毕业论文机电一体化end

1、 毕业设计说明书毕业设计说明书 三相异步电动机节能性能与经济性分析三相异步电动机节能性能与经济性分析 *analysis of triple-phase asynchronous motor energy-saving performance and economy* 学院（部）： 继续教育学院 专业班级：2011 级机电一体化 学生姓名： 曹先俊 指导教师： 方教授 2013 年 05 月 15 日 三相异步电动机节能性能与经济性分析 摘 要 论述了三相异步电动机节能的几种方法，包括电机的合理选择与使用，保 证供电电压质量和电机就地无功补偿等。论述了变频器在风机和压缩机上节能 的分析与运用，

2、能明显提高三相异步电动机的效率。恰当地运用这些方法，能 较大程度地提高电动机运行时的效率和功率因数，通过运用这些方法进行节能 计算能明显的显示三相异步电动机的节能效果。 关键字关键字: : 三相异步电动机三相异步电动机; ; 变频器变频器; ; 节能节能; ; analysis of triple-phase asynchronous motor energy-saving performance and economy abstract/ discusses the triple-phase asynchronous motor, several methods, including the

3、 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 triple-phase asynchro

4、nous 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 asynchronous motor；motor

5、 inverter; energy-saving. 目目 录录 目 录.1 第 1 章 绪论.2 1.1 电动机节能的研究背景.2 1.2 三相异步电机节能节能研究意义.2 第 2 章 三相异步电动机的工作原理介绍.4 2.1 三相异步电动机的构造介绍.4 2.2 三相异步电动机的工作原理.4 第 3 章 电动机节能方面的分析与研究.6 3.1 目前在电机节能方面存在的主要问题.6 3.2 电动机损耗分析.6 3.3 电动机的选用.8 3.4 电动机节能原理.8 3.5 电动机的节能途径.9 第 4 章 三相异步电机节能分析与应用实例.11 4.1 电动机的合理选型和节能改造.11 4.2 电

6、动机启动和运行形式的合理设计.11 4.3 电动机的调速节能.13 4.4 电动机的功率因数补偿.13 4.5 实际应用举例计算.13 第 5 章 变频调速节能分析与研究.16 5.1 异步电动机常用调速技术.16 5.2 异步电动机常用调速方式性能比较.16 5.3 低压、高压变频调速简解.17 5.4 经济效益分析.18 5.5 小结.19 小结.20 致谢.21 参考文献.22 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 电动机节能的研究背景电动机节能的研究背景 能源是社会和经济发展的重要物质基础，也是提高人们的生活水平的先决 条件。人类社会要发展，必须建立在大量消耗能源的基础上。然而现

7、有的不可 再生资源己经被人类过度消耗。能源问题已成为当今世界各国普遍关注的首要 问题。其中新能源的开发研究和节能技术研究更是当前世界各国普退关注的热 点问题。 长期以来能源一直是我国国民经济发展中的热点和难点，随着国民经济的 快速发展，能源生产和消费的矛盾，能源与环境的矛盾越来越严重，我国能源 占有率与世界平均水平比较还有一定差距，因此，要缓解我国能源资源与经济 社会发展的矛盾，必须立足国内，大力采取节能措施。坚决实行开发和节约并 举，把节约放在首位的方针。鼓励开发和应用节能降耗的新技术。 电动机是电能消耗的最大用户，也是节电潜力最大的用户。电动机是实现 全国电气化的主要动力机械，而异步电动机

8、又是农业中应用最广泛的一种电机。 异步电机结构简单、制造方便、价格便宜，而且运行可靠、坚固耐用，很少需 要维护及可用于恶劣环境等有点，在工业、农业、交通运输、国防军事和日常 生活中得到广泛的应用变频传动系统中的应用极为广泛的应用，当前，大部分 的工业拖动都是交流异步电动机。资料表明电动机负荷占整个负荷的 80%以上， 我国现役的电动机中，尚有 4 亿 kw 的高能耗电动机，这些电动机的损耗占额定 出力的 10%23%,具有极大的节能潜力。 当电动机在额定负载附近运行时其效率和功率因数较高，但在实际运用中 由于各种原因的影响，电机经常运行在空载和轻载的状态， “大马拉小车的现象 很普遍，导致电机

9、的效率和功率因数都比较低，造成能源的浪费。因此，研究 异步电动机的节能控制器具有非常重要的理论和实际意义。 1.21.2 三相异步电机节能节能研究意义三相异步电机节能节能研究意义 现代社会中，三相异步电动机成为现代工业生产中的主要动力设计。三相 异步电机，由于其结构简单，价格低廉，运行可靠，工作效率高、过载能力强 及使用、安装、维护方便等优点，成为机电设备的最重要的动力来源，应用十 分广泛。在一般中小型工厂里，运行中的三相异步电机就有数十台至数百台.而 在大工厂中往往有数千台三相异步电机在运行，而异步电动机所消耗的电能在 整个工业用电中占有很大的比例，它约占总工业用电的 80%以上，消耗了电网

10、 容量 50%以上的电能,这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的，但 在实际使用中，大都经常处在轻载，甚至在空载下运行，白白浪费大量的电能， 极大地影响着企业发展及经济效益。 经济要发展，电力要先行。近年来，随着我国经济发展速度的提高，有很 多经济发达地区的电力供应出现供不应求的紧张局面，这直接制约着这些地区 的经济发展。因此，我们一方而需要开发更多的的能源来缓解电能紧张的局而。 而对不可再生的一次能源，如石油、煤、天然气等资源的枯竭，全世界对于节 能的呼声越来越高。基于这方面的考虑。我们要更努力着手于用电设计的节能 研究。 电动机的运行效率与负载的大小有关。当电动机的额定负载附近运行

11、的时 候，其效率的功率因数都较高;但当负载率较低时候，其功率因数和功率都急骤 降低。异步电机在空载时转子转速接近于同步转速，转差率约等于 0，即归算 到转子侧得等效电阻无穷大，转子相当于开路，电流接近于 0;而定子电流基本 上是励磁电流，其主要分量是无功的磁化电流，其值越大定子电抗就越大，致 使电机功率因数降低。电动机在轻载时，由于端电压过高使励磁电流大，会异 致功率因数下降。实际运行中的电机，由于产品容量的不连续性，安全系数过 高的选择等，经常处于负载，甚至轻载，使电动机功率因数较小，效率很低， 电能的浪费十分严重。 对于满载的运行的情况下的电动机，节能的关键在于采取必要地措施提高 其运行的

12、效率，改善功率因数。利用调压的方法，可以根据电动机的负载率来 不断的降压电动机的端电压，使其运行处于高效率的状态。高效率运行不仅可 以节省电动机在非满载情况下的功率损耗，提高工功率因数、节约能源，而且 对于装置自身的冷却和控制环境污染方面也有重要的意义。全国有上百亿元的 电动机市场，而且每年还在以 20%的速度增加。如果全部能够实现节能的话， 相当于每年我国增建了 2 到 3 台中型火力发电厂。这既可以节省能源，又能减 少环境污染。可见，电动机节能的经济效益和社会效益非常显著。因而研究三 相异步电动机的节能技术是非常迫切和必要的，开发带有节能的产品势在必行。 第第 2 2 章章 三相异步电动机

13、的工作原理介绍三相异步电动机的工作原理介绍 2.12.1 三相异步电动机的构造介绍三相异步电动机的构造介绍 三相异步电动机主要有由定子和转子两大部分组成。 定子主要由三相绕组，铁心，机座，端盖组成。定子铁心一般由 0.35 或 0.5 毫米厚、表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分 布的槽，用以嵌放定子绕组。三相绕组由三个在空间互隔 120电角度、对称 排列的结构完全相同的线圈连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌 放在定子各糟内。三相定子绕组通入三相电流，产生 n1 为转速的旋转磁场。机 座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采 用铸铝

14、件，其作用是团定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等 作用。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两 端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。端盖主要 起固定转子，支撑和防护作用。 转子主要由铁心和绕组组成。转子铁心所用材料与定子一样，由 0.5 毫米 厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的槽，用来安置转子绕 组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动 机的转子铁心直接压装在转轴上，中、大型异步电动机(转子直径在 300500 毫 米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。转子绕组分为鼠笼式转子和 绕

15、线式转子。 1)鼠笼式转子:转子绕组由抽入转子槽中的多根一泞条和两个环行的端环组 成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型 电动机采用铸铝转子绕组，对于 100kw 以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而 成。鼠笼转子分为:阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几 种，起动转矩等特性各有不同。 2)绕线式转子:绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组， 一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联 接。 2.22.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 作为电动机运行是异步电机最主要的运行方式。如图 2-1 所

16、示为三相异步 电动机工作原理示意图。 图 2-1 三相异步电动机工作原理示意图 当三相对称定子绕组接至三相电源后，三相绕组内将流过对称的三相电流， 并在电动机内产生一个旋转磁场.当 p=1 时，图中用一对以恒定同步转速 n0(旋 转磁场的转速)按顺时针方向旋转的电磁铁来模拟该旋转磁场，转子绕组的导体 处于旋转磁场中，在它的作用下，转子导体逆时针方向切割磁力线而产生感应 电动势.感应电动势的方向由右手定则确定.由于转子绕组是短接的，所以在感 应电动势的作用下，产生感应电流，即转子电流 i2。由此可见，异步电动机的 转子电流是由电磁感应而产生的，因此这种电动机又称为感应电动机. 如图 2-1 所示

17、，电磁转矩与旋转磁场的转向是一致的，故转子旋转的方向 与旋转磁场的方向相同，但电动机转子的转速 n 必须低于旋转磁场转速 n0，如 果转,子转速达到 n0，那么转子与旋转磁场之间就没有相对运动，转子导体将 不切割磁通，于是转子导体中不会产生感应电动势和转子电流，也不可能产生 电磁转矩，所以电动机转子不可能维持在转速 n0 状态下运行，可见该电动机只 有在转子转速，低于同步转速 n0 时才能产生电磁转矩并驱动负载稳定运行，因 此这种电动机也称为异步电动机。 第第 3 3 章章 电动机节能方面的分析与研究电动机节能方面的分析与研究 3.13.1 目前在电机节能方面存在的主要问题目前在电机节能方面存

18、在的主要问题 3.1.13.1.1 旧旧( (淘汰淘汰) )型电机的使用型电机的使用 我国 20 世纪七八十年代制造，六七十年代技术水平的 j, jo, j02 系列及 其相应水平的派生电机，现在约占装机容量的 3%-5%，即约 2000 万 kw，这些 电机采用 e 级绝缘，体积较大，起动性能较差，效率较低。虽经历年改造，但 目前我国的少数企业还在使用这类电机，如风机、水泵、车床等使用的主机。 另外，早期使用的 y 系列电动机，经过 12 次大修，性能变差，效率降低，本 应该淘汰，却仍在使用。这类电机占装机容量的 15%20%。 3.1.23.1.2 电机负载率低电机负载率低 由于电动机选择

19、不当，富裕量过大或生产工艺变化，使得电动机的实际工 作负荷远低于额定负荷，大约占装机容量 30%40%的电机在 30%50%的额定负载 下运行，运行效率过低。如现在我国风机的平均运行效率为 60%，水泵的平均 运行效率只有 51%。 3.1.33.1.3 电机电源电压不对称或电压过低电机电源电压不对称或电压过低 由于三相四线制低压供电系统单相负荷的不平衡，使得电动机的三相电压 不对称，电机产生负序转矩，增大电机运行中的损耗。另外电网电压长期偏低， 使得正常工作的电机电流偏大，因而损耗增大。三相电压的不对称度越大，电 压越低，则损耗越大。 3.1.43.1.4 负荷调节与转速控制不当负荷调节与转

20、速控制不当 在调节风机的风量与水泵的流量等方面，还有些场合是采用挡板或阀门来 调节，使得截流功率损耗大。许多设备还采用机械调速方法，而未采用电气调 速。此外，由于调速方法与负载的性质、大小配合不好，转速控制不当，也使 得调速过程中的损耗增大。 3.23.2 电动机损耗分析电动机损耗分析 三相异步电动机的用电量占全国总用电量的 60%以上，研究其节能问题， 提高其运行效率对节约能源有重要的现实意义。电动机存在的最大问题是高启 动电流及它未能在启动和运行时将电机扭力配合负荷扭力。在启动时，电机会 产生 150%200%的扭力，方可于瞬间将转速提升至最高速，这样易导致电机受 损见图 3-1，,在启动

21、的同时，它将耗用高达 8 倍的标称电流in,极大地影 响了供电电压的稳定性见图 3-2。每当电机满足高转矩要求的负载之后，电机 将进入较长时间的轻负载运行状态，这样都会由于电机绕组磁饱和而导致电机 效率下降。在固定供电电压的情况下，电机的磁通（又称为励磁电流）是固定 不变的，它亦是电机高能耗的因素之一（占 30%50%） 。 图 3-1 电机启动时扭力示意图 图 3-2 电机启动时电流受转速影响示意图 异步电动机的损耗分为有功损耗与无功损耗两种，减少有功损耗，就能提高 电动机的效率，从而达到节能的目的，这可以从两个方面进行 在电机的设计、制造与改进方而对电机进行优化设计与制造要做到: (1)采

22、用较薄的低损耗硅钢片，减少电机的涡流损耗;加长电机铁芯，用较多 的硅钢片达到减少磁密、降低铁损的目的。 (2)采用较大截而的铜一学线，缩短绕组端部长度，增大电机的满槽率，达到减 小皆线电阻与定子电流、降低定子铜损的目的。 3.33.3 电动机的选用电动机的选用 下列情况下应该考虑选用高效电动机： 1)在新上项目需要新的电动机时； 2)旧电动机损坏或电动机需要进行重绕时； 3)在电动机长期运行于低负载或过负载状态下需要更新电动机时。 3.43.4 电动机节能原理电动机节能原理 电动机节能的基本原理:电动机节能的过程就是提高其效率的过程。 p2:电动机机械输出功率(kw): p1:电动机从电网或供

23、电装置中吸收的电功率; p:电动机在能量转换中的损耗功率(kw); 因此，电动机节能的关键是如何减小电动机在能量转换中的损耗功率p, 3.4.13.4.1 电动机损耗功率构成电动机损耗功率构成 p =pcu1+ pfe + pcu2+pmec+pad pcu1:定子绕组铜损； pfe:铁芯损耗； pcu2:转子绕组铜损； pmec:杂散损耗； pad:机械摩擦损耗； 3.4.23.4.2 有效降低电机损耗有效降低电机损耗 1、电机损耗分类: (1)发热损耗: p=pcu1+pfe +pcu2； (2)杂散损耗：pad； (3)风磨损耗: pmec+pad； 2、降低发热损耗: (1)优化电机内

24、电与磁的合理匹配； (2)选用优质的绕组材料； (3)选用损耗与磁性能匹配合理的铁芯材料； (4)有效增大铜而积； 3、降低杂散损耗: (1)合理设计齿槽关系和气隙； (2)可靠的制造工艺减少磁场琦变； 4、降低风磨损耗: 降低风磨损耗:合理的轴承结构和滑设计； 5、降低通风损耗: (1)提高热传导效率； (2)提高自然对流散热能力，减小通风量需求； (3)提高冷却的热交换效率； (4)提高冷却风扇的效率； 结论:电动机节能的原理是通过对电动机的电、磁、机械和通风的优化，优 质材料及先进制造工艺的使用，并结合先进全而的试验及测试手段，切实有效 地 降低电动机的各方面损耗。 3.53.5 电动机

25、的节能途径电动机的节能途径 电动机的节能途径多种多样。主要有以下几种： 1)优化电机本身设计节能 优化电机本身构造来节能，即建造比普通的异步电动机更高效的节能型电 机来进行节能。它主要从异步电机的设计、工艺和材料上来采取措施。它可以 采用更合理的定转子槽数、正弦绕组、风扇参数等措施来降低电机的损耗。此 外，还可以采用更多更薄的优质钢片，降低电机的负载损耗和电磁损耗。更进 一步，还可采用优化的气隙设计来减小电机的损耗。 2)异步电动机变频节能 变频节能，变频节能装置可以在异步电动机的效率基本不变化的情况下， 通过变化驱动电源的电压和频率，平滑地调节异步电动机的转速，根据输出量 的要求来改变输出功

26、率来达到节能。变频节能中的恒压频比控制很常见，它通 过使 v/f 比值恒定，保持磁通不变来控制异步电动机的转矩和转速。它能很迅 速地适应异步电机负载的变化，供给最大效率的电压，达到相应的节能状态。 对于水泵、风机等的节能控制系统，它是非常理想的控制方法。 3)异步电动机降压节能 异步电动机的损耗是输入的有功电功率与输出的机械损耗之差。对于三相 异步电动机的损耗主要是铁耗和铜耗，它们的损失之和占电机总体损耗的比例 很大。对于异步电动机的效率即为转子轴上输出的功率与电机输入的有功功率 之比，要提高异步电动机的效率，就是要尽量的减小损耗。在异步电动机的损 耗中，定转子的铜损耗与电流的平方成正比，铁损

27、耗则与电压的平方成正比。 当异步电动机处于轻载时，适当降低异步电动机的端电压，可以有效减小铜耗 和铁耗的总值，这样就能很好的提高效率。 常见的节能措施如下： (1)在低压配电系统并联电力电容器，进行无功补偿。 (2)在大功率用电设备上采用同步补偿机，进行无功补偿。 (3)采用电磁相控制技术对电动机实现恒转矩无级调速实现节能效应。 (4)采用变频控制技术对电动机进行频率变化调整来实现节能效应。 三相电动机节电器原理图: 第第 4 4 章章 三相异步电机节能分析与应用实例三相异步电机节能分析与应用实例 4.14.1 电动机的合理选型和节能改造电动机的合理选型和节能改造 4.1.14.1.1 选用节

28、能型电动机选用节能型电动机: : y 系列电动机是全国统一设计的新系列产品，是国内目前较先进的三相异 步电动机。20 世纪 80 年代中期即在全国推广应用。其优点是效率高、节能、 启动性能好。而目前国内许多老水泥企业仍大量采用 j02 系列电动机，相比来 说 y 系列比 j02 系列电动机效率提高很多。因此用 y 系列电动机取代旧式电动 机势在必行。 4.1.24.1.2 合理选用电动机类型合理选用电动机类型: : 选择电动机类型除了满足拖动功能外，还应考虑经济运行性能。对于年运 行时间大于 3000h，负载率大于 50%的场合，应选择 yx 系列高效率的三相异步 电动机。与 y 系列相比，其

29、效率平均高 3%，损耗降低 20%30%，虽然价格高于 y 系列电动机，但从长期运行考虑，经济性还是明显的。 同步电动机能提高企业电网的功率因数，降低供电线路损耗，但控制系统 繁杂，价格较高。随着异步电动机制造水平的提高，新设备已很少采用。 4.1.34.1.3 合理选用电动机的额定容量合理选用电动机的额定容量: : 国家三相异步电动机 3 个运行区域作了如下规定:负载率在 70%-lo0%之间 为经济运行区；负载率在 40%-70%之间为一般运行区;负载率在 40%以下为非经 济运行区。若电动机容量选得过大，虽然能保证设各的正常运行，但不仅增加 了投资，而且它的效率和功率因数也都很低，造成电

30、力的浪费。因此考虑到既 能满足水泥厂设备运行需要，又能使其尽可能地提高效率，水泥企业一般负载 率保持在 60%100%较为理想。对于负载率小于 4q%的三角形接法电动机可改为 星型接法，以提高其效率。 4.1.44.1.4 老式电动机的节能改造老式电动机的节能改造 1)更换电动机的外风扇，将电动机的外风扇改为节能型，对于不同型号的 电动机，有对应的节能型风扇产品可供选用。主要用于单方向运转的 2 极和 4 极电动机，改后可提高效率 1.35%2.55%。 2)采用磁性槽泥代替原来的槽楔，用磁性槽泥进行电动机节能改造后，可 降低电动机的铁芯损耗和附加损耗，提高效率，虽然启动转矩会下降 10%20

31、%, 但很适应空载或轻载启动的电动机改造。 4.24.2 电动机启动和运行形式的合理设计电动机启动和运行形式的合理设计 4.2.14.2.1 低压笼型大中型电动机低压笼型大中型电动机 若采用全压直接启动方式，这要求电力系统有足够大的容量，而实际运行 时，电力系统负载率很低，影响供电效率，并且用直接启动方式易烧毁开关、 电动机，影响电网其他设备的运行，往往为了尽量减少电动机启动次数而宁愿 让电动机空转而不停车，造成大量浪费。此类电动机可以用电动机软启动器启 动。电动机软启动器是采用大功率晶闸管模块作为主回路的开关元件，通过控 制它的导通角以实现软特性的电压爬升。它具有对电网无过大冲击，对机械传

32、动系统(齿轮及轴连接器)震动小，启动转矩平滑稳定等诸多优点。启动电流在 2.5-3.5 倍额定电流之间可调，启动时间可调。 4.2.24.2.2 高压笼型电动机高压笼型电动机 传统的启动方式多选用电抗器、自藕变压器等，但这些启动设备都不能很 好地满足启动要求，很难获得理想的启动参数。目前出品的热变电阻软启动装 置能较好地满足启动要求。热变电阻器由其有负温度系数的电阻材料制成，电 阻器串于电动机定子回路，当电动机启动、电阻体通过启动电流时，其温度升 高，而阻值随之减小，从而使电动机端电压逐步升高，启动转矩逐步增加，以 实现电动机的平稳启动。根据电动机参数和负载要求的启动转矩，能方便地配 置适当的

33、启动电阻值获得最佳的启动参数，即在较小的启动电流卜，获得足够 大的启动转矩。海螺集团回转窑风机上己有应用，启动电流为 2.92ie。与用电 抗器相比，电下降了 28%，电网压降由 8%降到了 5%。这说明在启动过程中有一 定的节能效果，延长了电动机的使用寿命，减少了对机械设各的冲击。由一于 启动装置热容量大，几乎无需维修，因此在水泥企业的相关电动机上有明显的 推广价值。 4.2.34.2.3 大型绕线型电动机大型绕线型电动机 目前较为成熟的方式是采用液体变阻启动器。它是利用两极间的液体电阻， 通过机械传动装置便极板的距离逐步接近，直至接触，达到串入转子回路中的 电阻无级变小最后为零，实现电动机

34、无冲击的平滑启动。其特点是启动电流小， 对电网无冲击，热容量大，可连续启动 5-10 次，维护方便，使用可靠。 4.2.34.2.3 中、小型绕线电动机中、小型绕线电动机 主要采用频敏电阻器和油浸电阻器启动，由于有滑环、碳刷、短路环等零 件与继电器、交流接触器、频敏或油浸变阻器等电器元件组成的启动系统都安 装在粉尘较大的生产现场，因此它具有故障率高、维修量大的缺点，经常影响 设备的正常运行，而无刷无环启动器较好地解决了上述问题，它是一种启动平 滑，不改变运行特性且不受粉尘干扰的启动设备。其一次启动电流限制在 3.0- 4.0ie 之间，适合于 11-600kw 的高低压绕线型电动机。该启动器是

35、利用频敏变 阻器的原理，利用贴磁性材料的频感特性研制而成，安装在电动机转轴原来装 集电环的位置，与转子同步旋转，省去了电动机的辅助启动装置。 4.34.3 电动机的调速节能电动机的调速节能 4.3.14.3.1 变频调速变频调速 变频调速结构简单，稳定可靠，调速精度高，启动转矩大，调速范围广， 节能显著。变频调速确实稳定可靠，节能显著，建议对直流调速、电磁滑差调 速的设备进行变频调速改造。 4.3.24.3.2 绕线式电动机液体调速绕线式电动机液体调速 对于一些调速精度要求不高，调速范围要求不宽，并且不频繁调速的绕线 式电动机，如风机、水泵等设备的大中型绕线式异步电动机采用液体调速效果 显著。

36、与变频调速、可控硅串级谰速相比，该方式更经济、可靠、实用，维护 简单，虽调速时效率稍低，但功率因数高，且全速时效率高于变频调速，价格 仅为变频调速的几分之一。该设备采用强制冷却的方法由循环水装置来降低在 调速过程中液体电阻因通电发热所升高的温度，有效地解决了以前热容量不够 容易引起开锅的现象。1 台 460kw 喷枪泵上使用己有 2 年，投入前一次运行电 流平均为 42a,投入后平均电流降低为 36a。运行功率由 340kw 降为 286kw，节 电达 16%。广东肇庆小湘水泥有限公司一分厂制成 355kw 排风机电动机使用了 1 台 yqt-sdci 型液体调速器，投入前一次运行电流平均为

37、36a，投人后平均电 流为 26a，节电率达 28%。因此水泥企业的窑尾排风机高压绕线电动机最适宜液 体调速改造。 4.44.4 电动机的功率因数补偿电动机的功率因数补偿 4.4.14.4.1 原理及补偿类型原理及补偿类型 笼型电动机通常采用并联电容器就地补偿的方法。在 35 台 37kw 以上的笼 型低压电动机上进行了并联电容器补偿，每年节电 17 万 kwh。绕线式电动机可 采用进相机补偿的方式。进相机补偿分旋转式和静止式 2 种，由于旋转式进相 机结构上的缺陷，目前逐步被静止式进相机所代替。在原料磨 1000kw 电动机上 采用了静止式进相机补偿，电动机温升下降了 l6 摄氏度，功率因数

38、升为 0.98，一次电流降低 16%，每年节约电费 9.6 万元。 4.4.24.4.2 应注意的问题应注意的问题 经常停机的电动机，年利用率很低的电动机，多速电动机，经常反复开停、 点动或堵转的电动机和双向转动或反接制动的电动机，不宜进行就地补偿。 4.54.5 实际应用举例计算实际应用举例计算 4.5.14.5.1 煤气循环水泵与竖炉热水泵节能的分析煤气循环水泵与竖炉热水泵节能的分析 (1)煤气生产过程中，需要循环水对煤气进行洗涤冷却。循环水泵是煤气生 产工艺中的重要设备，循环水泵不能调速，利用出口阀门来控制水流量和管网 压力，由于循环水泵的选择是按最大负荷情况来选型，而在实际运行中循环水

39、 泵留有较大的余量，冷却水的流量与压力是通过冷却水循环泵出、入口联络管 上的调节阀来进行调节，从而造成电动机运行效率较低，造成电能浪费，为降 低生产成本，因此对煤气循环水泵进行变频调速节能改造，以解决能源浪费问 题。 循环泵运行电流约为 70 a,额定电流为 102.5a,额定功率 55 kw。 则没上变频器前 p=1.732x380 x70 x0.85=39kw。 上变频器后循环泵运行电流为 57a,频率 38hz 即变频器效率为 96%，负荷率 41%，则平均运行负荷 55x41%=22.5 kw； 年经济效益为循环泵年节电量: (39-22.5) x 24x330=130680 (kwh

40、) 平均电费是 0.5 元/kwh，即循环泵一年可以节省 0.5x130080=65340 元。 (2)竖炉的热水循环水泵也是不能调速，而是利用出口阀门来控制水流量和 管网压力，由于循环水泵的选择是按最大负荷情况来选型，而在实际运行中循 环水泵留有较大的余量，循环水的流量与压力是通过循环泵出、入口联络管上 的调节阀来进行调节，从而造成电动机运行效率较低，造成电能浪费，为降低 生产成本。 对热水循环泵进行了变频改造。 一期热水循环泵是 3 备两用，额定电流 35.9a,额定功率 18.5kw,额定 cos 为 0.97,运行电流约为 28a。则 p=1.732x28x0.38x0.97=17.9

41、kw。 上变频后热水循环泵运行电流为 15a,频率 30hz,变频器效率为 90%， 负荷率为 ，=(nl/n2) 2/0.96=1.15x0.6x2/0.96=43%。 则平均运行负荷为:18.5kwx43%=8kw 年经济效益为循环泵年节电量: (17.9-8)x24x330=18408 (kwh) 平均电费是 0.5 元/kwh，即循环泵一年可以节省 0.5x78408=39204 元。 一期 2 台水泵节省 78408 元。 二期热水泵额定电流:70.5a,额定功率 37kw,额定 cos 为 0.80，运行电流 约为 52a。则 p=1.732x52x0.38x0.8=27kw 上变

42、频后热水循环泵运行电流为 30a,频率 38hz 即 76%，变频器效率为 96%，负荷率为 ，=(nl/n2) 2/0.96=1.15x(0.76)2/0.96=70%。 则平均运行负荷为:18.5kwx70%=12.8kw 年经济效益为循环泵年节电量: (27-12.8)x24x330=112464 kwh 平均电费是 0.5 元/kwh，即循环泵一年可以节省 0.5x112464=56323 元。一 期 2 台水泵节省 112464 元。 第第 5 5 章章 变频调速节能分析与研究变频调速节能分析与研究 5.15.1 异步电动机常用调速技术异步电动机常用调速技术 交流异步电动机的输出转速

43、由公式 n=60f(1-s)/p 确定， 式中：n-电动机的输出转速； f-输入的电源频率； s-电动机的转差率； p-电机的极对数。 由公式可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电动机的极 对数有关系,因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整 p)、转子串 电阻调速(调整 s)和变频调速(调整 f)等；如下图 5-1 所示： 图 5-1 异步电动机常用调速技术 5.25.2 异步电动机常用调速方式性能比较异步电动机常用调速方式性能比较 异步电动机常用调速方式性能比较如下表 5-1： 表 5-1 异步电动机常用调速方式性能比较 调速方式 性能 液力耦合器串级调速变极调速变频调

44、速 功率因素低低一般高 对电网干扰无较大无稍有 调速范围一般窄100、50、00100% 对电机要求无绕线电机极数可变无 维护保养较难较难最易容易 可靠性一般一般可靠可靠 性能一般良好一般最好 初步投资省较贵最省较贵 5.35.3 低压、高压变频调速简解低压、高压变频调速简解 异步电动机调速控制时希望主磁通保持额定值不变。磁通太弱，铁心利用 系数低，同样的转子电流，电磁转矩小，负载能力小；磁通能力太强，励磁电 流大，在同样的定子电流时，电流的有功分最将降低，为使电机不过热，负载 能力将下降。异步电动机的调速方式有在基频以下的恒磁通变频器调速恒转 矩调速方式)，有在基频以上的弱磁变频调速(恒功率

45、调速方式)。在选型时应慎 重，一般说恒转矩调速比恒功率调速好。 高压变频调速:随着功率器件和控制技术的改进，高效节能变频调速得到越 来越广泛的应用。 5.3.15.3.1 高压变频调速分类高压变频调速分类 变频调速器从电网接收工频 50hz 的交流电，经过恰当的强制变换方法，将 输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可凋节的交流电输出到交流电动机， 实现交流电动机的变速运行。 异步电动机调速控制时希望上磁通保持额定值不变。磁通太弱，铁心利用 系数低，同样的转子电流，电磁转距小，负载能力小；磁通能力太强，励磁电 流大，在同样的定子电流时，电流的有功分最将降低，为使电机不过热，负载 能力将下降。 将

46、工频交流电变换成为可变频的交流电输出的变换方法主要有两种：一种 称为直接变换力一式，又称为交交变频方式，它是通过可控整流和可控逆变 的方式，将输入的工频电直接强制成为需要频率的交流输出，因而称其为交流 交流的变频方式。另一种称为间接变换方式，又称为交直交变频方式， 它是先将输入的工频交流电通过全控/半控/不控整流变换为直流电，再将直流 电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。 高压变频限于功率器件的电压耐景和高压使用条件的矛盾，采用小同的功 率器件和不同的电路结构，以适应齐种拖动设备的要求，因而在各项性能指标 和适用范围上各有差异。 根据有无直流环节而将变频器分为两大类:交一交变

47、频器，交直交变频 器。 交直交又分为:直流环节采用大电感以平抑电流脉动叫电流源型，采用 大电容叫电压源型。 电流源型变频器又可以分 (1)负载换向式(晶闸管 lct) (2)采用自关断器件(gto 或 sgct) 电压源型变频器又可以分 (1)功率器件串联二电平直接高压变频错 (2)采用 igct 或 hv-igbt 的三电平变频器 (3)采用 lv-igbtr 的单元串联多电平变频器 5.45.4 经济效益分析经济效益分析 异步电机在不同工况下变速运行能大大节约能耗，降低运行费用。对三台 300mw 运行机组凝结水泵用变频、不用变频用电情况进行过比较： 凝结水泵电机型号 ykkl-500-4

48、, 900kw, 6kv, 105a 1489r/min, 水泵型号:nlt350-400x6 流量 870m/h 全压 280 mh2o 叶轮直径 392mm #1 机 #2 机 #3 机 发电机送出功率 222mw 228 mw 192 mw, 凝结水泵出水量 580 吨 583 吨 608 吨， 凝结水泵电机电流 32.9a 36a 87a #1、#2 机凝结水泵采用变频装置，#3 机未采用，三台发电机送出功率基木 相同，三台泵的流景基木相同，但电流却相差一倍多、消耗的功率同样相差一 倍多，可见异步电动机采用变频装置节电效果是十分显著的。据折算一台满足 上述容量的中压变频装置总投资约 120 万，一年半至二年时即可收回投资。 此外，调速除丁节能还能减少设备的维护费用。未改前电机起动是全速起 动，启动电流是额定电流的 57 倍，交流电机的直接起动(尤其是高压电机)会 产生巨大的电流冲击和转矩冲击，在很短的起动过程中，转子笼型绕组及阻尼 绕组将承受很高的热应力和机械应力，致使笼条的端环断裂。直接起动时的大 电流还会在定子绕组的端部产生很人的电磁力，使绕组端部挠动和变形，造成 定子绕组绝缘的机械损伤和磨损，从而导致定子绕组绝缘击穿。直接起动时的 大电流还会引起铁芯振动，使铁芯松驰，引起电