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*N

K=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