电机系统节能改造

电机系统节能改造一、概述电机是一种应用量大、使用范围广的高耗能动力设备。

据统计，我国的总装机容量约为4亿千瓦，年耗电量约为6000亿kwh，约占工业用电的70—80%。

我国以中小型电机为主，约占80%，而中小型电机耗损的电量却占总损耗量的90%。

电机在我国的实际应用中，同国外相比差距很大，机组效率为75%，比国外低10%；系统运行效率为30—40%，比国际先进水平低20—30%。

因此在我国中小型电机具有极大的节能潜力，推行电机节能势在必行。

由于异步电机结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠，可用于恶劣的环境等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。

特别是对各行各业的泵类和风机的拖动上非彼莫属，因此，拖动泵类和风机的电机节能工作倍受重视。

随着科学技术的飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术的高度发展和应用使变频器的节能效果更为显著。

它不但能实现无级调速，而且在负载不同时，始终高效运行，有良好的动态特性，能实现高性能、高可靠性、高精度的自动控制。

相对于其它调速方式（如：降压调速、变极调速、滑差调速、交流串级调速等），变频调速性能稳定、调速范围广、效率高，随着现代控制理论和电力电子技术的发展，交流变频调速技术日臻完善，它已成为交流电机调速的最新潮流。

变频调速装置（变频器）已在工业领域得到广泛应用。

使用变频器调速信号传递快、控制系统时滞小、反应灵敏、调节系统控制精度高、使用方便、有利于提高产量、保证质量、降低生产成本，因而使用变频器是厂、矿企业节能降耗的首选产品。

变频电机节电器是一种革命性的新一代电机专用控制产品，基于微处理器数字控制技术，通过其内置的专用节电优化控制软件，动态调整电机运行工程中的电压和电流，在不改变电机转速的条件下，保证电机的输出转矩与负荷需求精确匹配，从而有效避免电机因出力过度造成的电能浪费。

交流电动机是当前应用最广泛的电机，约占各类电动机总数的85%，它具有结构简单、价廉、不需维护等优点，但它的弱点是调速困难，因而在许多应用场合受到限制或借助机械方式来实现调速。

变频器就负载类型而言主要有两方面的典型应用：1、恒转矩应用；2、变转矩应用。

就应用的目的而言主要有：1、以改进工艺为主要目的，确保工艺过程中的最佳转速、不同负载下的最佳转速以及准确定位等。

以其优良的调速性能，提高生产率、提高产品质量、提高舒适性，使设备合理化，适应或改善环境等。

2、以节能为主要目的——以流量或压力需要调节的风机、泵类机械的转速控制来实现节能，改造效果非常显著。

二、变频调速的原理在企业所使用的耗电设备中风机、水泵、空压机、液压油泵、循环泵等电机类负载占绝大多数。

由受到技术条件限制，这类负载的流量、压力或风量控制系统几乎全部是阀控系统，即电机由额定转速驱动运转，系统提供的流量、压力或风量恒定，当设备工作需求发生变化时，由设在出口端的溢流、溢压阀或比例调节来调节负载流量、压力或风量、从而满足设备工况变化的需要。

而经溢流溢压阀或比例调节阀溢流溢压后，会释放大量的能量，这部分耗散的能量实际上是电机从电网吸收能量中的一部分，造成了电能极大的浪费。

从这类负载的工作特性可知，其电机功率与转速立方成正比，而转速又与频率成正比。

如果我们改变电机的工作方式，让它不总是在额定工作频率下运转，而是改由变频调整控制系统进行启停控制和调整运行，则其转速就可以在0~2900r/min的范围内连续可调，即输出的流量、压力或风量也随之可在0~100%范围内连续可调，使之与负载的工作需要求精确匹配，从而达到节能降耗的目的。

交流电机转速如下：n=60f(1-s)/p式中：n=电机转速f=电源频率p=电机的极对数s=转差率由式可见，交流电动机的同步转速n与电源频率f成正比，所以改变电源频率就能改变电机转速，从而实现调速的目的。

三、变频调速节电原理变频调速节电，顾名思义，变频调速才能节电。

下面主要对两类典型负载应用的节电原理作一下分析。

（1）、恒转矩负载类应用恒转矩负载即不管转速如何变化，负载转矩是恒定的。

如下公式：P=K*T*NK=系数P=轴功率T=负载转矩N=转速从上述公式可以看到，轴功率与电机的转速成正比，当由于工艺的需要而调整电机速度时，自然可以达到相应比例节电的目的。

（2）、变转矩负载类应用离心风机、泵类是属于典型的变转矩负载，其工作特点是：大多数是长期连续运行，由于负载转矩与转速的平方成正比，所以一旦转速超过额定转速，就会造成电机的严重过载，因此风机、泵类一般不超过额定频率运行。

四、产品特性节电效益显著，节电率高达20%~60%；平滑启动，消除启动时的冲击电流，启动时电机电流可限制在其额定电流的150%之内；减少电机发热及运动部件的磨损程度，有效延长电机使用寿命，降低维修成本；微电脑智能控制，自动适应、自动跟随，无需人工调整；市电及节电状态自动转换，故障自动报警，不影响正常工作。

适用范围：注塑机、空压机、立窑风机、水泵等流量、压力及风量需要调节的电流电动机；冲床、流水线、传送带、起重机等可以调节转速的交流电动机；其他由于工艺需求需调节转速的交流电动机。

不改变电机转速，完全不同于变频器的新型节能装置五、变频调速在不同行业的典型应用对象变频调速技术以其优异的调速性能、高效率、高可靠性在各行各业有着广泛的应用，现举例如下：冶金——轧钢机、辊道、高炉风机、泵、起重机械、高炉送料、钢厂抛光等。

轧钢制线——拉线机、卷绕机、鼓风机、泵、起重机械、定长剪切、自动送料钢铁——轧机、辊道、风机、泵、起重机、钢包车、转炉倾动等。

电线业——拉丝机、卷绕机、鼓风机等。

化工——挤压机、胶片传送带、搅拌机、离心分离机、压缩机、鼓风机、喷雾器、泵等。

石油——输油泵、电潜泵、注水泵、抽油机等。

化纤和纺织——纺纱机、精纺机、织机、梳棉机、浆纱机、中央空调、鼓风机、泵类等。

汽车制造业——传送带、搬运车、涂料搅拌、中央空调、电瓶车等。

机床制造业——车床、龙门刨、铣床、磨床、机械加工中心、剃齿机等。

电子制造业——中央空调、风机、泵、空压机、注塑机、传送带等。

造纸业——造纸机、造纸机械、风机、泵、粉碎机、搅拌机、鼓风机等。

食品——制面机、制点心机、传送带、搅拌机等。

煤气、自来水——压缩机、鼓风机、泵、搬运机等。

水泥——回转窑、起重机械、鼓风机、泵、主传动电机、传送带、振动给料机、立窑风机等。

矿业——泥浆泵、传送带、提升机、切削机、掘削机、起重机、鼓风机、泵、压缩机等。

交通——电动汽车、电力机车、船舶推进、装卸机械、空压机、电缆车等。

装卸搬运——自动仓库、搬运车、粉体运送器、输出传送带等。

建筑——电梯、传送带、空调设备、鼓风机、泵等。

塑胶——橡胶截断机、注塑机、压出机、塑料薄膜生产线等。

生活、服务——空压机、缝纫机、电风扇、工业及家庭用洗衣机等。

物流——立体车库、自动仓库、传送带等。

电力——锅炉鼓用鼓风机、给水泵、离心混料机、传送带、扬水发电站、飞轮等。

宾馆酒店、大厦——中央空调系统、电梯等。

农业——制茶机、水泵、离舍通风、粮库通风等。

试验研究——电机对拖试验实验装置、主轴实验装置、离心分离机等。

六、关于变频调速节电的几点注意事项变频调速节电，调速才能节电，如果一台设备在实际应用的过程中根本都不需要或不能调速，装了变频器，不但达不到节电效果反而会增加能耗。

现就离心风机、泵类负载作以下说明。

风机、泵类采用变频调速调节流量的方法，是一种有效且节能的方法，这已被许多工程实例所证明，也被普遍接受。

然而需要说明的是，并不是任何风机、泵类负载使用变频调速均可实现节能。

一台风机或泵能否节能，节能多少，变频调速投资有没有价值，这都与风机或泵组实际运行工况有关。

由前所述，要实现变频调速节能的必备条件是：在风机或泵的整个工作周期中，存在比较大的富裕流量。

有些系统运行时负荷就比较满，没有多少溢流或放空的情况，此时采用变频装置就不仅达不到节能的目的，还会由于是变频器的自身功率损耗而增添系统损耗。

虽然风机，泵类是平方律负载，其轴功率与转速的立方成正比，但在实际应用中并不是转速越低系统就越节能。

主要是因为风机或泵与电机连成一体，在低速区系统的效率会大大降低，所以在进行变频调速范围不宜太大，一般在额定转速的50%以上。

另外，不管采取何种调速方式，都要以满足生产工艺要求为前提，特别是风机、泵类负载进行变频调速时需要考虑系统对维持生产所需的最小扬程、压力或流量的要求。

七、应用环境对变频器的要求虽然变频器有很多优点，但由于变频器使用电力电子器件如：整流桥、GTR、IGBT、IGCT等，在运行时会产生高次谐波、电磁辐射、传导、射频发射等电力电子污染。

随着电力电子设备的大量应用，电力电子污染问题越来越大，如果不从根本上加以解决，必将造成诸如控制系统瘫痪、频繁误动作等不良后果。

所以，对变频器的应用也提出了必须满足一些行业标准的要求。

如对于是谐波污染问题有IEEE519-1992和国标GB加以规范。

解决谐波污染问题的办法主要有增加交流进线电抗器、采用多脉冲整流技术等。

对于电磁辐射、传导、射频发射等电力电子污染有EMC标准EN61800-3加以规范。

EMC产品标准EN61800-3定义了第一类和第二类环境的概念，第一类环境指的是民用建筑以及不经过变压器而直接从民用设施上引出低压供电电源的工业环境。

第二类环境指的是不直接从民用设施引出低压供电电源的工业环境。

变频器在第一类环境（如：机场、医院、电视台、广播中心等）应用时，需要选用第一类环境EMC滤波器；变频器在第二类环境应用时需要满足二类环境EMC标准，变频器需要采用EMC封装技术或选配第二类环境EMC滤波器。

八、相应的节电率（1）、以改进工艺为主要目的的，节电率只有0~30%。

（2）、以节能为主要目的的，节电率有20%~60%。

九、控制方式一拖一或一拖多；以几台变频器联网控制。