電動機技術(shù)論文(2)
電動機技術(shù)論文
電動機技術(shù)論文篇二
電動機節(jié)電技術(shù)淺析
摘 要：節(jié)能是當(dāng)前世界各國都很重視的一個課題，電能節(jié)約是節(jié)能的一個重要方面。而電動機是使用最廣泛的電氣設(shè)備之一，所消耗的電能約占全部工業(yè)生產(chǎn)用電的60%，其節(jié)電問題顯得十分重要。做好電動機電能節(jié)約對提高企業(yè)的經(jīng)濟效益及促進國民經(jīng)濟的發(fā)展，具有十分重要的意義。本文從感應(yīng)電動機電能節(jié)約、直流電動機電能節(jié)約、電動機的調(diào)速節(jié)電及提高電動機的功率因數(shù)幾個方面淺析了電動機的節(jié)電問題。
關(guān)鍵詞：電動機 節(jié)電技術(shù) 淺析
中圖分類號：TD637 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791(2014)04(b)-0111-02
能源是發(fā)展國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)，也是制約國民經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素。因此，在加強能源開發(fā)的同時，必須大力降低能源消耗，提高能源的利用程度。電能是一種高價的二次能源，它只利用了一次能源的30%左右。工業(yè)用電約占全國電能消耗的70%以上，而電動機所消耗的電能約占全部工業(yè)生產(chǎn)用電的60%，其節(jié)電問題顯得十分重要。電動機的節(jié)電主要應(yīng)從選用高效電動機、合理選擇和使用電動機、合理選擇調(diào)速方式以及提高功率因數(shù)幾個方面綜合考慮、采取措施。
1 感應(yīng)電動機電能節(jié)約
對于感應(yīng)電動機，電動機的損耗包括銅損、鐵損、機械損耗及雜散損耗。鐵損和機械損耗是固定損耗，不隨負載變化;銅損和雜散損耗隨電流平方變化，但雜散損耗所占比重很小。在運行中，當(dāng)不變損耗等于可變損耗時效率最高。一般認為，標(biāo)準(zhǔn)電動機的最高效率設(shè)計在80%～100%額定容量間，高效電動機大致在額定容量時效率最高。感應(yīng)電動機可可采取以下方法節(jié)電。
(1)選用合適的電動機，電動機的負載率不能低，通常在額定容量附近時效率和功率因數(shù)最高，使它具備與其拖動的生產(chǎn)機械相適應(yīng)的負荷特性，能在各種狀態(tài)下穩(wěn)定運行。在選擇電動機時應(yīng)作比較。
(2)避免電動機空載或輕載運行。
(3)負載率在50%以下時通?？刹捎们袚Q開關(guān)，將接線的電動機以接線方式運行。負載率降低時也可采用輕載節(jié)電器。節(jié)電器為一交流調(diào)壓器，可檢測負載狀態(tài)，自動降低電動機輸入電壓，降壓運行。由于感應(yīng)電動機在一定負載下當(dāng)端電壓降低時，轉(zhuǎn)速減低，且效率和功率因數(shù)升高，故可節(jié)電。但應(yīng)注意，電機的輸出轉(zhuǎn)矩隨電壓平方而變化，電壓降低后的轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足負載轉(zhuǎn)矩的需要，降壓后的電機功率應(yīng)大于負載功率。輕載降壓運行一般適用于小容量電機。
(4)容量較大的電動機，在其額定容量大于負載需要且條件合適時，可采用感應(yīng)電動機同步化的辦法，使其以同步電動機的方式運行，向電網(wǎng)輸出無功功率，改善電網(wǎng)功率因數(shù)。
(5)對于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速平方而變化的負載，如風(fēng)機、水泵等采用調(diào)速節(jié)電的辦法最為有效。
(6)對于電動機的輔助設(shè)備如交流接觸器、低壓配電盤等，選用節(jié)能型設(shè)備，減少配電裝置本身電耗。
2 直流電動機電能節(jié)約
直流電動機有良好的變速性能，只要改變磁通就可進行調(diào)速。所以直流電動機的節(jié)能主要在于電動機與運行特性相匹配，或?qū)χ绷麟娫催M行更換。從效率的觀點看，直流電動機的額定輸出越大，效率越高。當(dāng)電機的可變損耗和不變損耗相等時，效率最高。通常直流電動機設(shè)計在負載率為70%～ 100%時效率最高。在一定的轉(zhuǎn)矩下，不論是電壓控制還是磁場控制，一般都在額定轉(zhuǎn)速時效率最高，轉(zhuǎn)速降低時效率下降。直流電源的效率以晶閘管供電為高(可達95%以上)，電動發(fā)電機組的效率較低(75%～90%)。
選擇電動機容量時使其運行的負載率在最高效率范圍內(nèi)，一般接近于額定值。在單機制作極限內(nèi)，因額定輸出大的電機效率高，通常選用單臺大型的電機有利。電機額定電壓的選定，在允許情況下以電壓高為有利，可以減小電纜的電能損耗和電壓降?？刹扇∫韵路椒ü?jié)電。
(1)直流電源選用晶閘管供電方式。
(2)電動機的負載接近額定容量。
(3)調(diào)速時，盡量避免采用在電樞串聯(lián)電阻的方式，因電阻上會引起較大電耗。應(yīng)采用高效調(diào)速方式，如改變晶閘管供電電源的電壓和用斬波器調(diào)節(jié)直流電壓，這兩種方式的損耗都很小。在他激電動機上，用晶閘管改變勵磁電壓、改變磁通而調(diào)速，損耗也小。
3 同步電動機電能節(jié)約
同步電動機的節(jié)電主要在于調(diào)節(jié)其功率因數(shù)。與感應(yīng)電動機相比較，它的轉(zhuǎn)速恒定不變，與負載大小無關(guān);而它的功率因數(shù)是可調(diào)的，能在的情況下運行;在運行中還可以調(diào)節(jié)勵磁電流。若增加它的勵磁電流，同步電動機就在過勵狀態(tài)下運行，功率因數(shù)角超前;若減少它的勵磁電流，同步電動機就在欠勵狀態(tài)下運行，功率因數(shù)角滯后。使同步電動機在過勵狀態(tài)下運行，即在超前功率因數(shù)角情況下運行，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，節(jié)約電能。
4 電動機的調(diào)速節(jié)電
各種調(diào)速系統(tǒng)除可以調(diào)速外，有的還可以達到節(jié)能目的，這與采用的調(diào)速方式及負載特性有關(guān)。對于恒轉(zhuǎn)矩負載，有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速系統(tǒng)不能達到節(jié)能目的，因為調(diào)低轉(zhuǎn)速時減小的負載功率為增加的轉(zhuǎn)差損耗所抵消;高效調(diào)速系統(tǒng)對各種特性的負載都能得到節(jié)能效果。對于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速平方而變化的負載，調(diào)速節(jié)能的效果較好。
4.1 交流感應(yīng)電動機的節(jié)電調(diào)速方式
(1)利用電磁轉(zhuǎn)差離合器的節(jié)電調(diào)速。
電磁轉(zhuǎn)差離合器原理結(jié)構(gòu)如(圖1)所示，由電樞和磁極兩部分組成，磁極部分由磁極與勵磁繞組組成。電樞部分與電動機的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接，以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，是主動部分;磁極部分與機械負荷的轉(zhuǎn)軸相聯(lián)，是從動部分，轉(zhuǎn)速為。當(dāng)勵磁繞組通入直流勵磁電流后，電磁轉(zhuǎn)差離合器的磁路里產(chǎn)生磁通，旋轉(zhuǎn)的電樞切割氣隙磁通，電樞中感生電流，這個電流與磁通作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。因主動部分已有電動機帶動，從動部分隨主動軸的方向旋轉(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)差離合器通過改變勵磁電流可隨意調(diào)整磁極的轉(zhuǎn)速，從而改變機械負荷的轉(zhuǎn)速。
利用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，在接近額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(90%額定轉(zhuǎn)速以上)運轉(zhuǎn)時，效率比電流型變頻調(diào)速和直流電動機調(diào)速的效率都高，功率因數(shù)也高，節(jié)電效果明顯。這種調(diào)速方式特別適用于負荷轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的風(fēng)機和泵類負荷及恒轉(zhuǎn)矩造紙機、皮帶機等負荷。但離合器存在摩擦轉(zhuǎn)矩和剩磁，因此在負荷轉(zhuǎn)矩低于10%額定轉(zhuǎn)矩時，可能使控制功能變壞，甚至失控，所以這種調(diào)速方式不適于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比的吊車類負荷。 (2)利用液力耦合器調(diào)速，液力耦合器的原理結(jié)構(gòu)如圖2所示，它主要有兩個帶有徑向葉片的碗狀工作輪組成。主動軸帶動的稱泵輪，帶動從動軸的稱為渦輪。兩輪對置，兩者之間保持一定間隙，兩個碗狀結(jié)構(gòu)形成一個腔室―― 循環(huán)圓。當(dāng)泵輪旋轉(zhuǎn)時并向腔室內(nèi)充以工作液體，液體在泵輪內(nèi)獲得動能，進入渦輪后，其動能變成機械能，從而帶動從動軸，實現(xiàn)功率傳遞。調(diào)節(jié)循環(huán)環(huán)內(nèi)的液量，就可實現(xiàn)從動軸的無極調(diào)速，節(jié)約電能。這種方式適用于大功率的風(fēng)機和泵類負荷。
三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機使用晶閘管串極調(diào)速，晶閘管串極調(diào)速的原理電路如圖3所示，繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)二極管整流為直流電壓，在由晶閘管逆變器將(逆變器電壓)逆變?yōu)榻涣麟妷海β式?jīng)變壓器反饋到交流電網(wǎng)。此時可視為加到電動機轉(zhuǎn)子繞組的電動勢，控制逆變角就可改變的數(shù)值，亦即改變了引入轉(zhuǎn)子電路的電動勢，從而實現(xiàn)了繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機的串極調(diào)速。這種調(diào)速方式可實現(xiàn)無極平滑調(diào)速，消除轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時的電阻發(fā)熱，減小損耗，節(jié)約電能。
如采用常規(guī)的晶閘管串極調(diào)速，由于電流滯后電壓導(dǎo)通，不但電機本身需要吸收無功功率，而且逆變器也要吸收無功功率，從而使功率因數(shù)進一步降低，功率因數(shù)在0.4～0.6之間。而超前導(dǎo)通的晶閘管串極調(diào)速，是應(yīng)用一種可關(guān)斷的晶閘管，在門極加正向脈沖電流能使其導(dǎo)通，加反向脈沖電流能使其關(guān)斷的器件。依靠此特性使電流超前電壓，從而可使功率因數(shù)提高到0.9以上，達到節(jié)電目的。
(3)利用變頻調(diào)速，感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速，改變電源的頻率可以調(diào)節(jié)交流電動機的同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，基本上與成正比。因此平滑改變頻率，即可平滑調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，從而滿足機械負荷的要求，節(jié)約電能。
變頻調(diào)速對于鼠籠型和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機都適用。這種調(diào)速方式具有優(yōu)異的性能，調(diào)速范圍大，平滑性較好，變頻時電源電壓按不同規(guī)律變化，可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負荷的要求，現(xiàn)以得到廣泛應(yīng)用。
4.2 直流電動機的節(jié)電調(diào)速方式
(1)晶閘管-電動機組調(diào)速方式
用晶閘管把交流電變成直流電，形成可變的電壓接在電樞上。調(diào)整晶閘管觸發(fā)脈沖的相位，可把輸出的直流電壓和電流控制在任意正負值上，從而轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都可以自由調(diào)節(jié)。這種調(diào)速方式，在主電路上沒有電阻，因此主電路沒有損耗，即使在低速范圍內(nèi)損耗也不增加。另一方面，通過逆變器使電流極性反向，進行制動。制動能量全部反饋到交流側(cè)而回收(再生制動)，而且從全速到低速的整個范圍內(nèi)均可進行制動。由此可知，從節(jié)電方面看，也是一種最佳的制動方式。其原理電路如圖4所示。
(2)晶閘管斬波器調(diào)速方式，將直流電源的恒定直流電壓變換為可調(diào)直流電壓的晶閘管裝置，稱為直流斬波器。直流斬波器以晶閘管作為直流開關(guān)，控制負荷電路的接通與關(guān)斷，使負荷端得到大小可調(diào)節(jié)的直流平均電壓。主電路沒有電阻，而且也可以再生制動，因此是一種節(jié)電的調(diào)速方式。其原理電路如圖5所示，這種調(diào)速方式起動平穩(wěn)，調(diào)速特性好，節(jié)電效果顯著。
5 提高電動機的功率因數(shù)
提高功率因數(shù)也是電動機節(jié)電的重要方面?？刹扇∫韵路椒ㄌ岣唠妱訖C的功率因數(shù)。
(1)合理選擇電動機的容量。使負荷率在70%以上，可使功率因數(shù)相應(yīng)提高。
(2)采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)速方式。
(3)對負荷不足的電動機降低外施電壓。
?、偃绻L期輕負荷運行的感應(yīng)電動機，其定子繞組原為接法，可改接，使每相繞組電壓降為原來的，從而定子旋轉(zhuǎn)磁場也降為原旋轉(zhuǎn)磁場的，使電動機的鐵損相應(yīng)的減小，電動機的功率因數(shù)提高。
?、谌绻L期輕負荷運行的電動機，調(diào)換較小容量的電動機受條件限制，定子繞組又不變改為接時，則可將定子繞組分段改接，如(圖6)所示。使電動機定子繞組每相由原來的三個并聯(lián)支路改接為兩個并聯(lián)支路，使每段繞組承受的電壓減小，從而定子鐵心磁通減小，鐵損降低，功率因數(shù)提高。
(4)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機同步化運行。
在繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機異步起動后，向定子繞組通入直流電進行勵磁，使其變?yōu)橥诫妱訖C運行。這樣可節(jié)約無功電能，甚至把感應(yīng)電動機改為容性負荷向電網(wǎng)供給無功功率，使功率因數(shù)大大提高。
(5)減少電動機的空載損耗。
感應(yīng)電動機的空載損耗主要是無功功率損耗，而各種生產(chǎn)機械在生產(chǎn)過程中又有不同的空載時間。對于空載運行時間超過5min的中小型電動機，應(yīng)及時停機。當(dāng)電動機在工作周期內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)上述情況，應(yīng)安裝空載自停裝置，減小有功及無功損耗，提高自然功率因數(shù)。
(6)提高電動機的檢修質(zhì)量。
感應(yīng)電動機的檢修質(zhì)量對功率因數(shù)影響較大，因此，在檢修電動機時應(yīng)注意提高檢修質(zhì)量，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
(7)采用同步電動機。
前面同步電動機節(jié)電已述。
綜合所述，要做好電動機的節(jié)電，應(yīng)根據(jù)實際情況，綜合考慮，采取與之相適應(yīng)的方法和措施，才能取得顯著的節(jié)電效果。
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