能源管理师培训讲稿

1、 本讲共三章本讲共三章 1、第四章电机与拖动、第四章电机与拖动 2、第九章电气测量基础、第九章电气测量基础 3、第十一章电机系统节能技术、第十一章电机系统节能技术 第四章电机与拖动第四章电机与拖动 第一节第一节 电机分类电机分类 一、电机分类一、电机分类 在电能的生产、转换、传输、分配、使用与控制等方面，在电能的生产、转换、传输、分配、使用与控制等方面，必须通过能够进行能量（或信号）传递与变换的电磁机械装置必须通过能够进行能量（或信号）传递与变换的电磁机械装置，这些电磁机械装置被广义地称为电机。电机可分为：，这些电磁机械装置被广义地称为电机。电机可分为： （1）发电机）发电机-把机械能转变成电

2、能；把机械能转变成电能； （2） 电动机电动机-把电能转变成机械能；把电能转变成机械能； （3）变压器、变频机、变流机、移相器等，分别用于改变）变压器、变频机、变流机、移相器等，分别用于改变电压、频率、电流及相位，把一种类型的电能转变成另一种类电压、频率、电流及相位，把一种类型的电能转变成另一种类型的电能；型的电能； （4）控制电机）控制电机-用于各种自动控制系统中的控制元件。用于各种自动控制系统中的控制元件。 从能量转换的观点看，发电机与电动机两者是可逆的。从能量转换的观点看，发电机与电动机两者是可逆的。 静止的：如变压器等静止的：如变压器等 ； 旋转的：各类发电机与电动机。旋转的：各类发电

3、机与电动机。 电机又可分为：直流电机、交流异步电机、交流同步电机电机又可分为：直流电机、交流异步电机、交流同步电机以及各类特殊电机（控制电机）等。以及各类特殊电机（控制电机）等。 电动机拖动生产机械的运动称为电力拖动（或称为电气拖电动机拖动生产机械的运动称为电力拖动（或称为电气拖动）。电力拖动系统一般由控制设备、电动机、传动机构、生动）。电力拖动系统一般由控制设备、电动机、传动机构、生产机械与电源五部分组成。产机械与电源五部分组成。 二、同步电动机二、同步电动机 同步电动机分为旋转电枢式和旋转磁极式两种，旋转电枢同步电动机分为旋转电枢式和旋转磁极式两种，旋转电枢式用于小容量电动机中，旋转磁极式

4、用于大容量电动机中。式用于小容量电动机中，旋转磁极式用于大容量电动机中。 同步电动机的特点是：转子转速与负载大小无关，始终保同步电动机的特点是：转子转速与负载大小无关，始终保持为同步转速，且功率因素可以调节。持为同步转速，且功率因素可以调节。 同步电机的转子是磁极，由直流电励磁、直流电机的电刷同步电机的转子是磁极，由直流电励磁、直流电机的电刷和滑环流入流入励磁绕组。当电动机的转速接近同步转速时，和滑环流入流入励磁绕组。当电动机的转速接近同步转速时，旋转磁场对转子励磁。此时旋转磁场就紧紧地牵引着转子一起旋转磁场对转子励磁。此时旋转磁场就紧紧地牵引着转子一起转动，两者转速保持相等（同步），这就是同

5、步电动机名称由转动，两者转速保持相等（同步），这就是同步电动机名称由来。来。 n=60f/p p为极对数，当电源频率为极对数，当电源频率 f 一定时，电机的转速是恒定的。一定时，电机的转速是恒定的。 改变同步电动机的励磁电流时，就可以就可以改变定子相改变同步电动机的励磁电流时，就可以就可以改变定子相电压和相电流之间的相位差，（改变同步电动机的功率因素）电压和相电流之间的相位差，（改变同步电动机的功率因素），可以使同步电动机运行于电感性、电阻型和电容性状态）。，可以使同步电动机运行于电感性、电阻型和电容性状态）。 同步电动机常用于长期连续工作及保持转速不变的场所，同步电动机常用于长期连续工作及保

6、持转速不变的场所，如用于驱动水泵、通风机、压缩机等。如用于驱动水泵、通风机、压缩机等。 二、其他电机二、其他电机 异步电动机、直流电动机等都是作为动力驱动使用的。异步电动机、直流电动机等都是作为动力驱动使用的。 控制电机的主要任务是转换和传递控制信号，常用的有伺控制电机的主要任务是转换和传递控制信号，常用的有伺服电动机、测速电动机、步进电动机等。服电动机、测速电动机、步进电动机等。 控制电机的特点：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、耗控制电机的特点：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。电少、运行可靠等。 第二节第二节 变压器及其应用变压器及其应用 变压器是一种常见的电气设备，当输

7、送功率和功率因素一定变压器是一种常见的电气设备，当输送功率和功率因素一定时，电压越高，则线路电流越小。时，电压越高，则线路电流越小。 在电子线路中，除了有电源变压器外，变压器还用于耦合电在电子线路中，除了有电源变压器外，变压器还用于耦合电路，传递信号，并实现阻抗匹配。路，传递信号，并实现阻抗匹配。 此外还有自耦变器、此外还有自耦变器、以及各种专用变压器。以及各种专用变压器。 一、变压器的工作原理一、变压器的工作原理 变压器由闭合铁芯和变压器由闭合铁芯和高压、低压绕组等几个主高压、低压绕组等几个主要部分构成。要部分构成。 （一）电磁关系（一）电磁关系 当一次绕组接入交流电压当一次绕组接入交流电压

8、u u1 1 时时, ,一次绕组中便有一次绕组中便有i i1 1 通过。一通过。一次绕组的磁通势次绕组的磁通势 N N1 1i i1 1 产生的磁通绝大部分通过铁芯而闭合，从而产生的磁通绝大部分通过铁芯而闭合，从而在二次绕组中感应出电动势。如果二次绕组中接有负载，则二次在二次绕组中感应出电动势。如果二次绕组中接有负载，则二次绕组中就有电流绕组中就有电流 I I2 2 通过。二次绕组的磁通势通过。二次绕组的磁通势N N 2 2i i2 2 也产生磁通，也产生磁通，其绝大部分也通过铁芯而闭合，因此铁芯中的磁通是由一、二次其绝大部分也通过铁芯而闭合，因此铁芯中的磁通是由一、二次绕组的磁通势共同形成的

9、磁通，它称为主磁通。此外一、二次绕绕组的磁通势共同形成的磁通，它称为主磁通。此外一、二次绕组的磁通势还分别产生漏磁通（仅与本绕组相连），从而在各自组的磁通势还分别产生漏磁通（仅与本绕组相连），从而在各自的绕组中分别产生漏磁电动势。的绕组中分别产生漏磁电动势。 （二）电压关系（设加正弦交流电压）（二）电压关系（设加正弦交流电压） 1 1、一次、二次侧主磁通感应电动势、一次、二次侧主磁通感应电动势 一次感应电动势一次感应电动势: :e e1 1 = = E E1m1m sinsin( (t-90O)- 一次感应电动势一次感应电动势e e1 1 的有效值的有效值E E1 1 为：为： E E1 1

10、= 4.44= 4.44fNfN1 1 m 同理，二次绕组的感应电动势同理，二次绕组的感应电动势e e2 2 为：为： e e2 2 = = E E2m2m sinsin( (t-90O) 二次感应电动势二次感应电动势e e2 2 的有效值的有效值E E2 2 为：为： E E2 2 = 4.44= 4.44fNfN2 2 m 2、一次、二次侧电压、一次、二次侧电压 一次侧电压：一次侧电压： 式中：式中： R1 : 一次侧绕组的电阻；一次侧绕组的电阻； ：一次绕组的感抗（漏磁感抗）。：一次绕组的感抗（漏磁感抗）。 由于电阻由于电阻R1 和感抗和感抗X1（或漏磁通（或漏磁通 ）较小，其两端的电压

11、也较）较小，其两端的电压也较小，与主磁电动势小，与主磁电动势E1比较可以忽略不计，则比较可以忽略不计，则 ，得到，得到U1的有效值为：的有效值为： 同理对二次侧电路可列出：同理对二次侧电路可列出： 式中：式中： R2 : 二次绕组二次绕组 的电阻；的电阻； ：二次绕组的感抗；：二次绕组的感抗； ：二次绕组的端电压。：二次绕组的端电压。 变压器空载时：变压器空载时：I2 = 0, U2 =U20 = E2 = 4.44 f mN2 式中式中U20 为变压器的空载电压。为变压器的空载电压。 一、二次绕组的电压之比为：一、二次绕组的电压之比为： 式中式中 K 为变比（匝数比）为变比（匝数比） （三）

12、电流变换（一次、二次侧电流关系）（三）电流变换（一次、二次侧电流关系） 由由 当电源电源电压当电源电源电压U1和频率和频率f不变时，不变时，E1和和m也都接近于常也都接近于常数，因此有：数，因此有： 变压器的空载电流变压器的空载电流i i0 0 是励磁用的，而铁芯的磁导率，因此是励磁用的，而铁芯的磁导率，因此，空载电流很小，常可以忽略，因此可以认为：，空载电流很小，常可以忽略，因此可以认为： 从上面的关系可以得出：从上面的关系可以得出： （四）阻抗变换（四）阻抗变换 变压器除了能变换电压和变换电流，还有变换负载阻抗的功变压器除了能变换电压和变换电流，还有变换负载阻抗的功能。能。 二、变压器的额

13、定值二、变压器的额定值 （一（一) )额定电压额定电压U U1N 1N 、U U2N2N 变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的电压值。电压值。 三相额定电压是一次、二次侧的线电压。三相额定电压是一次、二次侧的线电压。 （二（二) )额定电流额定电流I I1N 1N 、I I2N2N 变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。 三相额定电流是一次、二次侧的线电流。三相额定电流是一次、二次侧的线电流。 （三）额定容量（三）额定容量S SN N 额定容量定义为传送功率的最大能力。额定

14、容量定义为传送功率的最大能力。 单相变压器单相变压器 S SN N = =U U2N 2N I I2N 2N U U1N 1N I I1N1N 三相变压器三相变压器 S SN N = = U U2N 2N I I2N 2N U U1N 1N I I1N1N 三、变压器的损耗与效率三、变压器的损耗与效率 变压器的功率损耗包括铁芯中的铁损耗变压器的功率损耗包括铁芯中的铁损耗P PFe Fe 和绕组中的铜损和绕组中的铜损耗耗P PCu Cu 两部分。两部分。 变压器的效率常用如下公式表示：变压器的效率常用如下公式表示： P2 :变压器的输出功率；变压器的输出功率； P1 :变压器的输入功率。变压器的

15、输入功率。 四、特殊变压器四、特殊变压器 （一）自耦变压器（一）自耦变压器 结构特点是：结构特点是： 二次绕组是一次绕二次绕组是一次绕组的一部分。组的一部分。 （二）电流互感器（二）电流互感器 电流互感器是根据变压器的原理制成的。它主要用于扩大测电流互感器是根据变压器的原理制成的。它主要用于扩大测量交流电流的量程，此外使用电流互感器也是为了测量仪表与高量交流电流的量程，此外使用电流互感器也是为了测量仪表与高压电路隔离。压电路隔离。 结构：一次绕组匝数很少（一匝或几匝），二次绕组的匝数结构：一次绕组匝数很少（一匝或几匝），二次绕组的匝数较多。较多。 使用应注意：二次不能开路；铁芯、低压绕组一端接

16、。使用应注意：二次不能开路；铁芯、低压绕组一端接。 电流互感器是一种特殊的变压器电流互感器是一种特殊的变压器，其一次侧线圈匝数很少（低其一次侧线圈匝数很少（低压通常只有压通常只有1匝）匝），而二次侧线圈匝数很多（比如一个而二次侧线圈匝数很多（比如一个1000/5的互的互感器感器,二次侧线圈是一次侧的二次侧线圈是一次侧的200倍）倍）。在二侧开路时在二侧开路时，二次侧电二次侧电压会上升到一次侧线圈压降的很多倍（压会上升到一次侧线圈压降的很多倍（1000/5的互感器的互感器，就是就是200倍）倍），从而影响二次回路的正常运行从而影响二次回路的正常运行，并危及人身安全并危及人身安全。 （三）电压互感

17、器（三）电压互感器 电压互感器用于用低量程的电压表测量高电压。电压互感器用于用低量程的电压表测量高电压。 使用时应注意：二次侧不能短路，以防产生过流；铁芯、低使用时应注意：二次侧不能短路，以防产生过流；铁芯、低压绕组一端接。压绕组一端接。 电压互感器在正常运行中，二次负载阻抗很大，电压互感器电压互感器在正常运行中，二次负载阻抗很大，电压互感器是恒压源，内阻抗很小，容量很小，一次绕组导线很细，当互感是恒压源，内阻抗很小，容量很小，一次绕组导线很细，当互感器二次器二次端端发生短路时，发生短路时，引起引起一次电流很大，若二次一次电流很大，若二次侧侧熔丝选择不熔丝选择不当，保险丝不能熔断时，电压互感器

18、极易被烧坏。所以，电压互当，保险丝不能熔断时，电压互感器极易被烧坏。所以，电压互感器二次侧是不允许短路。感器二次侧是不允许短路。 第三节第三节 直流电动机直流电动机 直流电动机是将直流电能转换成机械能的电机。直流电动机是将直流电能转换成机械能的电机。 按励磁方式分为：他励、并励、串励和复励四种。按励磁方式分为：他励、并励、串励和复励四种。 特点：较好的调速性能（调速范围广、易于平滑调速）；特点：较好的调速性能（调速范围广、易于平滑调速）；较大的起动力矩（制动转矩大、易于快速起动、停车、易于控较大的起动力矩（制动转矩大、易于快速起动、停车、易于控制）。制）。 一、直流电机的工作原理一、直流电机的

19、工作原理 （一）构造（一）构造 直流电机由定子（磁极）、转子（电枢）和机座等部分组直流电机由定子（磁极）、转子（电枢）和机座等部分组成。成。 （1）定子（磁极）：在电机中产生磁场；）定子（磁极）：在电机中产生磁场； （2）转子（电枢）：由铁芯、绕组、换向器组成。）转子（电枢）：由铁芯、绕组、换向器组成。 1、电枢感应电动势、电枢感应电动势 E = KE n 式中：式中： E ：电动势，单位伏特（：电动势，单位伏特（V）；）； KE ：与电机结构有关的常数；：与电机结构有关的常数； ： 一个磁极的磁通；一个磁极的磁通； n ：电机的转速，单位为每分钟转数（：电机的转速，单位为每分钟转数（r/mi

20、n）。）。 2、电枢回路电压平衡式、电枢回路电压平衡式 U =E + IR =KEn + IR 式中：式中： U ：外加电压；：外加电压； R ：绕组电阻：绕组电阻 。 3、电磁转矩、电磁转矩 转矩公式：转矩公式：T =Kr + I 式中：式中： T ：电机转矩，单位为牛：电机转矩，单位为牛米（米（Nm）；）； Kr ：与电机结构有关的常数；：与电机结构有关的常数； 4、转矩平衡关系、转矩平衡关系 T =T2 + T0 式中：式中： T2 ：机械负载转矩；：机械负载转矩； R ：空载转矩。：空载转矩。 二、并励电动机的调速二、并励电动机的调速 并励直流电机的励磁绕组与电枢并联。并励直流电机的励

21、磁绕组与电枢并联。 （一）并励直流电机调速的优点（一）并励直流电机调速的优点 1、调速均匀平滑，可以无级调速；、调速均匀平滑，可以无级调速； 2、调速范围大，调速比可达、调速范围大，调速比可达200以上。以上。 （二）调速方法（二）调速方法 1、改变磁通调速、改变磁通调速 由于电动机在额定状态下运行时，它的磁路已接近饱和，由于电动机在额定状态下运行时，它的磁路已接近饱和，所以通常只是减小磁通，将转速往上调。所以通常只是减小磁通，将转速往上调。 （1）优点）优点 调速平滑，可以实现无级调速；调速平滑，可以实现无级调速； 调速经济，控制方便；调速经济，控制方便； 机械特性较硬，稳定性较好；机械特性

22、较硬，稳定性较好； 对专门生产的调磁电动机，调速幅度可达对专门生产的调磁电动机，调速幅度可达34。 （2）应注意）应注意 若调速后若调速后I 保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。必须减小。 该调速方法只适用于恒功率调速。该调速方法只适用于恒功率调速。 2、改变电压调速、改变电压调速 优点优点 （1）机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较）机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳定性较好；好； （2）调速幅度较大，可达）调速幅度较大，可达6 10； （3）可均匀调节电枢电压，得到平滑的无级调速。）可均匀调节电枢电压，得到平滑的无级调速。

23、改变电压调速需要用专用设备，投资费用较高，近年来，改变电压调速需要用专用设备，投资费用较高，近年来，普遍采用晶闸管整流电源进行调压和调磁。普遍采用晶闸管整流电源进行调压和调磁。 3、电枢回路串电阻调速、电枢回路串电阻调速 电枢回路串接电阻，由于电阻增大则转速下降。电枢回路串接电阻，由于电阻增大则转速下降。 特点特点 （1）设备简单，操作方便）设备简单，操作方便 ； （2）机械特性软，稳定性差；）机械特性软，稳定性差； （3）能量损耗大，只适用于小型直流电机。）能量损耗大，只适用于小型直流电机。 第四节第四节 异步电动机异步电动机 异步电动机是指电机工作时转子的速度与定子旋转的磁场异步电动机是指

24、电机工作时转子的速度与定子旋转的磁场速度不一致的电机，其主要优点是，笼型转子异步电机结构简速度不一致的电机，其主要优点是，笼型转子异步电机结构简单、牢固，特别适合用于高圆周速度电机；无集电环和碳刷，单、牢固，特别适合用于高圆周速度电机；无集电环和碳刷，可靠性高，不受使用场所限制；设备简单负荷控制方便。可靠性高，不受使用场所限制；设备简单负荷控制方便。 一、三相异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的工作原理 （一）构造（一）构造 三相异步电动机分三相异步电动机分成两个基本部分。成两个基本部分。 定子（固定部分）定子（固定部分） 转子（旋转部分）转子（旋转部分） 1、定子、定子 定子由机座和装在

25、机座内的圆筒形铁芯以及其中的三相定定子由机座和装在机座内的圆筒形铁芯以及其中的三相定子绕组组成。子绕组组成。 2、转子、转子 分为两种：笼型和绕线型。分为两种：笼型和绕线型。 笼型：结构简单、价格低廉、工作可靠，不能人为改变电笼型：结构简单、价格低廉、工作可靠，不能人为改变电动机的机械特性；动机的机械特性； 绕线型：结构复杂、价格较贵、维护工作量大，转子外加绕线型：结构复杂、价格较贵、维护工作量大，转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。电阻可人为改变电动机的机械特性。 （二）工作原理（二）工作原理 1、旋转磁场、旋转磁场 三相绕组接成星形，绕组中就通入三相对称电流。三相绕组接成星形，绕组中就

26、通入三相对称电流。 瞬时值表达式瞬时值表达式 波形图、旋转磁场波形图、旋转磁场 2、旋转磁场的旋转方向、旋转磁场的旋转方向 旋转磁场的方向是由三相绕组中电流的相序决定的，若想改旋转磁场的方向是由三相绕组中电流的相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组电流的相序，将三根变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组电流的相序，将三根电源线中的任意两根对调即可。电源线中的任意两根对调即可。 3、旋转磁场的极对数、旋转磁场的极对数p 三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。每相绕组只有一个线圈，绕组的始端

27、数和三相绕组的安排有关。每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差之间相差120，则产生的旋转磁场具有一对极，则产生的旋转磁场具有一对极，p=1（p是磁极对是磁极对数）。数）。 若每相绕组有两个线圈串联，绕组之间互差若每相绕组有两个线圈串联，绕组之间互差60，将形成两对，将形成两对磁极的旋转磁场。磁极的旋转磁场。 同理，如要产生三对极，则每相绕组必须有均匀安排在空间同理，如要产生三对极，则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈，绕组的始端之间相差的串联的三个线圈，绕组的始端之间相差40空间角。空间角。 4、旋转磁场的转速、旋转磁场的转速 三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场

28、三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的转速取决于电源频率和磁场的极对数。在一对极的情况下，旋的转速取决于电源频率和磁场的极对数。在一对极的情况下，旋转磁场的转速为：转磁场的转速为：n0 = 60f1，f1是电源频率，转速的单位为转每分是电源频率，转速的单位为转每分（r/min）。在两对极的情况下，）。在两对极的情况下，n0 = 60f1 / 2。当旋转磁场具有。当旋转磁场具有p对对极时，磁场的转速为：极时，磁场的转速为： n0 = 60f1 / p 旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n0 常称为同步转速。当电源频率和磁场极对常称为同步转速。当电源频率和磁场极对数确定后，旋转磁场的转

29、速数确定后，旋转磁场的转速 n0 也就确定了。也就确定了。 5 5、三相异步电动机的转动原理、三相异步电动机的转动原理 当旋转磁场顺时针旋转式，其磁通切割转子导条，导条中就当旋转磁场顺时针旋转式，其磁通切割转子导条，导条中就感应出电动势。方向由右手定则确定。感应出电动势。方向由右手定则确定。 在电动势作用下，闭合的导条中就有电流，该电流与旋转磁在电动势作用下，闭合的导条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，从而使转子导条受到电磁力的作用。由电磁力产生场相互作用，从而使转子导条受到电磁力的作用。由电磁力产生的电磁转矩，转子就转动起来，转子的转方向与旋转磁场的方向的电磁转矩，转子就转动起来，转子的

30、转方向与旋转磁场的方向相同。相同。 6 6、转差率、转差率 虽然电机的转子转动方向与旋转磁场的旋转方向一致，但转虽然电机的转子转动方向与旋转磁场的旋转方向一致，但转子的转速子的转速 n n 不可能达到旋转磁场的转速不可能达到旋转磁场的转速 n n0 0 ，即，即n n 70%时，可以不更换电机；时，可以不更换电机； 若若Kfd 40%时，不需要经济比较就可以更换电机；时，不需要经济比较就可以更换电机； 若若40% Kfd 70%时，则需经过技术比较后再决定是否更换时，则需经过技术比较后再决定是否更换电机。电机。 二、电动机的软启动节能技术二、电动机的软启动节能技术 三相异步电动机在额定电压下直

31、接启动（硬启动）会带来三相异步电动机在额定电压下直接启动（硬启动）会带来许多问题：许多问题： （1）启动电流很大，一般电机在空载启动时可以达到额定）启动电流很大，一般电机在空载启动时可以达到额定电流的电流的4 7倍，若带载启动时可以达到额定电流的倍，若带载启动时可以达到额定电流的 810倍，倍，直接对电网产生冲击。直接对电网产生冲击。 （2）造成电机损耗增加，使电机绕组发热，加速绝缘老化）造成电机损耗增加，使电机绕组发热，加速绝缘老化，影响电机使用寿命；机械冲击过大，造成电动机鼠条、端环，影响电机使用寿命；机械冲击过大，造成电动机鼠条、端环断裂、转轴扭曲、传动齿轮损伤和皮带断裂等问题。断裂、转

32、轴扭曲、传动齿轮损伤和皮带断裂等问题。 （3）对被拖动的机械系统造成冲击，如风机、水泵的压力）对被拖动的机械系统造成冲击，如风机、水泵的压力突变，往往会造成风机、泵系统管道、阀门的损伤降低使用寿突变，往往会造成风机、泵系统管道、阀门的损伤降低使用寿命，或影响机械精度。命，或影响机械精度。 采用电力电子技术和计算机技术，开发以单片微机为控制采用电力电子技术和计算机技术，开发以单片微机为控制核心的电子软启动器。电子软启动器较传统的自耦降压和核心的电子软启动器。电子软启动器较传统的自耦降压和Y/降降压启动设备具有明显的优点：压启动设备具有明显的优点： （1）无冲击电流，使电机启动电流从零线性上升至设

33、定值。）无冲击电流，使电机启动电流从零线性上升至设定值。 （2）恒流启动，确保点击的平稳启动。）恒流启动，确保点击的平稳启动。 （3）可根据负载特性调节启动过程中的各种参数，保证电机）可根据负载特性调节启动过程中的各种参数，保证电机处于最佳启动状态。处于最佳启动状态。 （4）降低了电动机在空载和轻载时的输入功率，减小了电动）降低了电动机在空载和轻载时的输入功率，减小了电动机的有功及无功损耗。，提高了功率因素。机的有功及无功损耗。，提高了功率因素。 （5）具有齐全的保护功能，具有过载、过流、缺相、过热等）具有齐全的保护功能，具有过载、过流、缺相、过热等保护功能。保护功能。 软启动器有如下几种启动

34、方式：软启动器有如下几种启动方式： （1）斜坡升压软启动，最简单，不具备电流闭环控制，其缺）斜坡升压软启动，最简单，不具备电流闭环控制，其缺点是有时会产生较大冲击电流而损坏晶闸管，实际应用较少。点是有时会产生较大冲击电流而损坏晶闸管，实际应用较少。 （2）斜坡恒流软启动，在电动机启动的初始阶段启动启动）斜坡恒流软启动，在电动机启动的初始阶段启动启动电流逐渐增加，当电流达到预先设定值后保持恒定，直至启动电流逐渐增加，当电流达到预先设定值后保持恒定，直至启动完毕，该启动方式是应用最多的启动方式。完毕，该启动方式是应用最多的启动方式。 （3）阶跃启动，开机时以最短时间使启动电流达到设定值）阶跃启动，

35、开机时以最短时间使启动电流达到设定值，可以达到快速启动的效果。，可以达到快速启动的效果。 （4）脉冲冲击启动，在启动开始阶段以较大电流导通一段）脉冲冲击启动，在启动开始阶段以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，进入恒流启动，该启动时间后回落，再按原设定值线性上升，进入恒流启动，该启动方式适用于重载并需克服较大静摩擦力的启动场合。方式适用于重载并需克服较大静摩擦力的启动场合。 第五节第五节 变频调速节能技术变频调速节能技术 近年来，低压交流变频调速技术获得了迅速发展和广泛的近年来，低压交流变频调速技术获得了迅速发展和广泛的应用。随着高压变频技术的日臻成熟，应用。随着高压变频技术的日

36、臻成熟，3000V、3300V、6000V、10000V等电压等级大功率变频器，也被广泛应用于高压机械等电压等级大功率变频器，也被广泛应用于高压机械设备的控制和节能领域，并获得了更为显著的节能效果。设备的控制和节能领域，并获得了更为显著的节能效果。 一、变频调速原理及控制方式一、变频调速原理及控制方式 （一）变频器调速的工作原理（一）变频器调速的工作原理 交流电机的同步转速为：交流电机的同步转速为：n0= 60f/p ，在在p固定的情况下，电固定的情况下，电动机的转速正比于电源的频率动机的转速正比于电源的频率f 。因此可以通过改变电源频率实因此可以通过改变电源频率实现对电机转速的调节。现对电机

37、转速的调节。 （二）调速控制方式（二）调速控制方式 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 我国的工频频率为我国的工频频率为50Hz，定子绕组每相电路的电势平衡方程为定子绕组每相电路的电势平衡方程为： . . . U1= E1 + I1Z1 式中：式中：Z1为定子绕组每相的阻抗；为定子绕组每相的阻抗；I1为定子绕组的相电流。为定子绕组的相电流。 如果忽略定子压降如果忽略定子压降I1Z1 ，则，则: UE1 = 4.44f1 W kw1 1 ；（W为绕组匝数、为绕组匝数、 kw1绕组系数）绕组系数） 上式可以变换为：上式可以变换为：1 =U1/k f1 由于电动机的电磁转

38、矩正比于由于电动机的电磁转矩正比于1 2，所以若保持，所以若保持U1 /f1 为常数为常数，则电动机的转矩不变，这种控制方式称为恒磁通调压调频调速，则电动机的转矩不变，这种控制方式称为恒磁通调压调频调速，也称恒转矩调速也称恒转矩调速 . 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 变频电源的输出电压一般不能高于其额定电压，如果保持变频电源的输出电压一般不能高于其额定电压，如果保持U1不变，当增加其电源频率不变，当增加其电源频率f1时，则时，则U1 /f1 变小，定子的磁通变小，定子的磁通1 ，电磁转矩也减小；但电源频率增加将导致电动机转速增加，由，电磁转矩也减小；但电源频率

39、增加将导致电动机转速增加，由于电动机的的功率是电磁转矩与其角速度的乘积，所以在调节过于电动机的的功率是电磁转矩与其角速度的乘积，所以在调节过程中，若频率的增加与转矩的变化成一定的比例关系，即可保持程中，若频率的增加与转矩的变化成一定的比例关系，即可保持电机的输出功率为一恒定值，即输出功率保持不变，这种升频定电机的输出功率为一恒定值，即输出功率保持不变，这种升频定压调速方式称为恒功率调速。压调速方式称为恒功率调速。 3、转差频率控制、转差频率控制 三相异步电机中，旋转磁场的转速为三相异步电机中，旋转磁场的转速为n0，电机转子实际转速电机转子实际转速为为n，（，（n0 - n）是转子与旋转磁场之间

40、的相对切割速度。若对频是转子与旋转磁场之间的相对切割速度。若对频率、电压作适当调节，可使率、电压作适当调节，可使U1 /f1不变，此时磁通不变，此时磁通1不变，电磁转不变，电磁转矩与矩与(n0 n)2成正比；而对频率进行调节，即改变了成正比；而对频率进行调节，即改变了（n0 - n）。）。所所以在实现转速调节时，也实现了转矩的调节。以在实现转速调节时，也实现了转矩的调节。 二、变频调速节能分析二、变频调速节能分析 （一）风机的变频调速节能原理一）风机的变频调速节能原理 风机对电动机是一种风机对电动机是一种“负载转矩与转速成平方关系负载转矩与转速成平方关系”，即：，即： M = kn2 其中其中

41、k是比例系数。是比例系数。 电机拖动风机时，轴功率与转速的电机拖动风机时，轴功率与转速的3次方成正比，即：次方成正比，即： P = cn3 其中其中c是比例系数。风机低效率运行的原因是：是比例系数。风机低效率运行的原因是： 1、风机的定速运行与风量需求不适应。、风机的定速运行与风量需求不适应。 2、风机的工况点一般不在高效区、风机的工况点一般不在高效区 有关资料抽样表明：风机负荷率在有关资料抽样表明：风机负荷率在76%以上仅占以上仅占15%左右左右，低于，低于60%的占的占65%左右。左右。 为了克服风机低效率运行，必须根据生产工艺过程中对风为了克服风机低效率运行，必须根据生产工艺过程中对风量

42、需求的不同，对风机的运行工况点进行随机的控制调节。量需求的不同，对风机的运行工况点进行随机的控制调节。 （二）风量的调节与控制（二）风量的调节与控制 生产实际中，要对流量进行调节，通常调节方法有两种：生产实际中，要对流量进行调节，通常调节方法有两种： 1、改变管网特性曲线，也就是节流调节。这种方法效率低、改变管网特性曲线，也就是节流调节。这种方法效率低，节能不明显。，节能不明显。 2、改变风机的性能曲线，当风机转速改变时，流量将发生、改变风机的性能曲线，当风机转速改变时，流量将发生变化，这样可以实现流量调节的目的。此时管网压力也将发生变化，这样可以实现流量调节的目的。此时管网压力也将发生变化，

43、压力变化将导致其输入功率发生变化，这样就可以实现变化，压力变化将导致其输入功率发生变化，这样就可以实现节能的目的。节能的目的。 （三）水泵的变频调速节能原理（三）水泵的变频调速节能原理 水泵的种类一般分为离心式、涡流式和轴流式。水泵所作水泵的种类一般分为离心式、涡流式和轴流式。水泵所作的功可以用流量的功可以用流量Q和扬程和扬程H的大小反映。水泵的流量调节可以用的大小反映。水泵的流量调节可以用两种方式实现。两种方式实现。 1、调节安装在水泵口管路上阀门的大小，这种方法输入功、调节安装在水泵口管路上阀门的大小，这种方法输入功率减少不多，节能效果差。率减少不多，节能效果差。 2、变速调节，变速调节的

44、本质是使系统的性能曲线下移，、变速调节，变速调节的本质是使系统的性能曲线下移，从而改变系统的工作点，达到改变流量的目的。从而改变系统的工作点，达到改变流量的目的。 在实际情况中，平方转矩关系、线性流量转速关系、轴功在实际情况中，平方转矩关系、线性流量转速关系、轴功率立方转速关系不一定完全成立，一般的规律是泵工作的实际率立方转速关系不一定完全成立，一般的规律是泵工作的实际扬程越小，轴功率与转速之间的关系越接近立方关系，采用转扬程越小，轴功率与转速之间的关系越接近立方关系，采用转速控制所产生的节能效果越好。对于高扬程的水泵，采用变频速控制所产生的节能效果越好。对于高扬程的水泵，采用变频调速控制其节

45、能效果将不显著。调速控制其节能效果将不显著。 三、变频调速应用实例三、变频调速应用实例 （略）（略） 第六节第六节 空气压缩机节能技术空气压缩机节能技术 空气压缩机可分为速度式和容积式。空气压缩机可分为速度式和容积式。 速度式空压机：轴流式、离心式和混流式；速度式空压机：轴流式、离心式和混流式； 容积式空压机：回转式、往复式；容积式空压机：回转式、往复式； 回转式：滑片式、螺杆式；回转式：滑片式、螺杆式； 往复式：转子式、膜式、活塞式。往复式：转子式、膜式、活塞式。 其中活塞式空气压缩机应用最为广泛。其中活塞式空气压缩机应用最为广泛。 一、选用节能型电机一、选用节能型电机 电动机负载率始终保持

46、在电动机负载率始终保持在80%以上，要选择以上，要选择YX系列异步电系列异步电动机，在满足负载的情况下，优先选用鼠笼型电机、高速电机动机，在满足负载的情况下，优先选用鼠笼型电机、高速电机和高压电机。和高压电机。 二、提高传动效率二、提高传动效率 在选用空压机的电机与压缩机之间的在选用空压机的电机与压缩机之间的V带带（三角胶带）时，三角胶带）时，应选择加工精度高，质量好的带轮和胶带，更换时要一次性全应选择加工精度高，质量好的带轮和胶带，更换时要一次性全部更换，提高安装水平，保证部更换，提高安装水平，保证V带传动所必须的包角和张紧力。带传动所必须的包角和张紧力。如能采用转子与电动机同轴式结构，则传

47、动效率更高。如能采用转子与电动机同轴式结构，则传动效率更高。 三、降低摩擦损耗三、降低摩擦损耗 空压机内部的活塞与汽缸套之间间隙配合，只有在合适的空压机内部的活塞与汽缸套之间间隙配合，只有在合适的间隙条件下，才能形成有效的油膜，保持良好的润滑，从而减间隙条件下，才能形成有效的油膜，保持良好的润滑，从而减少摩擦损耗。常见的措施：严格控制活塞与缸套之间的间隙，少摩擦损耗。常见的措施：严格控制活塞与缸套之间的间隙，及时更换磨损的活塞环，确保油液清洁，黏度适中，保证油液及时更换磨损的活塞环，确保油液清洁，黏度适中，保证油液循环迅速，油池容积能够满足散热的需要，尽量采用低黏度润循环迅速，油池容积能够满足

48、散热的需要，尽量采用低黏度润滑性能好的润滑油，并随季节变化更换合适的润滑油。滑性能好的润滑油，并随季节变化更换合适的润滑油。 四、减少压力损耗和泄漏四、减少压力损耗和泄漏 空压机的气路系统存在漏气时，可直接减少了空压机的排气空压机的气路系统存在漏气时，可直接减少了空压机的排气量，使其效率降低。减少其损失的主要措施是：在设计和安装时量，使其效率降低。减少其损失的主要措施是：在设计和安装时，尽可能减少气路的流动阻力，以减少管路及附件的压强损失。，尽可能减少气路的流动阻力，以减少管路及附件的压强损失。采用大管径，低流速的送气方式。选用安全高效的气动元件。选采用大管径，低流速的送气方式。选用安全高效的

49、气动元件。选用新型空气过滤器以减少压力损失。定期检查管路漏气情况。用新型空气过滤器以减少压力损失。定期检查管路漏气情况。 五、提高冷却器的交换热性能五、提高冷却器的交换热性能 空压机的冷却水系统中，一般设有中间冷却器和后冷却器，空压机的冷却水系统中，一般设有中间冷却器和后冷却器，以保证各级压缩空气的吸入温度基本一致。提高中间冷却器的，以保证各级压缩空气的吸入温度基本一致。提高中间冷却器的换热性能，降低各级汽缸的温度，使每级压缩过程接近于等温压换热性能，降低各级汽缸的温度，使每级压缩过程接近于等温压缩，是空压机的节能运行的关键，提高中间冷却器的交换热性能缩，是空压机的节能运行的关键，提高中间冷却

50、器的交换热性能措施是：降低冷却水入口温度；提高冷却水流量；清除冷却器管措施是：降低冷却水入口温度；提高冷却水流量；清除冷却器管束沉积物；保证气体与管束接触均匀；采用水处理药剂软化冷束沉积物；保证气体与管束接触均匀；采用水处理药剂软化冷却原水，提高水质。却原水，提高水质。 六、合理设定工作压力六、合理设定工作压力 空压机的耗电与排气压力的高低成正比，降低排气压力可以空压机的耗电与排气压力的高低成正比，降低排气压力可以节约电能。节约电能。 七、变频调速节能控制七、变频调速节能控制 变频调速主要是改变电机的转速来控制空压机单位时间的出变频调速主要是改变电机的转速来控制空压机单位时间的出风量，从而达到

51、控制管路的压力，自动调节空压机的风量，使风量，从而达到控制管路的压力，自动调节空压机的风量，使空压机的排风量与实际用风量相匹配，具有明显节能效果。空压机的排风量与实际用风量相匹配，具有明显节能效果。 采用变频调速控制的主要优点是：电机可以实现软启动，输采用变频调速控制的主要优点是：电机可以实现软启动，输气压力稳定，对比检测一般可节能气压力稳定，对比检测一般可节能30%左右。左右。 第七节第七节 制冷压缩机节能技术制冷压缩机节能技术 压缩机是整个制冷系统的动力来源，压缩机主要类型有：压缩机是整个制冷系统的动力来源，压缩机主要类型有：活塞式（往复式）、离心式（涡流式）和回转式（螺杆式和刮活塞式（往

52、复式）、离心式（涡流式）和回转式（螺杆式和刮板式）。离心式和回转式的单机制冷量较大，仅用于大型冷冻板式）。离心式和回转式的单机制冷量较大，仅用于大型冷冻或空调系统中，目前我国小型制冷设备如电冰箱、冷藏柜和空或空调系统中，目前我国小型制冷设备如电冰箱、冷藏柜和空调器中大都采用活塞式压缩机。调器中大都采用活塞式压缩机。 一、制冷类型的选择一、制冷类型的选择 （一）常用制冷压缩机的特点及应用（一）常用制冷压缩机的特点及应用 活塞式压缩机是使用历史最长的压缩机，价格低廉，应用普活塞式压缩机是使用历史最长的压缩机，价格低廉，应用普遍，其缺点是效率相对较低。遍，其缺点是效率相对较低。 螺杆式压缩机具有易损件少，体积小，重量轻，单机压缩螺杆式压缩机具有易损件少，体积小，重量轻，单机压缩比大，振动小，效率高等优点。且制冷量可在比大，振动小，效率高等优点。且制冷量可在10% 100%的范的范围内无极调节。缺点是噪音大，耗油量大，价格相对较高。围内无极调节。缺点是噪音大，耗油量大，价格相对较高。 离心式压缩机具有转速高、制冷量大、易损件少、维护简单离心式压缩机具有转速高、制冷量大、易损件少、维护简单、连续工作时间长、振动小。制冷量可在、连续工作时间长、振动小。制冷量可在30% 100%的