第4节电机系统节能技术

合理选择电动机容量 调速原理及控制方式 变频调速节能分析 变频调速应用实例
一、了解内容
（一）电动机系统的组成及目前的运行状况：
1.电机系统的组成：包括电动机、被拖动装 置、 传动系统、控制系统以及管网负荷等，电 机系统首先是通过电动机将电能转化为机械能， 再通过被拖动装置做功，实现所需的各种功能 。
二、理解要点
（一）电动机的分类
1.根据工作电源的不同，可将电动机分为交 流电动机和直流电动机，其中交流电动机又分为 单相电动机和三相电动机，异步电动机和同步电 动机。
2.按转子结构分类，可将异步电动机分为笼 型感应电动机和绕线转子感应电动机。
(二)异步电动机运行时存在损耗
1）定子铜损：电流通过定子绕组时电阻产 生的功率损耗（2）转子铜损：转子电流在 转子导体中产生的功率损耗（3）铁心损耗： 主要是定子铁心的磁滞损耗和涡流损耗（4） 机械损耗：电动机的轴承摩擦和转动时的 风阻产生的损耗（5）附加损耗：主要是由 集肤效应引起的附加铜损，谐波引起的附 加铁损。
转速特性：随着负载功率的增加，电动机电流增 大，电磁转矩上升，转速下降，异步电动机的转 速特性曲线是一条略下斜的曲线。
转矩特性：异步电动机的输出转矩： 转速的变 换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。 转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直线）
• 电流特性：空载时电流很小，随着负载电流 增大，电机的输入电流增大。
接近。这样既节能又能保证泵正常工作。
• 2.风机类负载特性
风机的流量与全压之间的关系称为风机的流量 全压特性曲线，标称Q-P特性曲线。风机的流 量和轴功率之间的关系称为风机的流量轴功率 特性曲线，标称Q-N特性曲线。
3.同步电动机的工作特性，包括电流特性，转 矩特性，功率因数特性，效率特性。
（五）常用机械负载的特性
1、水泵类负载特性
水泵的流量和扬程之间的关系称为水泵的流 量扬程特性曲线，一般标称为Q-H特性曲线。 水泵的流量和轴功率之间的的关系称为水泵 的流量轴功率特性曲线，一般标为Q-N特性 曲线。一般水泵厂家在水泵出厂时，给出水 泵在额定转速下测试的Q-H曲线和Q-N曲线。
高效化和智能化；电机系统要变频化和信息化； 现有系统和设备进行改造，以先进的电力电子 技术传动方式改造传统的机械传动方式，采用 交流调速取代直流调速，采用配有减速装置的 电气传动系统，采用基于现场总线的多功能可 通讯智能电机等；优化电机系统的运行和控制， 推广软起动装置、无功补偿装置、计算机自动 控制系统等，这都将使电机系统取得可观的节 能效果。
• 水泵类负载特性
H,N,η
3
1 2
Q
1—Q-H特性曲线 2—Q-N特性曲线 3—Q-η特性曲线
•水泵的运行效率η与Q、H、N之间的关系式： η=K× Q×H/N K为常数
•离心泵最高效率点的工况称为最佳工况点，最 佳工况点一般为设计工况点。一般离心泵的额 定参数即设计工况点和最佳工况点相重合或很
2.研制新型稀土永磁电机。稀土永磁材料 是一种高性能功能材料，是高新技术产业的基 础材料，在电机中使用永磁体可使电机产品小 型化、高性能化，与电力电子技术结合，可以 实现速度、转矩可调的机电一体化。
3.电机控制技术的发展趋势是智能化、模 块化、网络化、微型化、通用化等发展
4.电动机系统节能技术的发展趋势。电机要
果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大 （漏电抗与频率正比），从而引起功率因数 下降。
异步电动机的工作特性
1.转速特性 nf(P) 2.转矩特性 Tf(P) 3.电流特性 I f(P) 4.效率特性 f(P)
n
η
cosφ I T
P
2.直流电动机的工作特性，包括转速特性，电 流特性，转矩特性，效率特性
2、电动机系统运行现状： 1）.电动机及拖动设备效率低。电机产品效 率比国外先进水平低2%～5%；风机、泵、压缩 机产品效率比国外先进水平低2%～4%。
2)系统运行效率低。系统匹配不合理，“大
马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运 行,大部分风机、泵采用机械节流方式调节， 系统运行效率比国外先进水平低10%～ 20%.
第四节 电机系统节能技术
知识 结构
电 机 系 统 节 能 技 术
概述
普通电动机的工作特性 制冷压缩机节能技术 常用机械负载的特性 空气压缩机节能技术 风机和泵类负载节能 电动机软启动节能技术 电动机的经济运行
变频调速节能技术 电动机的发展方向
电动机系统的组成及运行状况 感应电动机工作特性 直流电动机工作特性 同步电动机工作特性 水泵风机类负载特性 恒功率恒转矩类特性 风机与泵的选择 电动机的选择
• 效率特性：其中铜耗随着负载的变化而变化 （与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损 耗近似不变； 效率曲线有最大值，可变损耗 等于不变损耗时，电机达到最大效率。 异步电动机额定效率载74-94%之间；最大 效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。
• 功率因数特性：空载时，定子电流基本上用 来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也 很低； 随着负载电流增大，输入电流中的 有功分量也增大，功率因数逐渐பைடு நூலகம்高； 在 额定功率附近，功率因数达到最大值。 如
（三）三相异步电动机直接启动对电动机有 何危害
电动机直接启动时电流很大，造成电动机 的损耗增加，使电动机绕组发热，加速边 缘老化，影响电动机的使用寿命；同时机 械冲击过大往往会造成电动机转子鼠条、 端环断裂、转轴扭曲、传动齿轮损伤和皮 带撕裂等问题 .
（四）普通电动机的工作特性 （P73）
1.异步电动机的工作特性，包括转速特性， 电流特性，转矩特性，功率因数特性，效率特性 （特性曲线见下图）。
(二)电机系统节能改造的技术途径
1、加速淘汰更新落后设备；
2、改善电机拖动系统调节方式，推广变频调 速、永磁调速等先进电机调速技术，合理 匹配电机系统，消除“大马拉小车现象”；
3、优化电机系统的运行和控制，推广软起动 装置和无功补偿装置，通过过程控制，合
（三）电动机的发展方向（4个）
1.推广高效节能电机。Y3系列和YX3系列 的平均效率为90.5%，比Y系列电机大约提高 了3%左右，与发达国家的高效电机的水平相 当。《中小型三相异步电机能源效率实施细则》 规定从2008年6月1日起中小型三相异步电机 产品必须贴上能效标识，否则不得进入市场。