电机系统节能技术

1、第九节第九节 电机系统节能技术电机系统节能技术 一、了解内容一、了解内容 （一）电动机系统的组成及目前的运行状况：（一）电动机系统的组成及目前的运行状况： 1.电机系统包括电动机、被拖动装置、传动系统、电机系统包括电动机、被拖动装置、传动系统、 控制系统以及管网负荷等，电机系统首先是通过电动机控制系统以及管网负荷等，电机系统首先是通过电动机 将电能转化为机械能，再通过被拖动装置做功，实现所将电能转化为机械能，再通过被拖动装置做功，实现所 需的各种功能需的各种功能 。 2.电动机及拖动设备效率低。电机产品效率比国外电动机及拖动设备效率低。电机产品效率比国外 先进水平低先进水平低2%5%；风机、泵

2、、压缩机产品效率比国；风机、泵、压缩机产品效率比国 外先进水平低外先进水平低2%4%。 3.系统运行效率低。系统匹配不合理，系统运行效率低。系统匹配不合理，“大马拉小大马拉小 车车”现象严重，设备长期低负荷运行，大部分风机、泵现象严重，设备长期低负荷运行，大部分风机、泵 采用机械节流方式调节，系统运行效率比国外先进水平采用机械节流方式调节，系统运行效率比国外先进水平 低低10%20%。 （二）变频调速控制方式及实例（二）变频调速控制方式及实例 1、频率在工频频率以下范围内调节、频率在工频频率以下范围内调节 2、频率在高于工频频率范围内调节、频率在高于工频频率范围内调节 3、转差频率控制、转差频

3、率控制 变频调速控制实例见变频调速控制实例见P83 （三）电动机系统节能技术的发展趋势（三）电动机系统节能技术的发展趋势 目前的发展趋势是：电机要高效化和智能化，开目前的发展趋势是：电机要高效化和智能化，开 发研制高效电机，将变频器可控制系统集成到电机系发研制高效电机，将变频器可控制系统集成到电机系 统中，可节能达统中，可节能达2030%；电机系统要变频化和信息；电机系统要变频化和信息 化，在智能电机的基础上，发展采用现场总线技术的化，在智能电机的基础上，发展采用现场总线技术的 产品，从而简化结构，提高系统的可靠性；现有系统产品，从而简化结构，提高系统的可靠性；现有系统 和设备进行改造，以先进

4、的电力电子技术传动方式改和设备进行改造，以先进的电力电子技术传动方式改 造传统的机械传动方式，采用交流调速取代直流调速，造传统的机械传动方式，采用交流调速取代直流调速， 采用配有减速装置的电气传动系统，采用基于现场总采用配有减速装置的电气传动系统，采用基于现场总 线的多功能可通讯智能电机等；优化电机系统的运行线的多功能可通讯智能电机等；优化电机系统的运行 和控制，推广软起动装置、无功补偿装置、计算机自和控制，推广软起动装置、无功补偿装置、计算机自 动控制系统等，这都将使电机系统取得可观的节能效动控制系统等，这都将使电机系统取得可观的节能效 果。果。 二、理解要点二、理解要点 （一）电动机的分类

5、（一）电动机的分类 1.根据工作电源的不同，可将电动机分为交根据工作电源的不同，可将电动机分为交 流电动机和直流电动机，其中交流电动机又分为流电动机和直流电动机，其中交流电动机又分为 单相电动机和三相电动机，异步电动机和同步电单相电动机和三相电动机，异步电动机和同步电 动机。动机。 2.按转子结构分类，可将异步电动机分为笼按转子结构分类，可将异步电动机分为笼 型感应电动机和绕线转子感应电动机。型感应电动机和绕线转子感应电动机。 （二）普通电动机的工作特性（二）普通电动机的工作特性 1.异步电动机的工作特性，包括转速特性，异步电动机的工作特性，包括转速特性， 电流特性，转矩特性，功率因数特性，效

6、率特性。电流特性，转矩特性，功率因数特性，效率特性。 2.直流电动机的工作特性，包括转速特性，直流电动机的工作特性，包括转速特性， 电流特性，转矩特性，效率特性。电流特性，转矩特性，效率特性。 3.同步电动机的工作特性，包括电流特性，同步电动机的工作特性，包括电流特性， 转矩特性，功率因数特性，效率特性。特性曲线转矩特性，功率因数特性，效率特性。特性曲线 图见图见节能技术节能技术（上）（上）74 -76页。异步电动机页。异步电动机 的工作特性图如下。的工作特性图如下。 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性 1.转速特性转速特性 )(Pfn 2.转矩特性转矩特性 )(PfT 3.电流特性电流

7、特性 )(PfI 4.效率特性效率特性 )(Pf （三）常用机械负载的特性（三）常用机械负载的特性 1.水泵类负载特性。水泵类负载特性。 2.风机类负载特性。风机类负载特性。 3.恒功率负载特性。恒功率负载的特性是转恒功率负载特性。恒功率负载的特性是转 矩与转速大体成反比，其乘积（即功率）近似矩与转速大体成反比，其乘积（即功率）近似 保持不变。金属切削机床主轴、轧机、造纸机、保持不变。金属切削机床主轴、轧机、造纸机、 塑料薄膜生产线中的卷取机和开卷机等。塑料薄膜生产线中的卷取机和开卷机等。 4.恒转矩负载特性。恒转矩负载的特性是指恒转矩负载特性。恒转矩负载的特性是指 在任何转速下负载转矩总保持

8、恒定或基本恒定，在任何转速下负载转矩总保持恒定或基本恒定， 而与转速无关。例如传送带、搅拌机、挤压机、而与转速无关。例如传送带、搅拌机、挤压机、 摩擦机、吊车、起重机摩擦机、吊车、起重机 。 水泵类负载特性水泵类负载特性 1Q-H特性曲线特性曲线 2Q-N特性曲线特性曲线 3Q-特性曲线特性曲线 （四）根据泵及风机工作点要求（四）根据泵及风机工作点要求 选择电动机容量选择电动机容量 1.电动机负载率在电动机负载率在0.71之间时效率和功之间时效率和功 率因数比较高。对负荷基本不变的电动机，率因数比较高。对负荷基本不变的电动机， 若电动机输出功率为若电动机输出功率为P，根据公式，根据公式 选取电

9、动机额定功率。选取电动机额定功率。 2.对负荷变化的电动机，先求出负荷变化对负荷变化的电动机，先求出负荷变化 周期内电动机输出的平均功率周期内电动机输出的平均功率P，然后按，然后按 选取电动机额定功率。选取电动机额定功率。 PP)45. 11 ( e PP)45. 11 ( e （五）电动机变频调速的基本工作原理（五）电动机变频调速的基本工作原理 根据电动机学理论，交流电动机的同步转速根据电动机学理论，交流电动机的同步转速 为：为： ， 式中：式中：p电动机定子绕组的电动机定子绕组的 磁磁 极对数；极对数；f电源频率。电源频率。 异步电动机的实际转速总是低于同步转速的，异步电动机的实际转速总是

10、低于同步转速的， 且随着同步转速的变化而变化。当电源频率增加且随着同步转速的变化而变化。当电源频率增加 时，同步转速增加，电动机的转速也增加；电源时，同步转速增加，电动机的转速也增加；电源 频率下降，电动机的转速也下降。在频率下降，电动机的转速也下降。在p固定时，固定时， 电动机的转速正比于电源的频率电动机的转速正比于电源的频率f。这种通过变。这种通过变 频器来改变电源频率实现速度调节的过程称为变频器来改变电源频率实现速度调节的过程称为变 频调速。频调速。 p f n 60 0 三、掌握重点三、掌握重点 （一）电动机拖动风机及泵类负载的节能（一）电动机拖动风机及泵类负载的节能 1.选用节能型电

11、动机、风机、泵。选用节能型电动机、风机、泵。 2.按正常操作流量的按正常操作流量的1.11.15倍及风压余量不倍及风压余量不 超过超过10%的要求考虑选用风机。的要求考虑选用风机。 3.选用泵时，在满足所需最大压力的情况下，选用泵时，在满足所需最大压力的情况下， 其额定流量为正常操作流量的其额定流量为正常操作流量的1.11.5倍，扬程倍，扬程 余量不超过余量不超过8%。 4.根据负载功率的大小，合理选择电动机的根据负载功率的大小，合理选择电动机的 额定功率，使电动机运行时的平均负载率在额定功率，使电动机运行时的平均负载率在 0.71之间，确保电动机高效运行。之间，确保电动机高效运行。 （二）电

12、动机软启动的特点及节能分析（二）电动机软启动的特点及节能分析 1.电动机软启动时，起动电流从零线性上升至电动机软启动时，起动电流从零线性上升至 设定值，无冲击电流。设定值，无冲击电流。 2.软启动器可以引入电流闭环控制，使电动机软启动器可以引入电流闭环控制，使电动机 在起动过程中保持恒流，确保电动机的平稳起动。在起动过程中保持恒流，确保电动机的平稳起动。 3.可根据负载特性调节起动过程的各种参数，可根据负载特性调节起动过程的各种参数， 保证电动机处于最佳的起动状态。保证电动机处于最佳的起动状态。 4.降低了电动机在空载或轻载时的输入电压，降低了电动机在空载或轻载时的输入电压， 减小了电动机的损

13、耗，提高了功率因数，减少了减小了电动机的损耗，提高了功率因数，减少了 线路损耗。线路损耗。 5.具有过载、过流、缺相、过热等保护功能，具有过载、过流、缺相、过热等保护功能， 提高了设备的可靠性。提高了设备的可靠性。 （三）变频调速节能技术分析（三）变频调速节能技术分析 通常配置风机、水泵、压缩机时，其额定流通常配置风机、水泵、压缩机时，其额定流 量高于需要的实际流量。其次，生产状况改变时量高于需要的实际流量。其次，生产状况改变时 对流量的需求也发生变化，因此，需要对流量进对流量的需求也发生变化，因此，需要对流量进 行调节。若采用节流调节，会造成能量损失。若行调节。若采用节流调节，会造成能量损失

14、。若 采用变频调速来调节流量，可取得较好的节电效采用变频调速来调节流量，可取得较好的节电效 果。例如某一风机运行时转速为果。例如某一风机运行时转速为n1，轴功率为，轴功率为 P1，通过变频调速，风机转速降低为，通过变频调速，风机转速降低为n2，轴功，轴功 率降低为率降低为P2。风机轴功率与转速存在下列关。风机轴功率与转速存在下列关 系，系， ，即风机两种运行工况下的轴功率，即风机两种运行工况下的轴功率 之比是转速之比的立方，风机转速若下降之比是转速之比的立方，风机转速若下降10%， 轴功率则下降轴功率则下降27.1%。 3 1212 )( nnPP （四）空气压缩机的节能措施（四）空气压缩机的

15、节能措施 1.选用节能型电动机。选用节能型电动机。 2.合理配置电动机与压缩机之间的传动装置，合理配置电动机与压缩机之间的传动装置， 减少机械传动过程中的能量损失，提高传动效率。减少机械传动过程中的能量损失，提高传动效率。 3.空压机内部的活塞与缸套之间保持良好的空压机内部的活塞与缸套之间保持良好的 润滑，减少摩擦损耗。润滑，减少摩擦损耗。 4.减少气路系统压力损失和泄漏。减少气路系统压力损失和泄漏。 5.降低冷却水入口温度，提高冷却水流量，降低冷却水入口温度，提高冷却水流量， 及时清除冷却器沉积物，采用软化水等提高冷却及时清除冷却器沉积物，采用软化水等提高冷却 器的交换热性能。器的交换热性能。 （四）空气压缩机的节能措施四）空气压缩机的节能措施 7.在满足生产要求的前提下，适当降低排在满足生产要求的前提下，适当降低排 气压力可节约电能。气压力可节约电能。 8.采用变频调速控制技术。采用变频调速控制技术。 （五）制冷压缩机的节能措施（