畢業(yè)論文機電一體化end

1、 畢業(yè)設計說明書畢業(yè)設計說明書三相異步電動機節(jié)能性能與經(jīng)濟性分析三相異步電動機節(jié)能性能與經(jīng)濟性分析*analysis of triple-phase asynchronous motor energy-saving performance and economy*學院（部）： 繼續(xù)教育學院 專業(yè)班級：2011 級機電一體化學生姓名： 曹先俊 指導教師： 方教授 2013 年 05 月 15 日安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文三相異步電動機節(jié)能性能與經(jīng)濟性分析摘 要 論述了三相異步電動機節(jié)能的幾種方法，包括電機的合理選擇與使用，保證供電電壓質(zhì)量和電機就地無功補償?shù)?。論述了變頻器在風機和壓縮機

2、上節(jié)能的分析與運用，能明顯提高三相異步電動機的效率。恰當?shù)剡\用這些方法，能較大程度地提高電動機運行時的效率和功率因數(shù)，通過運用這些方法進行節(jié)能計算能明顯的顯示三相異步電動機的節(jié)能效果。關鍵字關鍵字: : 三相異步電動機三相異步電動機; ; 變頻器變頻器; ; 節(jié)能節(jié)能; ;安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文analysis of triple-phase asynchronous motor energy-saving performance and economyabstract/discusses the triple-phase asynchronous motor, several

3、methods, including the rational selection and use of the motor to ensure the quality and the motor in placc of the supply voltage reactive power compensation. discusses the analysis and utilization of the inverter energy-efficient fans and compressors, can significantly improve the efficiency of the

4、 triple-phase asynchronous motor. the appropriate use of these methods can improve the efficiency and power factor when the motor is running, energy-efficient computing through the use of these methods to display the energy saving effect of the triple-phase asynchronous motor. keywor：triple-phase as

5、ynchronous motor；motor inverter; energy-saving.安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 0目目 錄錄目 錄.1第 1 章 緒論.21.1 電動機節(jié)能的研究背景.21.2 三相異步電機節(jié)能節(jié)能研究意義.2第 2 章 三相異步電動機的工作原理介紹.42.1 三相異步電動機的構(gòu)造介紹.42.2 三相異步電動機的工作原理.4第 3 章 電動機節(jié)能方面的分析與研究.63.1 目前在電機節(jié)能方面存在的主要問題.63.2 電動機損耗分析.63.3 電動機的選用.83.4 電動機節(jié)能原理.83.5 電動機的節(jié)能途徑.9第 4 章 三相異步電機節(jié)能分析與應用實例.11

6、4.1 電動機的合理選型和節(jié)能改造.114.2 電動機啟動和運行形式的合理設計.114.3 電動機的調(diào)速節(jié)能.134.4 電動機的功率因數(shù)補償.134.5 實際應用舉例計算.13第 5 章 變頻調(diào)速節(jié)能分析與研究.165.1 異步電動機常用調(diào)速技術.165.2 異步電動機常用調(diào)速方式性能比較.165.3 低壓、高壓變頻調(diào)速簡解.175.4 經(jīng)濟效益分析.185.5 小結(jié).19小結(jié).20致謝.21參考文獻.22安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 1第第 1 1 章章 緒論緒論1.11.1 電動機節(jié)能的研究背景電動機節(jié)能的研究背景能源是社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，也是提高人們的生活水平的先決條

7、件。人類社會要發(fā)展，必須建立在大量消耗能源的基礎上。然而現(xiàn)有的不可再生資源己經(jīng)被人類過度消耗。能源問題已成為當今世界各國普遍關注的首要問題。其中新能源的開發(fā)研究和節(jié)能技術研究更是當前世界各國普退關注的熱點問題。長期以來能源一直是我國國民經(jīng)濟發(fā)展中的熱點和難點，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源生產(chǎn)和消費的矛盾，能源與環(huán)境的矛盾越來越嚴重，我國能源占有率與世界平均水平比較還有一定差距，因此，要緩解我國能源資源與經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾，必須立足國內(nèi)，大力采取節(jié)能措施。堅決實行開發(fā)和節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位的方針。鼓勵開發(fā)和應用節(jié)能降耗的新技術。電動機是電能消耗的最大用戶，也是節(jié)電潛力最大的用戶。電動機是實現(xiàn)

8、全國電氣化的主要動力機械，而異步電動機又是農(nóng)業(yè)中應用最廣泛的一種電機。異步電機結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格便宜，而且運行可靠、堅固耐用，很少需要維護及可用于惡劣環(huán)境等有點，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防軍事和日常生活中得到廣泛的應用變頻傳動系統(tǒng)中的應用極為廣泛的應用，當前，大部分的工業(yè)拖動都是交流異步電動機。資料表明電動機負荷占整個負荷的 80%以上，我國現(xiàn)役的電動機中，尚有 4 億 kw 的高能耗電動機，這些電動機的損耗占額定出力的 10%23%,具有極大的節(jié)能潛力。當電動機在額定負載附近運行時其效率和功率因數(shù)較高，但在實際運用中由于各種原因的影響，電機經(jīng)常運行在空載和輕載的狀態(tài)， “大馬拉小車的

9、現(xiàn)象很普遍，導致電機的效率和功率因數(shù)都比較低，造成能源的浪費。因此，研究異步電動機的節(jié)能控制器具有非常重要的理論和實際意義。1.21.2 三相異步電機節(jié)能節(jié)能研究意義三相異步電機節(jié)能節(jié)能研究意義現(xiàn)代社會中，三相異步電動機成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的主要動力設計。三相異步電機，由于其結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，運行可靠，工作效率高、過載能力強及使用、安裝、維護方便等優(yōu)點，成為機電設備的最重要的動力來源，應用十分廣泛。在一般中小型工廠里，運行中的三相異步電機就有數(shù)十臺至數(shù)百臺.而在大工廠中往往有數(shù)千臺三相異步電機在運行，而異步電動機所消耗的電能在整個工業(yè)用電中占有很大的比例，它約占總工業(yè)用電的 80%以上，消耗了

10、電網(wǎng)容量 50%以上的電能,這些異步電動機一般都是按照設計的負載進行選擇的，但安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 2在實際使用中，大都經(jīng)常處在輕載，甚至在空載下運行，白白浪費大量的電能，極大地影響著企業(yè)發(fā)展及經(jīng)濟效益。經(jīng)濟要發(fā)展，電力要先行。近年來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展速度的提高，有很多經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的電力供應出現(xiàn)供不應求的緊張局面，這直接制約著這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。因此，我們一方而需要開發(fā)更多的的能源來緩解電能緊張的局而。而對不可再生的一次能源，如石油、煤、天然氣等資源的枯竭，全世界對于節(jié)能的呼聲越來越高。基于這方面的考慮。我們要更努力著手于用電設計的節(jié)能研究。電動機的運行效率與負載的大小有關。當

11、電動機的額定負載附近運行的時候，其效率的功率因數(shù)都較高;但當負載率較低時候，其功率因數(shù)和功率都急驟降低。異步電機在空載時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率約等于 0，即歸算到轉(zhuǎn)子側(cè)得等效電阻無窮大，轉(zhuǎn)子相當于開路，電流接近于 0;而定子電流基本上是勵磁電流，其主要分量是無功的磁化電流，其值越大定子電抗就越大，致使電機功率因數(shù)降低。電動機在輕載時，由于端電壓過高使勵磁電流大，會異致功率因數(shù)下降。實際運行中的電機，由于產(chǎn)品容量的不連續(xù)性，安全系數(shù)過高的選擇等，經(jīng)常處于負載，甚至輕載，使電動機功率因數(shù)較小，效率很低，電能的浪費十分嚴重。對于滿載的運行的情況下的電動機，節(jié)能的關鍵在于采取必要地措施提高其運

12、行的效率，改善功率因數(shù)。利用調(diào)壓的方法，可以根據(jù)電動機的負載率來不斷的降壓電動機的端電壓，使其運行處于高效率的狀態(tài)。高效率運行不僅可以節(jié)省電動機在非滿載情況下的功率損耗，提高工功率因數(shù)、節(jié)約能源，而且對于裝置自身的冷卻和控制環(huán)境污染方面也有重要的意義。全國有上百億元的電動機市場，而且每年還在以 20%的速度增加。如果全部能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的話，相當于每年我國增建了 2 到 3 臺中型火力發(fā)電廠。這既可以節(jié)省能源，又能減少環(huán)境污染?？梢?，電動機節(jié)能的經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著。因而研究三相異步電動機的節(jié)能技術是非常迫切和必要的，開發(fā)帶有節(jié)能的產(chǎn)品勢在必行。 安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 3第第

13、 2 2 章章 三相異步電動機的工作原理介紹三相異步電動機的工作原理介紹2.12.1 三相異步電動機的構(gòu)造介紹三相異步電動機的構(gòu)造介紹 三相異步電動機主要有由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 定子主要由三相繞組，鐵心，機座，端蓋組成。定子鐵心一般由 0.35 或 0.5毫米厚、表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。三相繞組由三個在空間互隔 120電角度、對稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同的線圈連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各糟內(nèi)。三相定子繞組通入三相電流，產(chǎn)生 n1 為轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場。機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動

14、機的機座采用鑄鋁件，其作用是團定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護、散熱等作用。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱。端蓋主要起固定轉(zhuǎn)子，支撐和防護作用。 轉(zhuǎn)子主要由鐵心和繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵心所用材料與定子一樣，由 0.5 毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的槽，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，中、大型異步電動機(轉(zhuǎn)子直徑在 300500 毫米以上)的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞

15、線式轉(zhuǎn)子。1)鼠籠式轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子繞組由抽入轉(zhuǎn)子槽中的多根一濘條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對于 100kw 以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。鼠籠轉(zhuǎn)子分為:阻抗型轉(zhuǎn)子、單鼠籠型轉(zhuǎn)子、雙鼠籠型轉(zhuǎn)子、深槽式轉(zhuǎn)子幾種，起動轉(zhuǎn)矩等特性各有不同。2)繞線式轉(zhuǎn)子:繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯(lián)接。2.22.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理作為電動機運行是異步電機最主要的運行方式。如圖 2-1 所示為三相異步安徽理工

16、大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 4電動機工作原理示意圖。 圖 2-1 三相異步電動機工作原理示意圖當三相對稱定子繞組接至三相電源后，三相繞組內(nèi)將流過對稱的三相電流，并在電動機內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場.當 p=1 時，圖中用一對以恒定同步轉(zhuǎn)速 n0(旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速)按順時針方向旋轉(zhuǎn)的電磁鐵來模擬該旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子繞組的導體處于旋轉(zhuǎn)磁場中，在它的作用下，轉(zhuǎn)子導體逆時針方向切割磁力線而產(chǎn)生感應電動勢.感應電動勢的方向由右手定則確定.由于轉(zhuǎn)子繞組是短接的，所以在感應電動勢的作用下，產(chǎn)生感應電流，即轉(zhuǎn)子電流 i2。由此可見，異步電動機的轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應而產(chǎn)生的，因此這種電動機又稱為感應電動機.如圖 2-1 所

17、示，電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向是一致的，故轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同，但電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 必須低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 n0，如果轉(zhuǎn),子轉(zhuǎn)速達到 n0，那么轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，轉(zhuǎn)子導體將不切割磁通，于是轉(zhuǎn)子導體中不會產(chǎn)生感應電動勢和轉(zhuǎn)子電流，也不可能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以電動機轉(zhuǎn)子不可能維持在轉(zhuǎn)速 n0 狀態(tài)下運行，可見該電動機只有在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，低于同步轉(zhuǎn)速 n0 時才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩并驅(qū)動負載穩(wěn)定運行，因此這種電動機也稱為異步電動機。安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 5第第 3 3 章章 電動機節(jié)能方面的分析與研究電動機節(jié)能方面的分析與研究3.13.1 目前在電機節(jié)能方面存在的主

18、要問題目前在電機節(jié)能方面存在的主要問題3.1.13.1.1 舊舊( (淘汰淘汰) )型電機的使用型電機的使用我國 20 世紀七八十年代制造，六七十年代技術水平的 j, jo, j02 系列及其相應水平的派生電機，現(xiàn)在約占裝機容量的 3%-5%，即約 2000 萬 kw，這些電機采用 e 級絕緣，體積較大，起動性能較差，效率較低。雖經(jīng)歷年改造，但目前我國的少數(shù)企業(yè)還在使用這類電機，如風機、水泵、車床等使用的主機。另外，早期使用的 y 系列電動機，經(jīng)過 12 次大修，性能變差，效率降低，本應該淘汰，卻仍在使用。這類電機占裝機容量的 15%20%。3.1.23.1.2 電機負載率低電機負載率低由于電

19、動機選擇不當，富裕量過大或生產(chǎn)工藝變化，使得電動機的實際工作負荷遠低于額定負荷，大約占裝機容量 30%40%的電機在 30%50%的額定負載下運行，運行效率過低。如現(xiàn)在我國風機的平均運行效率為 60%，水泵的平均運行效率只有 51%。3.1.33.1.3 電機電源電壓不對稱或電壓過低電機電源電壓不對稱或電壓過低由于三相四線制低壓供電系統(tǒng)單相負荷的不平衡，使得電動機的三相電壓不對稱，電機產(chǎn)生負序轉(zhuǎn)矩，增大電機運行中的損耗。另外電網(wǎng)電壓長期偏低，使得正常工作的電機電流偏大，因而損耗增大。三相電壓的不對稱度越大，電壓越低，則損耗越大。3.1.43.1.4 負荷調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速控制不當負荷調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)速控制不當

20、在調(diào)節(jié)風機的風量與水泵的流量等方面，還有些場合是采用擋板或閥門來調(diào)節(jié)，使得截流功率損耗大。許多設備還采用機械調(diào)速方法，而未采用電氣調(diào)速。此外，由于調(diào)速方法與負載的性質(zhì)、大小配合不好，轉(zhuǎn)速控制不當，也使得調(diào)速過程中的損耗增大。3.23.2 電動機損耗分析電動機損耗分析三相異步電動機的用電量占全國總用電量的 60%以上，研究其節(jié)能問題，提高其運行效率對節(jié)約能源有重要的現(xiàn)實意義。電動機存在的最大問題是高啟動電流及它未能在啟動和運行時將電機扭力配合負荷扭力。在啟動時，電機會安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 6產(chǎn)生 150%200%的扭力，方可于瞬間將轉(zhuǎn)速提升至最高速，這樣易導致電機受損見圖 3-1

21、，,在啟動的同時，它將耗用高達 8 倍的標稱電流in,極大地影響了供電電壓的穩(wěn)定性見圖 3-2。每當電機滿足高轉(zhuǎn)矩要求的負載之后，電機將進入較長時間的輕負載運行狀態(tài)，這樣都會由于電機繞組磁飽和而導致電機效率下降。在固定供電電壓的情況下，電機的磁通（又稱為勵磁電流）是固定不變的，它亦是電機高能耗的因素之一（占 30%50%） 。圖 3-1 電機啟動時扭力示意圖圖 3-2 電機啟動時電流受轉(zhuǎn)速影響示意圖安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 7異步電動機的損耗分為有功損耗與無功損耗兩種，減少有功損耗，就能提高電動機的效率，從而達到節(jié)能的目的，這可以從兩個方面進行在電機的設計、制造與改進方而對電機進行

22、優(yōu)化設計與制造要做到:(1)采用較薄的低損耗硅鋼片，減少電機的渦流損耗;加長電機鐵芯，用較多的硅鋼片達到減少磁密、降低鐵損的目的。(2)采用較大截而的銅一學線，縮短繞組端部長度，增大電機的滿槽率，達到減小皆線電阻與定子電流、降低定子銅損的目的。3.33.3 電動機的選用電動機的選用下列情況下應該考慮選用高效電動機：1)在新上項目需要新的電動機時；2)舊電動機損壞或電動機需要進行重繞時；3)在電動機長期運行于低負載或過負載狀態(tài)下需要更新電動機時。3.43.4 電動機節(jié)能原理電動機節(jié)能原理電動機節(jié)能的基本原理:電動機節(jié)能的過程就是提高其效率的過程。p2:電動機機械輸出功率(kw):p1:電動機從電

23、網(wǎng)或供電裝置中吸收的電功率;p:電動機在能量轉(zhuǎn)換中的損耗功率(kw);因此，電動機節(jié)能的關鍵是如何減小電動機在能量轉(zhuǎn)換中的損耗功率p,3.4.13.4.1 電動機損耗功率構(gòu)成電動機損耗功率構(gòu)成p =pcu1+ pfe + pcu2+pmec+padpcu1:定子繞組銅損；pfe:鐵芯損耗；pcu2:轉(zhuǎn)子繞組銅損；pmec:雜散損耗；pad:機械摩擦損耗；3.4.23.4.2 有效降低電機損耗有效降低電機損耗1、電機損耗分類:(1)發(fā)熱損耗: p=pcu1+pfe +pcu2；(2)雜散損耗：pad；(3)風磨損耗: pmec+pad；2、降低發(fā)熱損耗:(1)優(yōu)化電機內(nèi)電與磁的合理匹配；(2)選

24、用優(yōu)質(zhì)的繞組材料；安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 8(3)選用損耗與磁性能匹配合理的鐵芯材料；(4)有效增大銅而積；3、降低雜散損耗:(1)合理設計齒槽關系和氣隙；(2)可靠的制造工藝減少磁場琦變；4、降低風磨損耗:降低風磨損耗:合理的軸承結(jié)構(gòu)和滑設計；5、降低通風損耗:(1)提高熱傳導效率；(2)提高自然對流散熱能力，減小通風量需求；(3)提高冷卻的熱交換效率；(4)提高冷卻風扇的效率； 結(jié)論:電動機節(jié)能的原理是通過對電動機的電、磁、機械和通風的優(yōu)化，優(yōu)質(zhì)材料及先進制造工藝的使用，并結(jié)合先進全而的試驗及測試手段，切實有效地降低電動機的各方面損耗。3.53.5 電動機的節(jié)能途徑電動機的節(jié)

25、能途徑電動機的節(jié)能途徑多種多樣。主要有以下幾種：1)優(yōu)化電機本身設計節(jié)能優(yōu)化電機本身構(gòu)造來節(jié)能，即建造比普通的異步電動機更高效的節(jié)能型電機來進行節(jié)能。它主要從異步電機的設計、工藝和材料上來采取措施。它可以采用更合理的定轉(zhuǎn)子槽數(shù)、正弦繞組、風扇參數(shù)等措施來降低電機的損耗。此外，還可以采用更多更薄的優(yōu)質(zhì)鋼片，降低電機的負載損耗和電磁損耗。更進一步，還可采用優(yōu)化的氣隙設計來減小電機的損耗。2)異步電動機變頻節(jié)能變頻節(jié)能，變頻節(jié)能裝置可以在異步電動機的效率基本不變化的情況下，通過變化驅(qū)動電源的電壓和頻率，平滑地調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)輸出量的要求來改變輸出功率來達到節(jié)能。變頻節(jié)能中的恒壓頻比控制很常

26、見，它通過使 v/f 比值恒定，保持磁通不變來控制異步電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。它能很迅速地適應異步電機負載的變化，供給最大效率的電壓，達到相應的節(jié)能狀態(tài)。對于水泵、風機等的節(jié)能控制系統(tǒng)，它是非常理想的控制方法。3)異步電動機降壓節(jié)能異步電動機的損耗是輸入的有功電功率與輸出的機械損耗之差。對于三相異步電動機的損耗主要是鐵耗和銅耗，它們的損失之和占電機總體損耗的比例安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 9很大。對于異步電動機的效率即為轉(zhuǎn)子軸上輸出的功率與電機輸入的有功功率之比，要提高異步電動機的效率，就是要盡量的減小損耗。在異步電動機的損耗中，定轉(zhuǎn)子的銅損耗與電流的平方成正比，鐵損耗則與電壓的平方成正

27、比。當異步電動機處于輕載時，適當降低異步電動機的端電壓，可以有效減小銅耗和鐵耗的總值，這樣就能很好的提高效率。常見的節(jié)能措施如下：(1)在低壓配電系統(tǒng)并聯(lián)電力電容器，進行無功補償。(2)在大功率用電設備上采用同步補償機，進行無功補償。(3)采用電磁相控制技術對電動機實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩無級調(diào)速實現(xiàn)節(jié)能效應。(4)采用變頻控制技術對電動機進行頻率變化調(diào)整來實現(xiàn)節(jié)能效應。三相電動機節(jié)電器原理圖:安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 10第第 4 4 章章 三相異步電機節(jié)能分析與應用實例三相異步電機節(jié)能分析與應用實例4.14.1 電動機的合理選型和節(jié)能改造電動機的合理選型和節(jié)能改造4.1.14.1.1 選用節(jié)

28、能型電動機選用節(jié)能型電動機: :y 系列電動機是全國統(tǒng)一設計的新系列產(chǎn)品，是國內(nèi)目前較先進的三相異步電動機。20 世紀 80 年代中期即在全國推廣應用。其優(yōu)點是效率高、節(jié)能、啟動性能好。而目前國內(nèi)許多老水泥企業(yè)仍大量采用 j02 系列電動機，相比來說 y 系列比 j02 系列電動機效率提高很多。因此用 y 系列電動機取代舊式電動機勢在必行。4.1.24.1.2 合理選用電動機類型合理選用電動機類型: :選擇電動機類型除了滿足拖動功能外，還應考慮經(jīng)濟運行性能。對于年運行時間大于 3000h，負載率大于 50%的場合，應選擇 yx 系列高效率的三相異步電動機。與 y 系列相比，其效率平均高 3%，

29、損耗降低 20%30%，雖然價格高于y 系列電動機，但從長期運行考慮，經(jīng)濟性還是明顯的。同步電動機能提高企業(yè)電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電線路損耗，但控制系統(tǒng)繁雜，價格較高。隨著異步電動機制造水平的提高，新設備已很少采用。4.1.34.1.3 合理選用電動機的額定容量合理選用電動機的額定容量: :國家三相異步電動機 3 個運行區(qū)域作了如下規(guī)定:負載率在 70%-lo0%之間為經(jīng)濟運行區(qū)；負載率在 40%-70%之間為一般運行區(qū);負載率在 40%以下為非經(jīng)濟運行區(qū)。若電動機容量選得過大，雖然能保證設各的正常運行，但不僅增加了投資，而且它的效率和功率因數(shù)也都很低，造成電力的浪費。因此考慮到既能滿足水泥廠

30、設備運行需要，又能使其盡可能地提高效率，水泥企業(yè)一般負載率保持在 60%100%較為理想。對于負載率小于 4q%的三角形接法電動機可改為星型接法，以提高其效率。4.1.44.1.4 老式電動機的節(jié)能改造老式電動機的節(jié)能改造1)更換電動機的外風扇，將電動機的外風扇改為節(jié)能型，對于不同型號的電動機，有對應的節(jié)能型風扇產(chǎn)品可供選用。主要用于單方向運轉(zhuǎn)的 2 極和 4極電動機，改后可提高效率 1.35%2.55%。2)采用磁性槽泥代替原來的槽楔，用磁性槽泥進行電動機節(jié)能改造后，可降低電動機的鐵芯損耗和附加損耗，提高效率，雖然啟動轉(zhuǎn)矩會下降 10%20%,安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 11但很適

31、應空載或輕載啟動的電動機改造。4.24.2 電動機啟動和運行形式的合理設計電動機啟動和運行形式的合理設計 4.2.14.2.1 低壓籠型大中型電動機低壓籠型大中型電動機若采用全壓直接啟動方式，這要求電力系統(tǒng)有足夠大的容量，而實際運行時，電力系統(tǒng)負載率很低，影響供電效率，并且用直接啟動方式易燒毀開關、電動機，影響電網(wǎng)其他設備的運行，往往為了盡量減少電動機啟動次數(shù)而寧愿讓電動機空轉(zhuǎn)而不停車，造成大量浪費。此類電動機可以用電動機軟啟動器啟動。電動機軟啟動器是采用大功率晶閘管模塊作為主回路的開關元件，通過控制它的導通角以實現(xiàn)軟特性的電壓爬升。它具有對電網(wǎng)無過大沖擊，對機械傳動系統(tǒng)(齒輪及軸連接器)震動

32、小，啟動轉(zhuǎn)矩平滑穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。啟動電流在2.5-3.5 倍額定電流之間可調(diào)，啟動時間可調(diào)。4.2.24.2.2 高壓籠型電動機高壓籠型電動機傳統(tǒng)的啟動方式多選用電抗器、自藕變壓器等，但這些啟動設備都不能很好地滿足啟動要求，很難獲得理想的啟動參數(shù)。目前出品的熱變電阻軟啟動裝置能較好地滿足啟動要求。熱變電阻器由其有負溫度系數(shù)的電阻材料制成，電阻器串于電動機定子回路，當電動機啟動、電阻體通過啟動電流時，其溫度升高，而阻值隨之減小，從而使電動機端電壓逐步升高，啟動轉(zhuǎn)矩逐步增加，以實現(xiàn)電動機的平穩(wěn)啟動。根據(jù)電動機參數(shù)和負載要求的啟動轉(zhuǎn)矩，能方便地配置適當?shù)膯与娮柚但@得最佳的啟動參數(shù)，即在較小的啟動電

33、流卜，獲得足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩。海螺集團回轉(zhuǎn)窯風機上己有應用，啟動電流為 2.92ie。與用電抗器相比，電下降了 28%，電網(wǎng)壓降由 8%降到了 5%。這說明在啟動過程中有一定的節(jié)能效果，延長了電動機的使用壽命，減少了對機械設各的沖擊。由一于啟動裝置熱容量大，幾乎無需維修，因此在水泥企業(yè)的相關電動機上有明顯的推廣價值。4.2.34.2.3 大型繞線型電動機大型繞線型電動機目前較為成熟的方式是采用液體變阻啟動器。它是利用兩極間的液體電阻，通過機械傳動裝置便極板的距離逐步接近，直至接觸，達到串入轉(zhuǎn)子回路中的電阻無級變小最后為零，實現(xiàn)電動機無沖擊的平滑啟動。其特點是啟動電流小，對電網(wǎng)無沖擊，熱容量大，可

34、連續(xù)啟動 5-10 次，維護方便，使用可靠。4.2.34.2.3 中、小型繞線電動機中、小型繞線電動機主要采用頻敏電阻器和油浸電阻器啟動，由于有滑環(huán)、碳刷、短路環(huán)等零件與繼電器、交流接觸器、頻敏或油浸變阻器等電器元件組成的啟動系統(tǒng)都安裝在粉塵較大的生產(chǎn)現(xiàn)場，因此它具有故障率高、維修量大的缺點，經(jīng)常影響設備的正常運行，而無刷無環(huán)啟動器較好地解決了上述問題，它是一種啟動平安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 12滑，不改變運行特性且不受粉塵干擾的啟動設備。其一次啟動電流限制在 3.0-4.0ie 之間，適合于 11-600kw 的高低壓繞線型電動機。該啟動器是利用頻敏變阻器的原理，利用貼磁性材料的

35、頻感特性研制而成，安裝在電動機轉(zhuǎn)軸原來裝集電環(huán)的位置，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，省去了電動機的輔助啟動裝置。4.34.3 電動機的調(diào)速節(jié)能電動機的調(diào)速節(jié)能4.3.14.3.1 變頻調(diào)速變頻調(diào)速變頻調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，調(diào)速精度高，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍廣，節(jié)能顯著。變頻調(diào)速確實穩(wěn)定可靠，節(jié)能顯著，建議對直流調(diào)速、電磁滑差調(diào)速的設備進行變頻調(diào)速改造。4.3.24.3.2 繞線式電動機液體調(diào)速繞線式電動機液體調(diào)速 對于一些調(diào)速精度要求不高，調(diào)速范圍要求不寬，并且不頻繁調(diào)速的繞線式電動機，如風機、水泵等設備的大中型繞線式異步電動機采用液體調(diào)速效果顯著。與變頻調(diào)速、可控硅串級讕速相比，該方式更經(jīng)濟、可靠、實用，

36、維護簡單，雖調(diào)速時效率稍低，但功率因數(shù)高，且全速時效率高于變頻調(diào)速，價格僅為變頻調(diào)速的幾分之一。該設備采用強制冷卻的方法由循環(huán)水裝置來降低在調(diào)速過程中液體電阻因通電發(fā)熱所升高的溫度，有效地解決了以前熱容量不夠容易引起開鍋的現(xiàn)象。1 臺 460kw 噴槍泵上使用己有 2 年，投入前一次運行電流平均為 42a,投入后平均電流降低為 36a。運行功率由 340kw 降為 286kw，節(jié)電達 16%。廣東肇慶小湘水泥有限公司一分廠制成 355kw 排風機電動機使用了1 臺 yqt-sdci 型液體調(diào)速器，投入前一次運行電流平均為 36a，投人后平均電流為 26a，節(jié)電率達 28%。因此水泥企業(yè)的窯尾排

37、風機高壓繞線電動機最適宜液體調(diào)速改造。4.44.4 電動機的功率因數(shù)補償電動機的功率因數(shù)補償4.4.14.4.1 原理及補償類型原理及補償類型 籠型電動機通常采用并聯(lián)電容器就地補償?shù)姆椒?。?35 臺 37kw 以上的籠型低壓電動機上進行了并聯(lián)電容器補償，每年節(jié)電 17 萬 kwh。繞線式電動機可采用進相機補償?shù)姆绞健＿M相機補償分旋轉(zhuǎn)式和靜止式 2 種，由于旋轉(zhuǎn)式進相機結(jié)構(gòu)上的缺陷，目前逐步被靜止式進相機所代替。在原料磨 1000kw 電動機上采用了靜止式進相機補償，電動機溫升下降了 l6 攝氏度，功率因數(shù)升為0.98，一次電流降低 16%，每年節(jié)約電費 9.6 萬元。4.4.24.4.2 應

38、注意的問題應注意的問題 經(jīng)常停機的電動機，年利用率很低的電動機，多速電動機，經(jīng)常反復開停、點動或堵轉(zhuǎn)的電動機和雙向轉(zhuǎn)動或反接制動的電動機，不宜進行就地補償。安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 134.54.5 實際應用舉例計算實際應用舉例計算4.5.14.5.1 煤氣循環(huán)水泵與豎爐熱水泵節(jié)能的分析煤氣循環(huán)水泵與豎爐熱水泵節(jié)能的分析 (1)煤氣生產(chǎn)過程中，需要循環(huán)水對煤氣進行洗滌冷卻。循環(huán)水泵是煤氣生產(chǎn)工藝中的重要設備，循環(huán)水泵不能調(diào)速，利用出口閥門來控制水流量和管網(wǎng)壓力，由于循環(huán)水泵的選擇是按最大負荷情況來選型，而在實際運行中循環(huán)水泵留有較大的余量，冷卻水的流量與壓力是通過冷卻水循環(huán)泵出、入

39、口聯(lián)絡管上的調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)節(jié)，從而造成電動機運行效率較低，造成電能浪費，為降低生產(chǎn)成本，因此對煤氣循環(huán)水泵進行變頻調(diào)速節(jié)能改造，以解決能源浪費問題。循環(huán)泵運行電流約為 70 a,額定電流為 102.5a,額定功率 55 kw。則沒上變頻器前p=1.732x380 x70 x0.85=39kw。上變頻器后循環(huán)泵運行電流為 57a,頻率 38hz 即變頻器效率為 96%，負荷率41%，則平均運行負荷 55x41%=22.5 kw；年經(jīng)濟效益為循環(huán)泵年節(jié)電量:(39-22.5) x 24x330=130680 (kwh)平均電費是 0.5 元/kwh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省 0.5x130080=65

40、340 元。(2)豎爐的熱水循環(huán)水泵也是不能調(diào)速，而是利用出口閥門來控制水流量和管網(wǎng)壓力，由于循環(huán)水泵的選擇是按最大負荷情況來選型，而在實際運行中循環(huán)水泵留有較大的余量，循環(huán)水的流量與壓力是通過循環(huán)泵出、入口聯(lián)絡管上的調(diào)節(jié)閥來進行調(diào)節(jié)，從而造成電動機運行效率較低，造成電能浪費，為降低生產(chǎn)成本。對熱水循環(huán)泵進行了變頻改造。 一期熱水循環(huán)泵是 3 備兩用，額定電流 35.9a,額定功率 18.5kw,額定cos 為 0.97,運行電流約為 28a。則 p=1.732x28x0.38x0.97=17.9kw。上變頻后熱水循環(huán)泵運行電流為 15a,頻率 30hz,變頻器效率為 90%，負荷率為 ，=(

41、nl/n2) 2/0.96=1.15x0.6x2/0.96=43%。則平均運行負荷為:18.5kwx43%=8kw年經(jīng)濟效益為循環(huán)泵年節(jié)電量:(17.9-8)x24x330=18408 (kwh)平均電費是 0.5 元/kwh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省 0.5x78408=39204 元。一期 2 臺水泵節(jié)省 78408 元。二期熱水泵額定電流:70.5a,額定功率 37kw,額定 cos 為 0.80，運行電流約為 52a。則 p=1.732x52x0.38x0.8=27kw安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 14上變頻后熱水循環(huán)泵運行電流為 30a,頻率 38hz 即 76%，變頻器效率為9

42、6%，負荷率為 ，=(nl/n2) 2/0.96=1.15x(0.76)2/0.96=70%。則平均運行負荷為:18.5kwx70%=12.8kw年經(jīng)濟效益為循環(huán)泵年節(jié)電量:(27-12.8)x24x330=112464 kwh平均電費是 0.5 元/kwh，即循環(huán)泵一年可以節(jié)省 0.5x112464=56323 元。一期 2 臺水泵節(jié)省 112464 元。安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 15第第 5 5 章章 變頻調(diào)速節(jié)能分析與研究變頻調(diào)速節(jié)能分析與研究5.15.1 異步電動機常用調(diào)速技術異步電動機常用調(diào)速技術交流異步電動機的輸出轉(zhuǎn)速由公式n=60f(1-s)/p 確定，式中：n-電動

43、機的輸出轉(zhuǎn)速；f-輸入的電源頻率；s-電動機的轉(zhuǎn)差率；p-電機的極對數(shù)。由公式可知，電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電動機的極對數(shù)有關系,因而交流電動機的直接調(diào)速方式主要有變極調(diào)速(調(diào)整 p)、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速(調(diào)整 s)和變頻調(diào)速(調(diào)整 f)等；如下圖 5-1 所示：圖 5-1 異步電動機常用調(diào)速技術5.25.2 異步電動機常用調(diào)速方式性能比較異步電動機常用調(diào)速方式性能比較異步電動機常用調(diào)速方式性能比較如下表 5-1：安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 16表 5-1 異步電動機常用調(diào)速方式性能比較 調(diào)速方式性能液力耦合器串級調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)速功率因素低低一般高對電網(wǎng)干擾無較大無

44、稍有調(diào)速范圍一般窄100、50、00100%對電機要求無繞線電機極數(shù)可變無維護保養(yǎng)較難較難最易容易可靠性一般一般可靠可靠性能一般良好一般最好初步投資省較貴最省較貴5.35.3 低壓、高壓變頻調(diào)速簡解低壓、高壓變頻調(diào)速簡解 異步電動機調(diào)速控制時希望主磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用系數(shù)低，同樣的轉(zhuǎn)子電流，電磁轉(zhuǎn)矩小，負載能力??；磁通能力太強，勵磁電流大，在同樣的定子電流時，電流的有功分最將降低，為使電機不過熱，負載能力將下降。異步電動機的調(diào)速方式有在基頻以下的恒磁通變頻器調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式)，有在基頻以上的弱磁變頻調(diào)速(恒功率調(diào)速方式)。在選型時應慎重，一般說恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速比恒功率調(diào)速好。高壓

45、變頻調(diào)速:隨著功率器件和控制技術的改進，高效節(jié)能變頻調(diào)速得到越來越廣泛的應用。5.3.15.3.1 高壓變頻調(diào)速分類高壓變頻調(diào)速分類變頻調(diào)速器從電網(wǎng)接收工頻 50hz 的交流電，經(jīng)過恰當?shù)膹娭谱儞Q方法，將輸入的工頻交流電變換成為頻率和幅值都可凋節(jié)的交流電輸出到交流電動機，實現(xiàn)交流電動機的變速運行。異步電動機調(diào)速控制時希望上磁通保持額定值不變。磁通太弱，鐵心利用系數(shù)低，同樣的轉(zhuǎn)子電流，電磁轉(zhuǎn)距小，負載能力小；磁通能力太強，勵磁電流大，在同樣的定子電流時，電流的有功分最將降低，為使電機不過熱，負載能力將下降。將工頻交流電變換成為可變頻的交流電輸出的變換方法主要有兩種：一種稱為直接變換力一式，又稱為

46、交交變頻方式，它是通過可控整流和可控逆變安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 17的方式，將輸入的工頻電直接強制成為需要頻率的交流輸出，因而稱其為交流交流的變頻方式。另一種稱為間接變換方式，又稱為交直交變頻方式，它是先將輸入的工頻交流電通過全控/半控/不控整流變換為直流電，再將直流電通過逆變單元變換成為頻率和幅值都可調(diào)節(jié)的交流電輸出。高壓變頻限于功率器件的電壓耐景和高壓使用條件的矛盾，采用小同的功率器件和不同的電路結(jié)構(gòu)，以適應齊種拖動設備的要求，因而在各項性能指標和適用范圍上各有差異。根據(jù)有無直流環(huán)節(jié)而將變頻器分為兩大類:交一交變頻器，交直交變頻器。交直交又分為:直流環(huán)節(jié)采用大電感以平抑電流脈

47、動叫電流源型，采用大電容叫電壓源型。電流源型變頻器又可以分(1)負載換向式(晶閘管 lct)(2)采用自關斷器件(gto 或 sgct)電壓源型變頻器又可以分(1)功率器件串聯(lián)二電平直接高壓變頻錯(2)采用 igct 或 hv-igbt 的三電平變頻器(3)采用 lv-igbtr 的單元串聯(lián)多電平變頻器5.45.4 經(jīng)濟效益分析經(jīng)濟效益分析 異步電機在不同工況下變速運行能大大節(jié)約能耗，降低運行費用。對三臺300mw 運行機組凝結(jié)水泵用變頻、不用變頻用電情況進行過比較： 凝結(jié)水泵電機型號 ykkl-500-4, 900kw, 6kv, 105a 1489r/min, 水泵型號:nlt350-40

48、0x6 流量 870m/h 全壓 280 mh2o 葉輪直徑 392mm #1 機 #2 機 #3 機 發(fā)電機送出功率 222mw 228 mw 192 mw, 凝結(jié)水泵出水量 580 噸 583 噸 608 噸， 凝結(jié)水泵電機電流 32.9a 36a 87a#1、#2 機凝結(jié)水泵采用變頻裝置，#3 機未采用，三臺發(fā)電機送出功率基木相同，三臺泵的流景基木相同，但電流卻相差一倍多、消耗的功率同樣相差一倍多，可見異步電動機采用變頻裝置節(jié)電效果是十分顯著的。據(jù)折算一臺滿足上述容量的中壓變頻裝置總投資約 120 萬，一年半至二年時即可收回投資。此外，調(diào)速除丁節(jié)能還能減少設備的維護費用。未改前電機起動是全速起動，啟動電流是額定電流的 57 倍，交流電機的直接起動(尤其是高壓電機)會安徽理工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 18產(chǎn)生巨大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，在很短的起動過程中，轉(zhuǎn)子籠型繞組及阻尼繞組將承受很高的熱應力和機械應力，致使籠條的端環(huán)斷裂。直接起動時的大電流還會在定子繞組的端部產(chǎn)生很人的電磁力，使繞組端部撓動和變形，造成定子繞組絕緣的機械損傷和磨損，從而導致定子繞組絕緣擊穿。直接起動時的大電流還會引起鐵芯振動，使鐵芯松馳，引起電機發(fā)熱增加，電纜、開關同時受到大