(fā)出光亮。電氣照明燈具，包括電光源和照明器具兩個(gè)部分。電光源指發(fā)光的器件，如燈泡和燈管等，器具指包括引線、燈頭、插座、燈罩、補(bǔ)償器、控制器等等，照明節(jié)電與整個(gè)照明燈具的選擇、安裝和使用都有直接的關(guān)系，這里重點(diǎn)討論電光源，它是照明節(jié)電的主要器件。一、電光源的種類與特性照明電光源的分類方式有多種，按電光轉(zhuǎn)換機(jī)理分類有兩種：一種是熱輻射光源，另一種是氣體放電光源，如圖3-1所示。1.熱輻射光源熱輻射光源是依靠電流通過燈絲發(fā)熱到白熾燈程度而發(fā)光的電光源。（1）白熾燈：普通白熾燈是利用最早最多的一種電光源，幾乎遍及了照明的各個(gè)領(lǐng)域。普通白熾燈的顯色性好、光譜連續(xù)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、價(jià)格低廉、使用方便，是應(yīng)用最廣的燈種。但它的能量轉(zhuǎn)換效率低，大部分能量轉(zhuǎn)化為紅外輻射損失，可見光不多，發(fā)光效率低和使用壽命短是它的主要缺點(diǎn)。近些年發(fā)展起來的涂白白熾燈、氪氣白熾燈和紅外反射膜白熾燈，在提高發(fā)光效率和延長使用壽命方面有了進(jìn)一步的改善。涂白白熾燈是在燈泡的玻璃殼上涂以白色的無機(jī)粉末，可提高5％的發(fā)光效率，還比普通白熾燈發(fā)光柔和、感覺舒適。氪（Kr）氣白熾燈是以導(dǎo)熱率低的氪氣替代普通白熾燈的氬（Ar）氣和痰（N）氣等惰性氣體作為充填氣，可減少燈絲的熱損失和氣化速率，發(fā)光效率可提高10％，使用壽命能延長一倍。紅外線反射膜白熾燈是在燈泡玻璃表面鍍上透光的紅外線反射膜，把燈絲反射的紅外線再反射回?zé)艚z，借提高燈絲溫度來提高發(fā)光效率，可節(jié)電1/3以上。這些新的白熾燈種，依靠在光效和壽命方面的優(yōu)勢(shì)，正在部分地取代普通白熾燈。（2）鹵鎢燈：鹵鎢燈是在燈泡內(nèi)含有一定比例鹵化物地一種改進(jìn)型白熾燈。普通白熾燈在使用過程中，由于從燈絲蒸發(fā)出來的鎢（W）沉積在燈泡內(nèi)壁上導(dǎo)致玻璃殼體黑化，降低了透光性，使發(fā)光效率逐步下降，也減少了鎢絲的使用壽命。鹵鎢絲在燈泡內(nèi)除充填惰性氣體外，還充入少量的鹵族光素，如氟（F）、氯(Cl)、溴（Br）、碘（I）或與其相應(yīng)的鹵化物，使它在燈泡內(nèi)形成鹵鎢再循環(huán)過程，以防止鎢沉積在玻璃內(nèi)殼上，降低燈絲的老化速度。鹵鎢燈與普通白熾燈相比，發(fā)光效率可提高到30％左右，高質(zhì)量的鹵鎢燈壽命提高到普通白熾燈壽命的3倍左右。在公共建筑、交通和影視照明等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

2.氣體放電光源氣體放電光源是電極在電場(chǎng)作用下，電流通過一種或幾種氣體或金屬蒸氣而發(fā)光的電光源，氣體放電光源的電弧具有負(fù)的伏安特性，即電壓隨電流的增加而下降，為使燈穩(wěn)定地工作，在電路上安裝了鎮(zhèn)流器，它要同時(shí)消耗有功和無功功率，為燈的啟動(dòng)還加裝了啟輝器等電氣附件。值得重視的是，要減少和防止它在生產(chǎn)過程中和在燈泡燈管廢棄物中汞等重金屬對(duì)環(huán)境的污染。氣體發(fā)電光源的種類繁多，按充氣壓力大小可分為兩大類：一類是低壓氣體放電燈，另一種是高壓氣體放電燈。高壓氣體放電燈主要有高壓汞燈和高壓鈉燈，高壓汞燈中使用最多的是熒光高壓汞燈和金屬鹵鎢物燈兩種。低壓氣體放電燈主要有熒光燈和低壓鈉燈，在熒光燈中使用最多的是直管型、環(huán)管型和緊湊型熒光燈三種。氣體放電光源比熱輻射光源的發(fā)光效率高得多，應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)占有率還在不斷提高。（1）熒光燈：熒光燈是利用低壓汞（Hg）蒸氣放電產(chǎn)生的紫外線，去激發(fā)涂在燈管內(nèi)壁上熒光燈而轉(zhuǎn)化為可見光的電光源，又稱日光燈。它的發(fā)光效率上普通白熾燈的3倍以上，使用壽命差不多是普通白熾燈的4倍，而且燈壁溫度很低，發(fā)光比較均勻柔和。它的缺點(diǎn)是在使用電感鎮(zhèn)流器時(shí)的功率因數(shù)頗低，還有頻閃效應(yīng)。熒光燈的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，僅次于白熾燈，在住宅、辦公、商場(chǎng)、賓館、車間、醫(yī)院、展示廳等很多場(chǎng)所得到了廣泛應(yīng)用，它也是替代低效白熾燈的主要燈種。直管熒光燈有兩種類型：一種是粗管燈，也就是普通直管燈，燈管標(biāo)稱直徑38mm；另一種是細(xì)管燈，它是一種新型管燈，標(biāo)稱直徑26mm的細(xì)管燈是應(yīng)用最多的細(xì)管燈種。粗管燈的燈管內(nèi)壁一般涂以鹵磷酸鹽熒光粉，細(xì)管燈的燈管內(nèi)壁涂以三基色熒光粉，三基色熒光粉能把紫外線轉(zhuǎn)換成更多的可見光，因而細(xì)管燈比粗管燈的發(fā)光效率高，在提供相同的光通量條件下，裝燈效率減少10％。標(biāo)稱直徑26mm的細(xì)管燈可直接使用標(biāo)稱直徑38mm粗管燈的燈頭插座，可以用電感鎮(zhèn)流器，也可以用電子鎮(zhèn)流器，用細(xì)管燈來替代粗管燈非常便利，是替代普通粗管燈進(jìn)一步提高光效的直管燈種。緊湊型熒光燈是鎮(zhèn)流器和燈管一體化的新型電光源，由于燈管造型和結(jié)構(gòu)緊湊而得名。它可以配電感鎮(zhèn)流器，也可以配電子鎮(zhèn)流器，我國常把配上電子鎮(zhèn)流器的緊湊型熒光燈稱為電子節(jié)能燈。這種燈使用三基色熒光粉，可獲得很高的發(fā)光效率，再配上低功耗的電子鎮(zhèn)流器，可獲得明顯的節(jié)電效果。它的顯色性好，大幅度地改善了頻閃效應(yīng)，提高了啟動(dòng)性能，兼有白熾燈和熒光燈的主要優(yōu)點(diǎn)。緊湊型熒光燈可直接安裝在白熾燈的燈頭上，在同樣光通量下可節(jié)電70％～80％，是替代白熾燈最理想的電光源。（2）高壓汞燈：高壓汞燈是利用汞放電時(shí)產(chǎn)生的高氣壓獲得可見光的電光源，它在發(fā)光管的內(nèi)部充有汞和氬氣，有的在內(nèi)殼上涂以熒光粉，有的是完全透明的。它的發(fā)光效率與普通熒光燈差不多，使用壽命卻比較長。它的缺點(diǎn)是顯色性差些，發(fā)出藍(lán)綠色的光，缺少紅色成份，除照到綠色物體上外，其他多呈灰暗色，而且不能瞬時(shí)啟動(dòng)。高壓汞燈多應(yīng)用在高照度的照明場(chǎng)所，如高大廠房、體育場(chǎng)館、倉儲(chǔ)貨棧、公路街道、廣場(chǎng)、車站、碼頭、停車廠、立交橋、交易市場(chǎng)等等，是在公共場(chǎng)合應(yīng)用很廣的一個(gè)燈種。

（3）金屬鹵化物燈：金屬鹵化物燈是通電后，使金屬汞（Hg）蒸氣和鈉（Na）、鉈（Tl）、銦（In）、鈧（Sc）、鏑（Dy）、銫（Cs）、鋰（Li）等金屬鹵化物分解物的混合體輻射而發(fā)光的電光源。它是在高壓汞燈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個(gè)新燈種，在高壓汞燈內(nèi)添加金屬鹵化物，結(jié)構(gòu)與高壓汞燈相似。金屬鹵化物燈比高壓汞燈的發(fā)光效率高得多，顯色性也比較好，使用壽命也比較長，為避免影響光電特性，使用中有位置朝向要求。金屬鹵化物燈除可替代高壓汞燈外，還可以用在要求顯色性較好的場(chǎng)所，如展示廳、美術(shù)館、康樂中心、大型公園、賓館酒樓的室外照明等。小功率的金屬鹵化物燈也可作為在沒啟動(dòng)性能要求的居宅和辦公樓的室內(nèi)照明，用以替代低效白熾燈。（4）高壓鈉燈：高壓鈉燈是利用高壓鈉蒸氣放電發(fā)光的電光源。它在發(fā)光管內(nèi)除充有適量的汞和氬氣或氙（Xe）氣外，并加入過量的鈉，鈉的激發(fā)電位比汞低，以鈉的放電發(fā)光為主，所以稱為鈉燈。高壓鈉燈發(fā)出的是金黃色的光，是電光源中發(fā)光效率很高的一種電光源。它的發(fā)光效率比高壓汞燈要高出1倍左右，使用壽命也比高壓汞燈要長些。它的主要缺點(diǎn)是顯色性差，但已有比普通型高壓汞燈顯色性好的改進(jìn)型和高顯色性鈉燈問世。普通高壓鈉燈主要用于對(duì)光色要求較低的場(chǎng)所，已被廣泛地應(yīng)用在道路、隧道、港口、碼頭、車站、廣場(chǎng)、大橋等地方，在某些工廠廠房、體育和康樂場(chǎng)館等地方亦多被采用，不斷擴(kuò)大了高壓鈉燈的使用范圍。在許多場(chǎng)合，高壓鈉燈可替代高壓汞燈來節(jié)約照明用電。（5）低壓鈉燈：低壓鈉燈是利用低壓鈉蒸氣放電發(fā)光的電光源，在它的玻璃外殼內(nèi)涂以紅外線反射膜，是光衰較小和發(fā)光效率最高的電光源。低壓鈉燈發(fā)出的是單色黃光，顯色性很差，用于對(duì)光色沒有要求的場(chǎng)所。但它的透霧性好，能使人清晰地看到色差比較小的物體。為保證正常工作和避免減少使用壽命，點(diǎn)燃時(shí)不宜移動(dòng)，盡量減少開閉次數(shù)。低壓鈉燈也是替代高壓汞燈節(jié)約用電的一種高效燈種，應(yīng)用場(chǎng)所也在不斷擴(kuò)大。二、電光源的技術(shù)特性參數(shù)在選擇、替代和使用電光源時(shí)，必須掌握評(píng)價(jià)電光源的技術(shù)特性參數(shù)。從照明節(jié)電角度出發(fā)，主要有：發(fā)光效率、光源壽期、光源顏色和有關(guān)的電氣性能。1.發(fā)光效率發(fā)光效率，簡(jiǎn)稱光效。它是電光源發(fā)出的光通量和它用電功率之比，單位是流明/瓦（lm/W），是評(píng)價(jià)電光源用電效率最主要的技術(shù)參數(shù)。光通量是指單位時(shí)間內(nèi)光輻射量的大小，用流明來表示。光源單位用電功率發(fā)出的光通量越大、則電能轉(zhuǎn)換光能的效率越高，即光效越高。電光源是照明節(jié)電的主體部件，在能完成相同的照明功能條件下，要優(yōu)先選用光效高的電光源替代光效低的電光源。2.光源壽命光源壽命，又稱光源壽期。電光源的壽命通常用有效壽命和平均壽命兩個(gè)指標(biāo)來表示。（1）有效壽命：指燈開始點(diǎn)燃至燈的光通量衰減到額定光通量的某一百分比時(shí)所經(jīng)歷的點(diǎn)燈時(shí)數(shù)。一般這一百分比規(guī)定在70％～80％之間。（2）平均壽命：指一組試驗(yàn)樣燈，從點(diǎn)燃到其中的50％的燈失效時(shí)，所經(jīng)歷的點(diǎn)燈時(shí)數(shù)。壽命是評(píng)價(jià)電光源可靠性和質(zhì)量的主要技術(shù)參數(shù)，壽命長表明它的服務(wù)時(shí)間長，耐用度高，節(jié)電貢獻(xiàn)大。對(duì)照明用戶來講，他們希望購置有效壽命比較長的燈種。3.光源顏色光源的顏色，簡(jiǎn)稱光色。它用色溫和顯色指數(shù)兩個(gè)指標(biāo)來度量。（1）色溫：當(dāng)光源的發(fā)光顏色與把黑體（能全部吸收光能的物體）加熱到某一溫度所發(fā)出的光色相同（對(duì)于氣體放電等為相似）時(shí)，該溫度稱為光源的色溫。色溫用熱力學(xué)溫度來表示，單位是開爾文，符號(hào)為K。光源的色溫是燈光顏色給人直觀感覺的度量，與光源的實(shí)際溫度無關(guān)。不同的色溫給人不同的冷暖感覺，高色溫有涼爽的感覺，低色溫有溫暖的感覺。一般地說，在低照度下采用底色溫的光源會(huì)感到溫馨快活；在高照度下采用高色溫的光源則感到清爽舒適。在比較熱的地區(qū)宜采用高色溫冷感電光源，在比較冷的地方宜采用低色溫暖感的電光源。因此，可根據(jù)各自的環(huán)境條件和愛好，選擇適宜色溫的電光源（見表3-1）。表3-1色溫與感覺的關(guān)系注：資料來源，見參考文獻(xiàn)[20]。（2）顯色指數(shù)：顯色指數(shù)是指在光源照到物體后，與參照光源相比（一般以日光或接近日光的人工光源為參照光源）對(duì)顏色相符程度的度量參數(shù)，是衡量光源顯色性優(yōu)劣或在視覺上失真程度的指標(biāo)。參照光源的顯色指數(shù)定為100，其他光源的顯色指數(shù)均小于100，符號(hào)是Ra。Ra越小，色差越大，顯色性也越差，反之顯色性越好。國際照明委員會(huì)（CIE）用顯色指數(shù)把光源的顯色性分為優(yōu)、良、中、差四組作為判別光源顯色性能的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（見表3-2）。表3-2顯色性的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)注：資料來源，見參考文獻(xiàn)[15]。顯色性是擇用電源的一項(xiàng)重要因素，對(duì)于顯色性要求很高的照明用途更是如此。例如，美術(shù)品、藝術(shù)品、古玩、高檔衣料等的展示銷售，為避免顏色失真，就不宜采用顯色性比較差的電光源。但是，在顯色性能要求不高，而要求彩色調(diào)節(jié)的場(chǎng)所，可利用顯色性的差異來增加明亮提神的氣氛。如汞燈以綠色為主，白熾燈以紅光為主，它們分別照到綠色和紅色物體上就更加鮮艷，對(duì)于追求裝飾性和娛樂性的某些場(chǎng)合，可選擇與裝飾色調(diào)相匹配的燈種，或采用混合照明。4.光源啟動(dòng)性能光源的啟動(dòng)性能是指燈的啟動(dòng)和再啟動(dòng)特性，它用啟動(dòng)和再啟動(dòng)所需要的時(shí)間來度量。一般地講，熱輻射電光源的啟動(dòng)性能最好，能瞬時(shí)啟動(dòng)發(fā)光，也不受再啟動(dòng)時(shí)間的限制；氣體發(fā)電光源的啟動(dòng)特性不如熱輻射電光源，不能瞬時(shí)啟動(dòng)。除熒光燈能快速啟動(dòng)外，其他氣體放電燈的啟動(dòng)時(shí)間最少在4min以上，再啟動(dòng)時(shí)間最少也需要3min以上。不能承受啟動(dòng)和再啟動(dòng)約束的場(chǎng)合，像住宅、商廈、賓館、酒樓、康樂場(chǎng)所等的室內(nèi)照明只能擇用普通白熾燈、鹵鎢燈和熒光燈。5.普通照明燈電光源技術(shù)特性參數(shù)表表3-3是為照明節(jié)電技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析提供參考的電光源技術(shù)性能參數(shù)，它指的是合格的一般產(chǎn)品，不是具體的產(chǎn)品指標(biāo)，在編制需求方管理計(jì)劃缺少必要的計(jì)算和評(píng)估參數(shù)時(shí)可參酌使用。表3-3普通照明電光源性能參數(shù)表（參考值）注：資料來源，見參考文獻(xiàn)[15]和[20]。三、電子鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器是氣體放電燈用于啟動(dòng)和限流的控制器件，由于氣體放電燈具有負(fù)伏安特性，要配以鎮(zhèn)流器來啟動(dòng)燈的放電和限定燈內(nèi)惰性氣體電離升溫并使水銀蒸氣壓上升，當(dāng)電子轟擊汞蒸氣放電后生成的紫外線激發(fā)熒光燈而發(fā)光，啟動(dòng)完成后鎮(zhèn)流器起限流器的作用，使燈開始正常工作。常用的鎮(zhèn)流器是電感鎮(zhèn)流器。電感鎮(zhèn)流器是一個(gè)高感抗和高電阻的器件，一直串聯(lián)在電路中與燈一起工作，不但要消耗有功功率，還要消耗無功功率，功率因數(shù)也很低，致使照明用電效率下降。電子鎮(zhèn)流器與普通電感鎮(zhèn)流器相比，具有有功消耗少、功率因數(shù)高、點(diǎn)燃速度快、無噪聲干擾等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)電率高達(dá)75％左右，功率因數(shù)可由0.5左右提高到0.9以上。同時(shí)，由工頻50Hz提高到25～40kHz高頻供電，頻閃效應(yīng)微乎其微，有利于視力保護(hù)和生產(chǎn)安全，極大地減輕了視力疲勞和減少了人身傷害機(jī)會(huì)。在視力健康要求較高的場(chǎng)合或在旋轉(zhuǎn)機(jī)械作業(yè)的場(chǎng)所，最好不用電感鎮(zhèn)流器。值得注意的是：市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品優(yōu)劣并存，良莠不齊，使用電子鎮(zhèn)流器，特別是緊湊型熒光燈，除要關(guān)注有效壽期外，還要防止高次諧波，尤其是防止三次諧波對(duì)電網(wǎng)地污染，大量使用質(zhì)量低劣的產(chǎn)品有可能燒毀燈具，威脅其它用電設(shè)備的安全運(yùn)行。四、高效照明電光源的節(jié)電量電光源的節(jié)電量是指在提供相同光通量條件下，用高效電光源替代相對(duì)低效電光源所節(jié)約的電量，那種降低照明服務(wù)水平和關(guān)燈不用等少用的電量不包括在照明節(jié)電討論之內(nèi)。在需求方管理的電光源節(jié)電分析中最為關(guān)心的節(jié)電量有兩個(gè)，一個(gè)是壽命節(jié)電量，另一個(gè)是年節(jié)電量。1.壽期節(jié)電量△Wz.s=[（Pd+△Pd）—（Pg+△Pg）]·hg.s(3-1)或△Wz.s＝λz·hg.s·（Pd+△Pd）(3-2)式中△Wz.s——壽期節(jié)電量，kW·h；Pd——原用燈功率，kW；Pg——高效燈功率，kW；△Pd——原用燈鎮(zhèn)流器功耗，kW；Pg——高效燈鎮(zhèn)流器功耗，kW；hg.s——高效燈壽期，h；λz——照明電光源節(jié)電率。2.年節(jié)電量△Wz.n＝[（Pd+△Pd）—（Pg+△Pg）]·h.z.n（3-3）或△Wz.n＝λz·hz.n·（Pd+△Pd）（3-4）式中△Wz.n——年節(jié)電量，kW·h；hz.n——年照明時(shí)數(shù)，h。照明用電的負(fù)荷特性與其他一些用電設(shè)備有所不同，基本上屬于恒額定功率負(fù)荷，在不考慮光衰的情況下，一旦接通電源正常工作就滿負(fù)荷運(yùn)行，所以電光源的照明節(jié)電率λz可以認(rèn)為是個(gè)固定值，在節(jié)電計(jì)算時(shí)要包括鎮(zhèn)流器的功率損耗在內(nèi)。3.算例【例3-1】如果用一只11W緊湊型熒光燈替代一只60W的普通白熾燈，認(rèn)為它們可以提供相同的光通量，假定緊湊型熒光燈的有效壽期是2500h，電子鎮(zhèn)流器功耗是3W，年照明時(shí)數(shù)為2000h，節(jié)電率為0.75，問它們的壽命節(jié)電量和年節(jié)電量各是多少？根據(jù)式（3-1）的壽命節(jié)電量為△Wz.s=[（Pd+△Pd）—（Pg+△Pg）]·hg.s＝[(0.06＋0)－(0.011+0.003)]×2500＝115（kW·h）根據(jù)式（3-2）的壽命節(jié)電量為△Wz.s＝λz·hg.s·（Pd+△Pd）=0.75×2500×(0.06+0)=112.5（kW·h）根據(jù)式（3-3）的年節(jié)電量為△Wz.n＝[（Pd+△Pd）—（Pg+△Pg）]·h.z.n=[(0.06＋0)－(0.011+0.003)]×2000＝92（kW·h）根據(jù)式（3-4）的年節(jié)電量為△Wz.n＝λz·hz.n·（Pd+△Pd）=0.75×2000×(0.06+0)=90（kW·h）△Wz.s和△Wz.n的兩種算法所得的結(jié)果大體相等。【例3-2】如果用一只36W細(xì)管熒光燈和與其匹配的電子鎮(zhèn)流器替代一只附有電感鎮(zhèn)流器的40W粗管熒光燈，并且認(rèn)為它們可以提供相同的光通量，假定電子鎮(zhèn)流器的功耗為2W，電感鎮(zhèn)流器功耗的功耗為8W，細(xì)管熒光燈的有效壽命為3000h，年照明時(shí)數(shù)為2000h，節(jié)電率為0.21，問它們的壽命節(jié)電量和年節(jié)電量各是多少？根據(jù)式（3-1）的壽命節(jié)電量為△Wz.s=[（Pd+△Pd）—（Pg+△Pg）]·hg.s＝[(0.04＋0.008)－(0.036+0.002)]×3000＝30（kW·h）根據(jù)式（3-2）的壽命節(jié)電量為△Wz.s＝λz·hg.s·（Pd+△Pd）=0.21×3000×(0.04+0.008)=30.24（kW·h）根據(jù)式（3-3）的年節(jié)電量為△Wz.n＝[（Pd+△Pd）—（Pg+△Pg）]·hz.n=[(0.04＋0.008)－(0.036+0.002)]×2000＝20（kW·h）根據(jù)式（3-4）的年節(jié)電量為△Wz.n＝λz·hz.n·（Pd+△Pd）=0.21×2000×(0.04+0.008)=20.6（kW·h）△Wz.s和△Wz.n的兩種算法所得的結(jié)果彼此接近。4.普通照明電光源和鎮(zhèn)流器的替代節(jié)電率參數(shù)表表3-4是為照明節(jié)電計(jì)算提供的電光源和鎮(zhèn)流器的各種替代方案及其相應(yīng)的節(jié)電率，它是指合格的一般產(chǎn)品，不是具體的產(chǎn)品指標(biāo)，在制定需求方管理計(jì)劃缺少必要的計(jì)算和評(píng)估參數(shù)時(shí)可參酌使用。表3-4電光源和鎮(zhèn)流器替代節(jié)電率與壽命比（參考值）

第四章電力拖動(dòng)簡(jiǎn)介電力拖動(dòng)是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械做功的一種作業(yè)方式，電力拖動(dòng)又稱電氣拖動(dòng)或電力轉(zhuǎn)動(dòng)。1995年我國用于電力拖動(dòng)作業(yè)的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘吭?50～450GW，其中交流電動(dòng)機(jī)占90％左右，1995～2000年交流電動(dòng)機(jī)的預(yù)期產(chǎn)量達(dá)30GW，每年用于電動(dòng)機(jī)的電費(fèi)開支是電動(dòng)機(jī)造價(jià)的10～20倍，是用電量最大和電費(fèi)開支最多的終端用電設(shè)備，也是需求方管理的一個(gè)重點(diǎn)終端設(shè)備。一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)的分類1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、傳遞機(jī)構(gòu)和工作機(jī)械等裝置組成的機(jī)電系統(tǒng)（見圖3-2）。電力拖動(dòng)的任務(wù)就是使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)由電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，完成工作機(jī)械啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動(dòng)工藝作業(yè)的要求，因此如何選擇和運(yùn)用好電動(dòng)機(jī)是電力拖動(dòng)節(jié)電的中心環(huán)節(jié)。按供電制式的不同，可分為直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)兩種，交流電力拖動(dòng)節(jié)電是本節(jié)討論的重點(diǎn)。圖3-2電力拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖2.電動(dòng)機(jī)的類別電動(dòng)機(jī)的分類方式有多種，按電源使用的種類劃分主要有兩大類：一類是直流電動(dòng)機(jī)，另一類是交流電動(dòng)機(jī)（見圖3-3）。圖3-3電動(dòng)機(jī)分類簡(jiǎn)圖直流電動(dòng)機(jī)是依靠直流電源供電運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，按勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩種（見圖3-3和圖3-4）。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流由單獨(dú)的直流電源供給，勵(lì)磁繞組與電樞繞組不相連接；自勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流由電機(jī)本身供給，勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接方式，一般分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能好，啟動(dòng)、制動(dòng)、過載轉(zhuǎn)矩大，容易控制是它的突出優(yōu)點(diǎn)，但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、維護(hù)量大，還需配置直流電源，使它的應(yīng)用受到一定的限制，多用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速等性能要求比較高的場(chǎng)所。交流電動(dòng)機(jī)是依靠交流電源供電運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，與直流電動(dòng)機(jī)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、維護(hù)方便、運(yùn)行效率高、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，尤其是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使它得到了更廣泛的應(yīng)用。交流電動(dòng)機(jī)包括同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)兩大類。同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速與電源的供電頻率有嚴(yán)格不變的關(guān)系，它恒等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即電動(dòng)機(jī)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩者的轉(zhuǎn)速保持同步，并由此而得名。同步電動(dòng)機(jī)多應(yīng)用在中大容量恒速運(yùn)行或不需要速度調(diào)節(jié)的生產(chǎn)機(jī)械上，它們的單機(jī)容量可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬千瓦。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，同步電動(dòng)機(jī)可分為兩種類型：一種是凸極式，另一種是隱極式（見圖3-5）。凸極式比隱極式的構(gòu)造簡(jiǎn)單，多極低速同步電動(dòng)機(jī)通常是凸極式的。與異步電動(dòng)機(jī)相比，同步電動(dòng)機(jī)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是：它可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁電流來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，既可在滯后功率因數(shù)下運(yùn)行，亦可在超前功率因數(shù)下運(yùn)行，有利于提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，改善電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。不帶機(jī)械負(fù)載，只向電網(wǎng)提供感性或容性無功功率的同步電動(dòng)機(jī)稱為同步調(diào)相機(jī)或同步補(bǔ)償機(jī)，實(shí)際上是無功功率發(fā)電機(jī)，專門用于調(diào)整電網(wǎng)的功率因數(shù)，維持電網(wǎng)的電壓水平，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即兩者轉(zhuǎn)速不能保持同步，故稱異步電動(dòng)機(jī)。由于它的轉(zhuǎn)子是通過定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所感生的電流而轉(zhuǎn)動(dòng)，又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)?；谵D(zhuǎn)子構(gòu)造的不同，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為籠型和繞線型兩種?；\型是在其轉(zhuǎn)子鐵芯中用銅條插入鐵芯槽內(nèi)，再用端環(huán)把這些銅條兩端短路，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)子繞組，若抽去鐵芯其繞組形似一個(gè)籠子，故叫籠型繞組（見圖3-6），又稱鼠籠繞組。小容量的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組不用銅條，而采用鑄鋁替代銅條和端環(huán)（見圖3-6）?；\型電動(dòng)機(jī)又稱鼠籠電動(dòng)機(jī)。普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是單籠的，為了改善啟動(dòng)特性，利用集膚效應(yīng)原理設(shè)計(jì)制造了特殊籠型轉(zhuǎn)子繞組，即深槽和雙籠轉(zhuǎn)子（見圖3-7）。雙籠轉(zhuǎn)子有內(nèi)外兩個(gè)籠子，外籠導(dǎo)體有較大的電阻和較小電抗，叫啟動(dòng)繞組，內(nèi)籠導(dǎo)體有較大的電抗和較小電阻，叫運(yùn)行繞組。它們與普通單籠感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大而啟動(dòng)電流小，效率差不多，但功率因數(shù)和過載能力稍有下降，多用于要求重載啟動(dòng)的工作機(jī)械上。繞線型是在其轉(zhuǎn)子鐵芯線槽內(nèi)嵌入三相對(duì)稱繞組，它們多接成星形（Y）,將三相繞組的端頭分別接在轉(zhuǎn)軸的三個(gè)彼此絕緣的集電滑環(huán)上，再通過電刷把轉(zhuǎn)子繞組與外電阻相接，就構(gòu)成了轉(zhuǎn)子繞組電路（見圖3-8），外接電阻是為改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性或用以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。繞線型與普通籠型相比，它的啟動(dòng)特性好，具有調(diào)速特性，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)相對(duì)較高，維護(hù)量也較大，多用于要求啟動(dòng)電流小和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大或需要調(diào)速的場(chǎng)合。普通籠型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能差，本身不能調(diào)速運(yùn)行，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、可靠性高、價(jià)格便宜，且對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)和易于維護(hù)，得到了最廣泛的應(yīng)用。交流電動(dòng)機(jī)，尤其感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是電力拖動(dòng)的主力，它是需求方管理在電力拖動(dòng)領(lǐng)域中的一個(gè)重點(diǎn)選擇目標(biāo)。二、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性從節(jié)能角度看，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主要有效率、功率因數(shù)和轉(zhuǎn)速，它們均是電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的函數(shù)（見圖3-9）。1.電動(dòng)機(jī)負(fù)載率電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率是指其負(fù)載功率與額定功率之比。（3-5）式中β——電動(dòng)機(jī)負(fù)載率；P——電動(dòng)機(jī)負(fù)載功率，kW；PN——電動(dòng)機(jī)額定功率，kW。當(dāng)β＝1時(shí)稱為額定負(fù)載率。如果P指某一時(shí)段的平均負(fù)載功率，則b稱該時(shí)段的平均負(fù)載率。從效率和功率因數(shù)來看，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率β＝0.75～0.85范圍內(nèi)為最佳運(yùn)行工況，當(dāng)β<0.45時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況將急劇惡化，導(dǎo)致了用電的浪費(fèi)，就是輕載的“大馬拉小車”了。2.電動(dòng)機(jī)效率電動(dòng)機(jī)效率是指其輸出功率與輸入功率之比。對(duì)電動(dòng)機(jī)本身而言，輸出功率就是它的有效功率，輸入功率就是它的供給功率。電動(dòng)機(jī)的效率有兩種：一種是額定效率，它是指額定負(fù)載時(shí)的效率，又稱銘牌效率，一般標(biāo)注在電動(dòng)機(jī)銘牌上；另一種是運(yùn)行效率，它是指運(yùn)行負(fù)載時(shí)的效率，一般載于產(chǎn)品樣本之中。電動(dòng)機(jī)效率可以用正、反平衡兩種形式來表述。電動(dòng)機(jī)的額定效率為（3-6）（3-7）式中ηN——電動(dòng)機(jī)額定效率；PN——電動(dòng)機(jī)額定功率，kW；Pi——電動(dòng)機(jī)額定輸入功率，kW；△PN——電動(dòng)機(jī)額定功率損耗，kW。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率（3-8）（3-9）式中η——電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率；P——電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載下的輸出功率，kW；Pi——電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載下的輸入功率，kW；△P——電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載下的功率損耗，kW。如果P指某時(shí)段的平均負(fù)載功率，則η稱為該時(shí)段的平均運(yùn)行效率。電動(dòng)機(jī)的損耗包括鐵損耗、銅損耗、機(jī)械損耗和附加損耗。鐵損和機(jī)械損為固定損耗，不隨負(fù)載的變化而變化，機(jī)械損耗所占份額不大；銅損和附加損為可變損耗，隨負(fù)載的變化而變化，附加損耗所占份額很小。額定效率是電動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)，從節(jié)電角度要選擇額定效率高的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)極少長期在額定負(fù)載下運(yùn)行，在節(jié)電核算中更注意運(yùn)行效率，特別是平均運(yùn)行效率。在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，完成某一作業(yè)任務(wù)的平均運(yùn)行效率越高，用電量就越少。3.電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)除消耗有功電力外，還要消耗無功電力。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)工作機(jī)械做功要用電廠的燃料來低償，這部分做功的電力叫做有功功率。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是在受旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感應(yīng)作用下轉(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，為建立磁場(chǎng)所消耗的功率與有功功率不同，它是一種不做功的電力，不需要電廠的燃料來補(bǔ)償，稱為無功功率。無功功率不是無用功率，沒有它感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就不能轉(zhuǎn)動(dòng)做功。在交變磁場(chǎng)下工作的用電設(shè)備，同時(shí)存在有功與無功兩種功率。其總功率稱為視在功率，在數(shù)量上等于用功功率和無功功率的幾何和，即（3-10）式中S——視在功率，kV·A；P——有功功率，kW；Q——無功功率，kvar。有功功率與視在功率的比值就是功率因數(shù)，又稱力率，它等于有功功率與視在功率夾角的余弦（見圖3-10），即（3-11）式中COSj——功率因數(shù)。當(dāng)所需的有功功率一定時(shí)，無功功率越小，功率因數(shù)越高；無功功率等于零，功率因數(shù)最高，等于1。通常把功率因數(shù)的高低，作為衡量無功功率所占份額大小的尺度。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)，等于其輸入功率和輸入視在功率之比，即（3-12）式中U——電動(dòng)機(jī)線電壓，kV；I——電動(dòng)機(jī)線電流，A。電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載PN下的功率因數(shù)稱為額定功率因數(shù)COSjN，一般它標(biāo)注在電動(dòng)機(jī)的銘牌上。與效率相似，運(yùn)行功率因數(shù)亦隨負(fù)載率的降低而下降，而且負(fù)載率越低下降越快。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是消耗無功功率最多的用電設(shè)備，它要占電力系統(tǒng)無功功率的70％左右。無功功率的存在，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行和電力用戶均有不利影響。增加無功功率消耗將導(dǎo)致功率因數(shù)下降，從而限制電力系統(tǒng)發(fā)電和輸配電提供有功功率的能力，并增加了包括用戶供電網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的電網(wǎng)輸配電有功損耗和降低了供電電壓。由于無功功率消耗的增加，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了不利影響，所以在電價(jià)制度中對(duì)用戶規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)，超過或低于標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)的用戶將按規(guī)定比例減少或增加應(yīng)收電費(fèi)。這種電價(jià)制度，旨在鼓勵(lì)用戶采取降低無功消耗的措施，以保證電力系統(tǒng)發(fā)揮更大的整體效益。電力用戶的電費(fèi)是按月收繳，月平均功率因數(shù)通過消耗的有功電量和無功電量來計(jì)算（3-13）式中WP——月有功電量，kW·h；WQ——月無功電量，kvar·h。4.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱同步轉(zhuǎn)速，同步轉(zhuǎn)速只與供電頻率和極對(duì)數(shù)有關(guān)（3-14）式中n0——同步轉(zhuǎn)速，r/min；f——供電頻率，Hz，f＝50Hz；p——極對(duì)數(shù)。如前所述，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向是一致的，但總是小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，兩者之間的差稱為轉(zhuǎn)差或滑差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)差率是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)，它可用下式表示（3-15）或

（3-16）式中s——轉(zhuǎn)差率n——異步轉(zhuǎn)速，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n＝n0（1-s）（3-17）或（3-18）當(dāng)轉(zhuǎn)子以速度n在一個(gè)轉(zhuǎn)速等于n0的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)速度等于n'＝n0－n，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的感應(yīng)頻率是（3-19）（3-20）式中f'——轉(zhuǎn)差頻率，即轉(zhuǎn)子繞組頻率，一般f'＝1～3Hz。從式（3-18）可以看到，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法只有三種：一種是改變供電頻率f，二是改變磁極對(duì)數(shù)p，三是改變轉(zhuǎn)差s。

第五章電力拖動(dòng)的調(diào)速技術(shù)一、電力拖動(dòng)的節(jié)電途徑電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，是建立在電磁理論基礎(chǔ)之上的。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)既消耗有功功率，把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；又消耗無功功率，建立必要的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。所以電動(dòng)機(jī)節(jié)電一方面要提高它的運(yùn)行效率，減少有功消耗；另一方面要提高它的運(yùn)行功率因數(shù)，減少無功消耗。電動(dòng)機(jī)的節(jié)電途徑主要有兩個(gè)：一是提高電動(dòng)機(jī)的制造效率，采用高效電動(dòng)機(jī)替代相對(duì)低效的普通電動(dòng)機(jī)，它是提高運(yùn)行效率和功率因數(shù)的基礎(chǔ)，也是長期以來通行的一個(gè)主要節(jié)電技術(shù)措施；二是提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，采用調(diào)速技術(shù)改善啟動(dòng)性能和運(yùn)行特性，提高電力拖動(dòng)的系統(tǒng)效率。電力拖動(dòng)存在的問題有兩個(gè)：一個(gè)是運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)的大多數(shù)，其平均負(fù)載率比較低，即使是高效電動(dòng)機(jī)也經(jīng)常處于低效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)本身功效下降；另一個(gè)是恒速電動(dòng)機(jī)不能滿足工作機(jī)械的調(diào)速要求，采用低效耗能方式完成工藝作業(yè)，使整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)功效下降。它們是電力拖動(dòng)在提高能效方面的主要技術(shù)障礙，也是需求方管理關(guān)注的重點(diǎn)領(lǐng)域。平均負(fù)載率過低的原因很多。比如選用電動(dòng)機(jī)時(shí)不太了解負(fù)載工況，不注意電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)械的容量匹配，認(rèn)為容量大總比容量小好；有的投產(chǎn)后長期達(dá)不到設(shè)計(jì)能力，負(fù)載太輕又總達(dá)不到預(yù)期負(fù)載；有的經(jīng)過工藝改革或技術(shù)改造，工作機(jī)械負(fù)載下降，卻沒及時(shí)更換電動(dòng)機(jī)等等，這就需要以與負(fù)載匹配的高效電動(dòng)機(jī)來替代。還有些需要重載啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，使用與負(fù)載相匹配的普通電動(dòng)機(jī)達(dá)不到啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，只有犧牲容量效益獲得較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，致使電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率下降，采用啟動(dòng)性能好的調(diào)速技術(shù)是提高電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的一個(gè)有效辦法。交流調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，開辟了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速節(jié)電應(yīng)用的新領(lǐng)域。從調(diào)速技術(shù)用途觀察，一類是生產(chǎn)工藝過程控制，另一類是調(diào)速拖動(dòng)節(jié)電。生產(chǎn)工藝過程控制主要為了達(dá)到改善工藝和提高工效的目的，以獲得產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的效益，有些還兼得一定的節(jié)電效果，它廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的生產(chǎn)工藝設(shè)備的控制上。調(diào)速拖動(dòng)節(jié)電的主要目的是提高電力拖動(dòng)系統(tǒng)的整體用能效率，從而獲得節(jié)電效益，主要應(yīng)用在用電負(fù)載率低和工況變動(dòng)較大的風(fēng)機(jī)和泵類等流體設(shè)備的拖動(dòng)上，部分用在用電負(fù)載率低和需重載啟動(dòng)的工作機(jī)械上，它們的節(jié)電效果最為顯著，已經(jīng)成為交流調(diào)速技術(shù)節(jié)電的首要應(yīng)用領(lǐng)域。二、調(diào)速方式的類別根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性表達(dá)式（3-18）可知，它的調(diào)速方式有三大類：頻率調(diào)節(jié)、磁極對(duì)數(shù)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)，比較成熟和廣泛應(yīng)用的有8種通用調(diào)速技術(shù)（見圖3-11）。圖3-11交流電動(dòng)機(jī)主要調(diào)速方式分類圖基于節(jié)能角度，通常把交流調(diào)速分為高效調(diào)速和低效調(diào)速。高效調(diào)速指基本上不增加轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式，在調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)差率基本不變，不增加轉(zhuǎn)差損失，或?qū)⑥D(zhuǎn)差功率以電能形式回饋電網(wǎng)或以機(jī)械能形式回饋機(jī)軸；低效調(diào)速則存在附加轉(zhuǎn)差損失，在相同調(diào)速工況下其節(jié)能效果低于不存在轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式。屬于高效調(diào)速方式的主要有變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速；屬于低效調(diào)速方式的主要滑差調(diào)速（包括電磁離合器調(diào)速、液力偶合器調(diào)速、液粘離合器調(diào)速）、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和定子調(diào)壓調(diào)速。其中，液力偶合器調(diào)速和和液粘離合器調(diào)速屬于機(jī)械調(diào)速，其他均屬于電氣調(diào)速。變極調(diào)速和滑差調(diào)速方式適用于籠型異步電動(dòng)機(jī)，串級(jí)調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方式適用于繞線型異步電動(dòng)機(jī)，定子調(diào)壓調(diào)速和變頻調(diào)速既適用于籠型，也適用于繞線型異步電動(dòng)機(jī)。變頻調(diào)速和機(jī)械調(diào)速還可用于同步電動(dòng)機(jī)。三、調(diào)速方式的技術(shù)特性（1）變極調(diào)速：變極調(diào)速是通過改變定子繞組的極對(duì)數(shù)來改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速的，是無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。由于極對(duì)數(shù)p是整數(shù)，它不能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，只能有級(jí)調(diào)速。根據(jù)式（3-14）可知，在供電頻率f＝50Hz的電網(wǎng)，p＝1、2、3、4時(shí)，相應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n0＝3000、1500、1000、750r/min。改變極對(duì)數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來完成的（見圖3-12），圖3-12中（a）的p＝2，（b）和（c）的p＝1。雙速電動(dòng)機(jī)的定子是單繞組，三速和四速電動(dòng)機(jī)的定子是雙繞組。這種改變極對(duì)數(shù)來調(diào)速的籠型電動(dòng)機(jī)，通常稱為多速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或變極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。多速電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠，運(yùn)行效率高，控制線路很簡(jiǎn)單，容易維護(hù)，對(duì)電網(wǎng)無干擾，初始投資低。缺點(diǎn)是有級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速級(jí)差大，從而限制了它的使用范圍。適合于按2～4檔固定調(diào)速變化的場(chǎng)合，為了彌補(bǔ)有級(jí)調(diào)速的缺陷，有時(shí)與定子調(diào)壓調(diào)速或電磁離合器調(diào)速配合使用。（2）串級(jí)調(diào)速：串級(jí)調(diào)速是在繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入一個(gè)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相反的附加電動(dòng)勢(shì)，用以減少轉(zhuǎn)子電流，降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到調(diào)速的目的。這時(shí)，轉(zhuǎn)子電路內(nèi)不再串入外接附加電阻產(chǎn)生轉(zhuǎn)差損耗，而是將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)或機(jī)軸，是一種高效調(diào)速方式。串級(jí)調(diào)速的典型調(diào)速系統(tǒng)有兩種：一種是電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，另一種是電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)（見圖3-13）。電氣串級(jí)調(diào)速電路是由異步機(jī)轉(zhuǎn)子一側(cè)的整流器和電網(wǎng)一側(cè)的晶閘管逆變器組成。用改變逆變器的逆變角來調(diào)節(jié)異步機(jī)轉(zhuǎn)速，將整流后的直流通過逆變器變換成具有電網(wǎng)頻率的交流，將轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)。電機(jī)串級(jí)調(diào)速電路是把轉(zhuǎn)子整流后的直流作為電源接到一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端，用調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來調(diào)節(jié)異步機(jī)轉(zhuǎn)速，直流機(jī)與異步機(jī)同軸相接，將轉(zhuǎn)差功率變?yōu)橹绷髌鞯妮斎牍β逝c異步機(jī)一起拖動(dòng)負(fù)載，使轉(zhuǎn)差功率回饋機(jī)軸。電機(jī)串級(jí)調(diào)速的調(diào)速范圍不大，又增加了一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，使系統(tǒng)復(fù)雜化，應(yīng)用不多。電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，控制方便，應(yīng)用比較廣泛。串級(jí)調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速效率高，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，初始投資不大。缺點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)干擾大，調(diào)速范圍窄，功率因數(shù)也比較低，與轉(zhuǎn)子串電阻相比，主要是它的效率優(yōu)勢(shì)。（3）變頻調(diào)速：變頻調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率來改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速的，是無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置是頻率變換器，即變頻器，由它來提供變頻電源。變頻器的變流元件目前主要有大功率三極管、晶閘管和可關(guān)斷晶閘管三種。變頻器可分為交－直－交（交流－直流－交流）變頻器和交－交（交流－交流）變頻器兩大類。變頻調(diào)速的突出優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速效率高，啟動(dòng)能耗低，調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，調(diào)速精度很高，操作簡(jiǎn)便，且易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝控制自動(dòng)化。此外，在裝置發(fā)生故障后能自動(dòng)投入人工頻運(yùn)行，不會(huì)影響生產(chǎn)作業(yè)是它最顯著的優(yōu)點(diǎn)。由于它的調(diào)速性能優(yōu)于其他調(diào)速技術(shù)，安裝場(chǎng)地條件又比較靈活，應(yīng)用范圍廣泛，是市場(chǎng)需求增長最快的調(diào)速方式。它的最大缺點(diǎn)是變頻器技術(shù)復(fù)雜，初始投資高（尤其是高壓變頻器），對(duì)電網(wǎng)有干擾，要有較高的使用和維護(hù)技術(shù)。適用于要求調(diào)速范圍寬、起停頻繁、較長時(shí)間低速運(yùn)行的場(chǎng)合，以及調(diào)速精度要求高的過程工藝控制設(shè)備上。（4）定子調(diào)壓調(diào)速：定子調(diào)壓調(diào)速是用改變定子電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)度過程中它的轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式損耗在轉(zhuǎn)子繞組中，屬于低效調(diào)速方式。由于電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，改變定子電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，與某一負(fù)載特性相匹配就可以穩(wěn)定在不同的轉(zhuǎn)速上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。供電電源的電壓是固定的，它用調(diào)壓器來獲得可調(diào)壓的交流電源。傳統(tǒng)的調(diào)壓器有飽和電抗器式調(diào)壓器、自耦變壓器式調(diào)壓器和感應(yīng)式調(diào)壓器，主要用于籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的減壓?jiǎn)?dòng)，以減少啟動(dòng)電流。晶閘管是交流調(diào)壓調(diào)速的主要形式，它利用改變定子側(cè)三相反并聯(lián)晶閘管的移相角來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以做到無級(jí)調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是控制設(shè)備比較簡(jiǎn)單，可無級(jí)調(diào)速，初始投資低，使用維護(hù)比較方便，可以兼作鼠籠機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備。缺點(diǎn)是調(diào)速效率比較低，低速運(yùn)行調(diào)速效率更低；調(diào)速范圍窄，只有對(duì)風(fēng)機(jī)和泵類工作機(jī)械調(diào)速可以獲得較寬的調(diào)速范圍并減少轉(zhuǎn)差損耗；調(diào)速特性比較軟，調(diào)速精度差；對(duì)電網(wǎng)干擾也大。適用于調(diào)速范圍要求不寬，較長時(shí)間在高速區(qū)運(yùn)行的中小容量的異步電動(dòng)機(jī)。（5）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是通過改變繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接附加外接電阻從而改變轉(zhuǎn)子電流使轉(zhuǎn)速改變的方式進(jìn)行調(diào)速的（見圖3-14），為減少電刷的磨損，中等容量以上的繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)還設(shè)有提刷裝置，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)接入外接電阻以減少啟動(dòng)電流，不需要調(diào)速時(shí)移動(dòng)手柄可提起電刷與集電滑環(huán)脫離接觸，同時(shí)使三個(gè)集電滑環(huán)彼此短接起來。串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，控制方法簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，初始投資低，對(duì)電網(wǎng)無干擾。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)差損耗大，調(diào)速效率低；調(diào)速特性軟，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢；外接附加電阻不易做到無級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差。適合于調(diào)速范圍不太大和調(diào)速特性要求不高的場(chǎng)合。（6）電磁離合器調(diào)速：電磁離合器調(diào)速是由籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和電磁離合器一體化的調(diào)速電動(dòng)機(jī)來完成的，把這種調(diào)速電動(dòng)機(jī)稱為電磁離合器電動(dòng)機(jī)，又稱滑差電機(jī)，屬于低效調(diào)速方式。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，主要由籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、渦流式電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵(lì)磁電源等三個(gè)部分組成（見圖3-15），直流勵(lì)磁電源功率較小，通過改變晶閘管的控制角改變直流勵(lì)磁電壓的大小來控制勵(lì)磁電流。它以籠型電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)與其同軸接連的電磁離合器的主動(dòng)部分，離合器的從動(dòng)部分與負(fù)載同軸連接，主動(dòng)部分與從動(dòng)部分沒有機(jī)械聯(lián)系，只有磁路相通。離合器的主動(dòng)部分為電樞，從動(dòng)部分分為磁極，電樞是一杯狀鑄銅體，磁極則由鐵芯和勵(lì)磁繞組構(gòu)成，繞組與部分鐵芯固定在機(jī)殼上不隨磁極旋轉(zhuǎn)，直流勵(lì)磁不必經(jīng)過滑環(huán)而直接由直流電源供電。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞在磁極磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)感生渦流，渦流與磁極磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩將使電樞牽動(dòng)磁極拖動(dòng)負(fù)載同向旋轉(zhuǎn)，通過控制勵(lì)磁電流改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，使離合器產(chǎn)生大小不同的轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到調(diào)速的目的。電磁離合器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可無級(jí)調(diào)速，維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，調(diào)速范圍也比較寬，對(duì)電網(wǎng)無干擾，它可以空載啟動(dòng)，對(duì)需要重載啟動(dòng)的負(fù)載可獲得容量效益，提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載率。缺點(diǎn)是高速區(qū)調(diào)速特性軟，不能全速運(yùn)行；低速區(qū)調(diào)速效率比較低。適用于調(diào)速范圍適中的中小容量電動(dòng)機(jī)。（7）液力偶合器調(diào)速：液力偶合器調(diào)速是指利用液力偶合器作為功率傳遞裝置完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的調(diào)速方式，屬于機(jī)械調(diào)速。液力偶合器是以液體（如礦物透平油）為功率傳遞的中間介質(zhì)，利用其產(chǎn)生的功能傳遞功率的一種機(jī)械裝置，它安裝在籠型感應(yīng)器電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)械中間，在電動(dòng)機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，利用速度控制器調(diào)節(jié)充液量的變化來無級(jí)地調(diào)節(jié)工作機(jī)械地轉(zhuǎn)速，由于它存在轉(zhuǎn)差損耗，是一種低效調(diào)速方式。液力偶合器的旋轉(zhuǎn)部件是功率傳遞的主體部件（見圖3-16），它主要由泵輪、渦輪、輸入軸、輸出軸以及密閉的外殼形成的工作腔所組成，腔體內(nèi)充有工作液體維持主動(dòng)輸入軸和從動(dòng)輸出軸的柔性連接。當(dāng)泵輪從作為原動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)取得能量后，腔內(nèi)工作液體從泵輪葉片獲得的能量以高速?zèng)_擊渦輪葉片，使渦輪連同從動(dòng)軸跟隨泵輪同向旋轉(zhuǎn)，把工作液的能量轉(zhuǎn)化為推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，從而拖動(dòng)工作機(jī)械做功，實(shí)現(xiàn)了泵輪與渦輪之間的能量傳遞?？刂乒ぷ髑粌?nèi)的充液量來調(diào)節(jié)工作機(jī)械的轉(zhuǎn)速和傳遞功率，完成液力偶合器的調(diào)速功能，其中的工作液體是循環(huán)使用的。液力偶合器的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，調(diào)速范圍比較寬，有良好的啟動(dòng)特性，對(duì)電網(wǎng)無干擾，它可以空載啟動(dòng)，對(duì)需要重載啟動(dòng)的負(fù)載可獲得容量效益，提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行負(fù)載率。缺點(diǎn)是調(diào)速效率比較低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，安裝需要場(chǎng)地條件。適用于長期在高速區(qū)運(yùn)行，調(diào)速精度要求不高的中大容量籠型電動(dòng)機(jī)。（8）液粘離合器調(diào)速：液粘離合器調(diào)速是指利用液粘離合器作為動(dòng)率傳遞裝置完成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的調(diào)速方式，屬于機(jī)械調(diào)速。液粘離合器是利用兩組摩擦片之間接觸來傳遞功率的一種機(jī)械設(shè)備，如同液力偶合器一樣安裝在籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械之間，在電動(dòng)機(jī)但速運(yùn)行的情況下，利用兩組摩擦片之間摩擦力的變化無級(jí)地調(diào)節(jié)工作機(jī)械的轉(zhuǎn)速，由于它存在轉(zhuǎn)差損耗，是一種低效調(diào)速方式。液粘離合器功率傳遞的主體部件是兩組彼此穿插的摩擦片（見圖3－17），潤滑油從其中強(qiáng)制通過。兩組摩擦片中的一組稱主動(dòng)摩擦片，與輸入軸接連，另一組稱從動(dòng)磨擦片，與輸出軸連接，利用速度控制器控制離合器工作活塞的油壓來改變兩組摩擦片的間距，通過增減它們之間的壓緊力和相對(duì)滑動(dòng)來傳遞功率，完成液粘離合器的調(diào)速功能。液粘離合器的性能與液力偶合器相似，在調(diào)速效率、調(diào)速范圍和控制過載能力等方面優(yōu)于液力偶合器。同樣，它的調(diào)速效率比較低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力差，安裝需要場(chǎng)地條件。各種調(diào)速方式的一般性能和特點(diǎn)匯總于表3－5之中。表3-5交流電動(dòng)機(jī)主要調(diào)速方式性能表（參考值）調(diào)速方式轉(zhuǎn)子串電阻定子調(diào)壓電磁離合器液力偶合器液粘離合器變極串極變頻調(diào)速方法改變轉(zhuǎn)子串電阻改變定子輸入調(diào)壓改變離合器勵(lì)磁電流改變偶合器工作腔充油量改變離合器摩擦片間隙改變定子極對(duì)數(shù)改變逆變器的逆變角改變定子輸入頻率合和電壓調(diào)速性質(zhì)有級(jí)無極無極無極無極有級(jí)無極無極調(diào)速范圍50％～100％80％～100％10％～80％30％～97％20％～100％2,3,4,檔轉(zhuǎn)速50％～100％5％～100％響應(yīng)能力差快較快差差快快快電網(wǎng)干擾無大無無無無較大有節(jié)電效果中中中中中高高高初始投資低較低較高中較低低中高故障處理停車不停車停車停車停車停車停車不停車安裝條件易易較易場(chǎng)地場(chǎng)地易易易適用范圍繞線型異步機(jī)繞線型異步機(jī)籠型異步機(jī)籠型異步機(jī)籠型異步機(jī)同步電動(dòng)機(jī)籠型異步機(jī)同步電動(dòng)機(jī)籠型異步機(jī)繞線型異步機(jī)異步電動(dòng)機(jī)

同步電動(dòng)機(jī)注資料來源：1.王正華、錢正蒙、楊志榮等，電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)化途徑與對(duì)策研究，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)工程學(xué)會(huì)節(jié)能專業(yè)委員會(huì)，1995；電動(dòng)機(jī)調(diào)速是當(dāng)今電力拖動(dòng)節(jié)電、改善工藝、提高工效、遏制環(huán)境惡化、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步一個(gè)重要的技術(shù)支持手段。應(yīng)當(dāng)指出，由于各種調(diào)速在功能、性能、價(jià)格以及應(yīng)用條件和操作經(jīng)驗(yàn)上的差異，高效和低效調(diào)速、電氣和機(jī)械調(diào)速、低壓中小容量和高壓大容量的調(diào)速裝置都有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，在大力發(fā)展高效調(diào)速方式的同時(shí)絕不能放棄技術(shù)成熟和價(jià)格相對(duì)低廉的低效調(diào)速方式。在調(diào)速方式的選擇上重要的是選擇合適的技術(shù)，提倡因地制宜、講求實(shí)效，既要節(jié)電，又要增益，才可能為調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和電力拖動(dòng)節(jié)電開辟更廣闊的道路。

第六章風(fēng)機(jī)和泵類節(jié)電技術(shù)一、工作機(jī)械的負(fù)載特性負(fù)載特性是指電力拖動(dòng)負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，也叫負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。電動(dòng)機(jī)節(jié)電，特別是調(diào)速節(jié)電，與負(fù)載特性的關(guān)系極為密切，除要了解電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性之外，還要掌握被拖動(dòng)工作機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的特性。典型的負(fù)載特性有恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性、風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載特性三種，見表3-6。表3-6電力拖動(dòng)典型負(fù)載特性表轉(zhuǎn)矩特性恒轉(zhuǎn)矩特性恒功率特性風(fēng)機(jī)泵類特性負(fù)載特性M=恒定值

Pμn·M

PμnP＝恒定值

Mμ1/nMμn2

Pμn3軸功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系軸功率與轉(zhuǎn)速成正比軸功率與轉(zhuǎn)速無關(guān)軸功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比典型負(fù)載起重機(jī)，壓廷機(jī)，機(jī)床平移刀架等金屬切削機(jī)床，恒張力卷取機(jī)等風(fēng)扇，風(fēng)機(jī)，水泵，油泵等注：資料來源，見參考文獻(xiàn)[15]、[20]和[28]。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性指負(fù)載轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n無關(guān)的負(fù)載特性，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大致保持不變，它的軸功率P與轉(zhuǎn)速n是正比關(guān)系。恒功率負(fù)載特性指轉(zhuǎn)速n變化時(shí)軸功率P恒定不變的負(fù)載特性，它的負(fù)載轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n是反比關(guān)系，相當(dāng)一個(gè)雙曲線。風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載特性是負(fù)載轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)速n成平方關(guān)系，相當(dāng)一個(gè)拋物線，它的軸功率P與轉(zhuǎn)速是三次方關(guān)系。由此可見，風(fēng)機(jī)泵類最適合以節(jié)電為目的的調(diào)速運(yùn)行，能夠取得顯著的節(jié)電效益。二、風(fēng)機(jī)和泵類拖動(dòng)調(diào)速的節(jié)電效果風(fēng)機(jī)和泵類是壓縮或傳輸氣體和液體兩種流體的工作機(jī)械。它們的結(jié)構(gòu)和工作特性基本相同，其工作特性主要表現(xiàn)在流量Q、風(fēng)壓或揚(yáng)程H和軸功率P的關(guān)系上。

當(dāng)風(fēng)機(jī)和泵類的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，它們的軸功率與單位時(shí)間的內(nèi)流過的流量和風(fēng)壓或揚(yáng)程的乘積成正比，即PμQ·H(3-21)當(dāng)風(fēng)機(jī)或水泵的轉(zhuǎn)速從n1變到n2后，流量Q1變到Q2，風(fēng)壓或揚(yáng)程由H1變到H2，軸功率則由P1變到P2，它們之間的關(guān)系為(3-22)(3-23)(3-24)由于流量與轉(zhuǎn)速成正比，風(fēng)壓或揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率則與轉(zhuǎn)速的立方成正比，即Pμn3(3-25)風(fēng)機(jī)和泵類的絕大多數(shù)是應(yīng)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)的原動(dòng)機(jī)，它的主要任務(wù)就是按工藝要求傳輸和調(diào)節(jié)流量，因?yàn)槠胀ɑ\型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本身沒有調(diào)速功能，90％以上用調(diào)節(jié)擋板或閘門的開度來調(diào)節(jié)流量。風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備是按最大流量選定的，當(dāng)流量需要減少時(shí)，是通過減少擋板或閘門的開度、增加管網(wǎng)流體阻力的方法來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，導(dǎo)致了風(fēng)機(jī)和泵類運(yùn)行的壓頭損失，其結(jié)果電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率下降不大。由于風(fēng)機(jī)和泵類的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，采用調(diào)速方式調(diào)節(jié)流量替代擋板和閘門的流量調(diào)節(jié)，就會(huì)消除節(jié)流損失和同時(shí)提高風(fēng)機(jī)和泵類的運(yùn)勢(shì)效率，雖然由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的下降會(huì)使其運(yùn)行效率降低，但因風(fēng)機(jī)和泵類運(yùn)行功率的下降幅度很大，電動(dòng)機(jī)的損耗也有所減少，最終使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率大幅度下降（見圖3-18），從而達(dá)到節(jié)電的目的。圖3-18中的曲線1為風(fēng)機(jī)在恒速下的H-Q特性曲線，曲線2為管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線（風(fēng)門擋板全開）。若風(fēng)機(jī)在擋板全開位置，此時(shí)的運(yùn)行點(diǎn)在A，其送風(fēng)量Q1為100％，根據(jù)式（3－21）軸功率與面積AH1OQ1成正比。當(dāng)風(fēng)量需由Q1減少到Q2（如50％風(fēng)量）時(shí)，如采用減小風(fēng)門開度增加管網(wǎng)阻力的方法降低流量，則管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線由2變到3，風(fēng)機(jī)工況由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，軸功率與面積BH2OQ2成正比，它與面積AH1OQ1相比減少不多。若采用調(diào)速方式降低流量，風(fēng)機(jī)H-Q特性曲線下移為曲線4，在同一流量Q2下，軸功率與面積CH3OQ2成正比，它與面積BH1OQ2相比減少甚多，節(jié)省的功率損耗相當(dāng)與面積BH2H3C成正比，可見節(jié)電效果相當(dāng)顯著。理論上，如果流量為額定流量的75％，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速的3/4運(yùn)行，其軸功率為額定功率的42％，與采用擋板或閘門調(diào)節(jié)相比，可減少58％的功率；如果流量下降到額定流量的50％，使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的1/2運(yùn)行，其軸功率為額定功率的1/8，與擋板或閘門調(diào)節(jié)相比，可減少7/8的功率。由于調(diào)速轉(zhuǎn)差功率損耗和控制裝置的附加功率損耗都比調(diào)速減少的功率損耗小得多，實(shí)際節(jié)電效果還是相當(dāng)明顯的。因此，調(diào)速技術(shù)應(yīng)用在負(fù)載率偏低和流量變動(dòng)較大的風(fēng)機(jī)和泵類等流體設(shè)備的電力拖動(dòng)上可獲得顯著的節(jié)電效益，這也是為什么風(fēng)機(jī)和泵類是調(diào)速技術(shù)節(jié)電應(yīng)用重點(diǎn)對(duì)象的主要原因