電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造
一、概述
電機(jī)是一種應(yīng)用量大、使用范圍廣高耗能動力設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，我國總裝機(jī)容量約為4億千瓦，年耗電量約為6000億kwh，約占工業(yè)用電70—80%。我國以中小型電機(jī)為主，約占80%，而中小型電機(jī)耗損電量卻占總損耗量90%。電機(jī)我國實際應(yīng)用中，同國外相比差距很大，機(jī)組效率為75%，比國外低10%；系統(tǒng)運(yùn)行效率為30—40%，比國際先進(jìn)水平低20—30%。我國中小型電機(jī)具有極大節(jié)能潛力，推行電機(jī)節(jié)能勢必行。
異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、堅固耐用、運(yùn)行可靠，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中到了廣泛應(yīng)用。特別是對各行各業(yè)泵類和風(fēng)機(jī)拖動上非彼莫屬，，拖動泵類和風(fēng)機(jī)電機(jī)節(jié)能工作倍受重視。
科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，特別是電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)高度發(fā)展和應(yīng)用使變頻器節(jié)能效果更為顯著。它能實現(xiàn)無級調(diào)速，負(fù)載不同時，始終高效運(yùn)行，有良好動態(tài)特性，能實現(xiàn)高性能、高可靠性、高精度自動控制。相其它調(diào)速方式（如：降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速、交流串級調(diào)速等），變頻調(diào)速性能穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、效率高，現(xiàn)代控制理論和電力電子技術(shù)發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)日臻完善，它已成為交流電機(jī)調(diào)速最新潮流。變頻調(diào)速裝置（變頻器）已工業(yè)領(lǐng)域到廣泛應(yīng)用。
使用變頻器調(diào)速信號傳遞快、控制系統(tǒng)時滯小、反應(yīng)靈敏、調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制精度高、使用方便、有利于提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，使用變頻器是廠、礦企業(yè)節(jié)能降耗首選產(chǎn)品。
變頻電機(jī)節(jié)電器是一種革命性新一代電機(jī)專用控制產(chǎn)品，基于微處理器數(shù)字控制技術(shù)，其內(nèi)置專用節(jié)電優(yōu)化控制軟件，動態(tài)調(diào)整電機(jī)運(yùn)行工程中電壓和電流，不改變電機(jī)轉(zhuǎn)速條件下，保證電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)荷需求精確匹配，有效避免電機(jī)因出力過度造成電能浪費(fèi)。
交流電動機(jī)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛電機(jī)，約占各類電動機(jī)總數(shù)85%，它具有結(jié)構(gòu)簡單、價廉、不需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但它弱點(diǎn)是調(diào)速困難，許多應(yīng)用場合受到限制或借助機(jī)械方式來實現(xiàn)調(diào)速。
變頻器就負(fù)載類型而言主要有兩方面典型應(yīng)用：1、恒轉(zhuǎn)矩應(yīng)用；2、變轉(zhuǎn)矩應(yīng)用。就應(yīng)用目而言主要有：1、以改進(jìn)工藝為主要目，確保工藝過程中最佳轉(zhuǎn)速、不同負(fù)載下最佳轉(zhuǎn)速以及準(zhǔn)確定位等。以其優(yōu)良調(diào)速性能，提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高舒適性，使設(shè)備合理化，適應(yīng)或改善環(huán)境等。2、以節(jié)能為主要目——以流量或壓力需要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械轉(zhuǎn)速控制來實現(xiàn)節(jié)能，改造效果非常顯著。
二、 變頻調(diào)速原理
企業(yè)所使用耗電設(shè)備中風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、液壓油泵、循環(huán)泵等電機(jī)類負(fù)載占絕大多數(shù)。由受到技術(shù)條件限制，這類負(fù)載流量、壓力或風(fēng)量控制系統(tǒng)幾乎全部是閥控系統(tǒng)，即電機(jī)由額定轉(zhuǎn)速驅(qū)動運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)提供流量、壓力或風(fēng)量恒定，當(dāng)設(shè)備工作需求發(fā)生變化時，由設(shè)出口端溢流、溢壓閥或比例調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)負(fù)載流量、壓力或風(fēng)量、滿足設(shè)備工況變化需要。而經(jīng)溢流溢壓閥或比例調(diào)節(jié)閥溢流溢壓后，會釋放大量能量，這部分耗散能量實際上是電機(jī)從電網(wǎng)吸收能量中一部分，造成了電能極大浪費(fèi)。從這類負(fù)載工作特性可知，其電機(jī)功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，而轉(zhuǎn)速又與頻率成正比。我們改變電機(jī)工作方式，讓它不總是額定工作頻率下運(yùn)轉(zhuǎn)，改由變頻調(diào)整控制系統(tǒng)進(jìn)行啟停控制和調(diào)整運(yùn)行，則其轉(zhuǎn)速就可以0~2900r/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，即輸出流量、壓力或風(fēng)量也隨之可0~100%范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，使之與負(fù)載工作需要求精確匹配，達(dá)到節(jié)能降耗目。
交流電機(jī)轉(zhuǎn)速如下：n=60f(1-s)/p
式中：n=電機(jī)轉(zhuǎn)速
f=電源頻率
p=電機(jī)極對數(shù)
s=轉(zhuǎn)差率
由式可見，交流電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，改變電源頻率就能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)速目。
三、 變頻調(diào)速節(jié)電原理
變頻調(diào)速節(jié)電，顧名思義，變頻調(diào)速才能節(jié)電。下面主要對兩類典型負(fù)載應(yīng)用節(jié)電原理作一下分析。
（1）、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類應(yīng)用
恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載即轉(zhuǎn)速如何變化，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是恒定。
如下公式：P=K*T*N
K=系數(shù)
P=軸功率
T=負(fù)載轉(zhuǎn)矩
N=轉(zhuǎn)速
從上述公式可以看到，軸功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)工藝需要而調(diào)整電機(jī)速度時，自然可以達(dá)到相應(yīng)比例節(jié)電目。
（2）、變轉(zhuǎn)矩負(fù)載類應(yīng)用
離心風(fēng)機(jī)、泵類是屬于典型變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其工作特點(diǎn)是：大多數(shù)是長期連續(xù)運(yùn)行，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，一旦轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，就會造成電機(jī)嚴(yán)重過載，風(fēng)機(jī)、泵類一般不超過額定頻率運(yùn)行。
四、產(chǎn)品特性
節(jié)電效益顯著，節(jié)電率高達(dá)20%~60%；
平滑啟動，消除啟動時沖擊電流，啟動時電機(jī)電流可限制其額定電流150%之內(nèi)；
減少電機(jī)發(fā)熱及運(yùn)動部件磨損程度，有效延長電機(jī)使用壽命，降低維修成本；
微電腦智能控制，自動適應(yīng)、自動跟隨，無需人工調(diào)整；
市電及節(jié)電狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換，故障自動報警，不影響正常工作。
適用范圍：
注塑機(jī)、空壓機(jī)、立窯風(fēng)機(jī)、水泵等流量、壓力及風(fēng)量需要調(diào)節(jié)電流電動機(jī)；
沖床、流水線、傳送帶、起重機(jī)等可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速交流電動機(jī)；
其他工藝需求需調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速交流電動機(jī)。
不改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，完全不同于變頻器新型節(jié)能裝置
五、變頻調(diào)速不同行業(yè)典型應(yīng)用對象
變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異調(diào)速性能、高效率、高可靠性各行各業(yè)有著廣泛應(yīng)用，現(xiàn)舉例如下：
冶金——軋鋼機(jī)、輥道、高爐風(fēng)機(jī)、泵、起重機(jī)械、高爐送料、鋼廠拋光等。
軋鋼制線——拉線機(jī)、卷繞機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、泵、起重機(jī)械、定長剪切、自動送料
鋼鐵——軋機(jī)、輥道、風(fēng)機(jī)、泵、起重機(jī)、鋼包車、轉(zhuǎn)爐傾動等。
電線業(yè)——拉絲機(jī)、卷繞機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等。
化工——擠壓機(jī)、膠片傳送帶、攪拌機(jī)、離心分離機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、噴霧器、泵等。
石油——輸油泵、電潛泵、注水泵、抽油機(jī)等。
化纖和紡織——紡紗機(jī)、精紡機(jī)、織機(jī)、梳棉機(jī)、漿紗機(jī)、中央空調(diào)、鼓風(fēng)機(jī)、泵類等。
汽車制造業(yè)——傳送帶、搬運(yùn)車、涂料攪拌、中央空調(diào)、電瓶車等。
機(jī)床制造業(yè)——車床、龍門刨、銑床、磨床、機(jī)械加工中心、剃齒機(jī)等。
電子制造業(yè)——中央空調(diào)、風(fēng)機(jī)、泵、空壓機(jī)、注塑機(jī)、傳送帶等。
造紙業(yè)——造紙機(jī)、造紙機(jī)械、風(fēng)機(jī)、泵、粉碎機(jī)、攪拌機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等。
食品——制面機(jī)、制點(diǎn)心機(jī)、傳送帶、攪拌機(jī)等。
煤氣、自來水——壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、泵、搬運(yùn)機(jī)等。
水泥——回轉(zhuǎn)窯、起重機(jī)械、鼓風(fēng)機(jī)、泵、主傳動電機(jī)、傳送帶、振動給料機(jī)、立窯風(fēng)機(jī)等。
礦業(yè)——泥漿泵、傳送帶、提升機(jī)、切削機(jī)、掘削機(jī)、起重機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等。
交通——電動汽車、電力機(jī)車、船舶推進(jìn)、裝卸機(jī)械、空壓機(jī)、電纜車等。
裝卸搬運(yùn)——自動倉庫、搬運(yùn)車、粉體運(yùn)送器、輸出傳送帶等。
建筑——電梯、傳送帶、空調(diào)設(shè)備、鼓風(fēng)機(jī)、泵等。
塑膠——橡膠截斷機(jī)、注塑機(jī)、壓出機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線等。
生活、服務(wù)——空壓機(jī)、縫紉機(jī)、電風(fēng)扇、工業(yè)及家庭用洗衣機(jī)等。
物流——立體車庫、自動倉庫、傳送帶等。
電力——鍋爐鼓用鼓風(fēng)機(jī)、給水泵、離心混料機(jī)、傳送帶、揚(yáng)水發(fā)電站、飛輪等。
賓館酒店、大廈——中央空調(diào)系統(tǒng)、電梯等。
農(nóng)業(yè)——制茶機(jī)、水泵、離舍通風(fēng)、糧庫通風(fēng)等。
試驗研究——電機(jī)對拖試驗實驗裝置、主軸實驗裝置、離心分離機(jī)等。
六、變頻調(diào)速節(jié)電幾點(diǎn)注意事項
變頻調(diào)速節(jié)電，調(diào)速才能節(jié)電，一臺設(shè)備實際應(yīng)用過程中根本都不需要或不能調(diào)速，裝了變頻器，達(dá)不到節(jié)電效果會增加能耗。現(xiàn)就離心風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載作以下說明。
風(fēng)機(jī)、泵類采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)流量方法，是一種有效且節(jié)能方法，這已被許多工程實例所證明，也被普遍接受。需要說明是，并任何風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載使用變頻調(diào)速均可實現(xiàn)節(jié)能。一臺風(fēng)機(jī)或泵能否節(jié)能，節(jié)能多少，變頻調(diào)速投資有沒有價值，這都與風(fēng)機(jī)或泵組實際運(yùn)行工況有關(guān)。由前所述，要實現(xiàn)變頻調(diào)速節(jié)能必備條件是：風(fēng)機(jī)或泵整個工作周期中，存比較大富裕流量。
有些系統(tǒng)運(yùn)行時負(fù)荷就比較滿，沒有多少溢流或放空情況，此時采用變頻裝置就達(dá)不到節(jié)能目，還會是變頻器自身功率損耗而增添系統(tǒng)損耗。
風(fēng)機(jī)，泵類是平方律負(fù)載，其軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比，但實際應(yīng)用中并轉(zhuǎn)速越低系統(tǒng)就越節(jié)能。主風(fēng)機(jī)或泵與電機(jī)連成一體，低速區(qū)系統(tǒng)效率會大大降低，進(jìn)行變頻調(diào)速范圍不宜太大，一般額定轉(zhuǎn)速50%以上。
另外，采取何種調(diào)速方式，都要以滿足生產(chǎn)工藝要求為前提，特別是風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載進(jìn)行變頻調(diào)速時需要考慮系統(tǒng)對維持生產(chǎn)所需最小揚(yáng)程、壓力或流量要求。
七、 應(yīng)用環(huán)境對變頻器要求
變頻器有很多優(yōu)點(diǎn)，但變頻器使用電力電子器件如：整流橋、GTR、IGBT、IGCT等，運(yùn)行時會產(chǎn)生高次諧波、電磁輻射、傳導(dǎo)、射頻發(fā)射等電力電子污染。電力電子設(shè)備大量應(yīng)用，電力電子污染問題越來越大，不從根本上加以解決，必將造成諸如控制系統(tǒng)癱瘓、頻繁誤動作等不良后果。
，對變頻器應(yīng)用也提出了必須滿足一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。
如是諧波污染問題有IEEE519-1992和國標(biāo)GB加以規(guī)范。解決諧波污染問題辦法主要有增加交流進(jìn)線電抗器、采用多脈沖整流技術(shù)等。
電磁輻射、傳導(dǎo)、射頻發(fā)射等電力電子污染有EMC標(biāo)準(zhǔn)EN61800-3加以規(guī)范。EMC產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)EN61800-3定義了第一類和第二類環(huán)境概念，第一類環(huán)境指是民用建筑以及不變壓器而直接從民用設(shè)施上引出低壓供電電源工業(yè)環(huán)境。第二類環(huán)境指是不直接從民用設(shè)施引出低壓供電電源工業(yè)環(huán)境。變頻器第一類環(huán)境（如：機(jī)場、醫(yī)院、電視臺、廣播中心等）應(yīng)用時，需要選用第一類環(huán)境EMC濾波器；變頻器第二類環(huán)境應(yīng)用時需要滿足二類環(huán)境EMC標(biāo)準(zhǔn)，變頻器需要采用EMC封裝技術(shù)或選配第二類環(huán)境EMC濾波器。
八、 相應(yīng)節(jié)電率
（1）、 以改進(jìn)工藝為主要目，節(jié)電率0~30%。
（2）、 以節(jié)能為主要目，節(jié)電率有20%~60%。
九、控制方式
一拖一或一拖多；以幾臺變頻器聯(lián)網(wǎng)控制。
熱門產(chǎn)品：高效電機(jī) 高壓電機(jī) 低壓電機(jī) 變頻電機(jī) 防爆電機(jī) 同步電機(jī) 直流電機(jī) 電機(jī)配件 電機(jī)維修 水泵配件 電機(jī)節(jié)能改造
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