電機系統節能改造

2022-06-18 16:00:05 字數 4237 閱讀 8448

一、概述

電機是一種應用量大、使用範圍廣的高耗能動力裝置。據統計,我國的**機容量約為4億千瓦,年耗電量約為6000億kwh,約佔工業用電的70—80%。我國以中小型電機為主,約佔80%,而中小型電機耗損的電量卻佔總損耗量的90%。

電機在我國的實際應用中,同國外相比差距很大,機組效率為75%,比國外低10%;系統執行效率為30—40%,比國際先進水平低20—30%。因此在我國中小型電機具有極大的節能潛力,推行電機節能勢在必行。

由於非同步電機結構簡單、製造方便、**低廉、堅固耐用、執行可靠,可用於惡劣的環境等優點,在工農業生產中得到了廣泛的應用。特別是對各行各業的幫浦類和風機的拖動上非彼莫屬,因此,拖動幫浦類和風機的電機節能工作倍受重視。

隨著科學技術的飛速發展,特別是電力電子技術、微電子技術、自動控制技術的高度發展和應用使變頻器的節能效果更為顯著。它不但能實現無級調速,而且在負載不同時,始終高效執行,有良好的動態特性,能實現高效能、高可靠性、高精度的自動控制。相對於其它調速方式(如:

降壓調速、變極調速、滑差調速、交流串級調速等),變頻調速效能穩定、調速範圍廣、效率高,隨著現代控制理論和電力電子技術的發展,交流變頻調速技術日臻完善,它已成為交流電機調速的最新潮流。變頻調速裝置(變頻器)已在工業領域得到廣泛應用。

使用變頻器調速訊號傳遞快、控制系統時滯小、反應靈敏、調節系統控制精度高、使用方便、有利於提高產量、保證質量、降低生產成本,因而使用變頻器是廠、礦企業節能降耗的首選產品。

變頻電機節電器是一種革命性的新一代電機專用控制產品,基於微處理器數字控制技術,通過其內建的專用節電優化控制軟體,動態調整電機執行工程中的電壓和電流,在不改變電機轉速的條件下,保證電機的輸出轉矩與負荷需求精確匹配,從而有效避免電機因出力過度造成的電能浪費。

交流電動機是當前應用最廣泛的電機,約佔各類電動機總數的85%,它具有結構簡單、價廉、不需維護等優點,但它的弱點是調速困難,因而在許多應用場合受到限制或借助機械方式來實現調速。

變頻器就負載型別而言主要有兩方面的典型應用:1、恆轉矩應用;2、變轉矩應用。就應用的目的而言主要有:

1、以改進工藝為主要目的,確保工藝過程中的最佳轉速、不同負載下的最佳轉速以及準確定位等。以其優良的調速效能,提高生產率、提高產品質量、提高舒適性,使裝置合理化,適應或改善環境等。2、以節能為主要目的——以流量或壓力需要調節的風機、幫浦類機械的轉速控制來實現節能,改造效果非常顯著。

二、 變頻調速的原理

在企業所使用的耗電裝置中風機、水幫浦、空壓機、液壓油幫浦、迴圈幫浦等電機類負載佔絕大多數。由受到技術條件限制,這類負載的流量、壓力或風量控制系統幾乎全部是閥控系統,即電機由額定轉速驅動運轉,系統提供的流量、壓力或風量恆定,當裝置工作需求發生變化時,由設在出口端的溢流、溢壓閥或比例調節來調節負載流量、壓力或風量、從而滿足裝置工況變化的需要。而經溢流溢壓閥或比例調節閥溢流溢壓後,會釋放大量的能量,這部分耗散的能量實際上是電機從電網吸收能量中的一部分,造成了電能極大的浪費。

從這類負載的工作特性可知,其電機功率與轉速立方成正比,而轉速又與頻率成正比。如果我們改變電機的工作方式,讓它不總是在額定工作頻率下運轉,而是改由變頻調整控制系統進行啟停控制和調整執行,則其轉速就可以在

0~2900r/min的範圍內連續可調,即輸出的流量、壓力或風量也隨之可在0~100%範圍內連續可調,使之與負載的工作需要求精確匹配,從而達到節能降耗的目的。

交流電機轉速如下:n=60f(1-s)/p

式中:n=電機轉速

f=電源頻率

p=電機的極對數

s=轉差率

由式可見,交流電動機的同步轉速n與電源頻率f成正比,所以改變電源頻率就能改變電機轉速,從而實現調速的目的。

三、 變頻調速節電原理

變頻調速節電,顧名思義,變頻調速才能節電。下面主要對兩類典型負載應用的節電原理作一下分析。

(1)、恆轉矩負載類應用

恆轉矩負載即不管轉速如何變化,負載轉矩是恆定的。

如下公式:p=k*t*n

k=係數

p=軸功率

t=負載轉矩

n=轉速

從上述公式可以看到,軸功率與電機的轉速成正比,當由於工藝的需要而調整電機速度時,自然可以達到相應比例節電的目的。

(2)、變轉矩負載類應用

離心風機、幫浦類是屬於典型的變轉矩負載,其工作特點是:大多數是長期連續執行,由於負載轉矩與轉速的平方成正比,所以一旦轉速超過額定轉速,就會造成電機的嚴重過載,因此風機、幫浦類一般不超過額定頻率執行。

四、產品特性

節電效益顯著,節電率高達20%~60%;

平滑啟動,消除啟動時的衝擊電流,啟動時電機電流可限制在其額定電流的150%之內;

減少電機發熱及運動部件的磨損程度,有效延長電機使用壽命,降低維修成本;

微電腦智慧型控制,自動適應、自動跟隨,無需人工調整;

市電及節電狀態自動轉換,故障自動報警,不影響正常工作。

適用範圍:

注塑機、空壓機、立窯風機、水幫浦等流量、壓力及風量需要調節的電流電動機;

沖床、流水線、傳送帶、起重機等可以調節轉速的交流電動機;

其他由於工藝需求需調節轉速的交流電動機。

不改變電機轉速,完全不同於變頻器的新型節能裝置

五、變頻調速在不同行業的典型應用物件

變頻調速技術以其優異的調速效能、高效率、高可靠性在各行各業有著廣泛的應用,現舉例如下:

冶金——軋鋼機、輥道、高爐風機、幫浦、起重機械、高爐送料、鋼廠拋光等。

軋鋼製線——拉線機、捲繞機、鼓風機、幫浦、起重機械、定長剪下、自動送料

鋼鐵——軋機、輥道、風機、幫浦、起重機、鋼包車、轉爐傾動等。

電線業——拉絲機、捲繞機、鼓風機等。

化工——擠壓機、膠片傳送帶、攪拌機、離心分離機、壓縮機、鼓風機、噴霧器、幫浦等。

石油——輸油幫浦、電潛幫浦、注水幫浦、抽油機等。

化纖和紡織——紡紗機、精紡機、織機、梳棉機、漿紗機、**空調、鼓風機、幫浦類等。

汽車製造業——傳送帶、搬運車、塗料攪拌、**空調、電瓶車等。

工具機製造業——車床、龍門刨、銑床、磨床、機械加工中心、剃齒機等。

電子製造業——**空調、風機、幫浦、空壓機、注塑機、傳送帶等。

造紙業——造紙機、造紙機械、風機、幫浦、粉碎機、攪拌機、鼓風機等。

食品——製麵機、制點心機、傳送帶、攪拌機等。

煤氣、自來水——壓縮機、鼓風機、幫浦、搬運機等。

水泥——迴轉窯、起重機械、鼓風機、幫浦、主傳動電機、傳送帶、振動給料機、立窯風機等。

礦業——泥漿幫浦、傳送帶、提公升機、切削機、掘削機、起重機、鼓風機、幫浦、壓縮機等。

交通——電動汽車、電力機車、船舶推進、裝卸機械、空壓機、電纜車等。

裝卸搬運——自動倉庫、搬運車、粉體運送器、輸出傳送帶等。

建築——電梯、傳送帶、空調裝置、鼓風機、幫浦等。

塑膠——橡膠截斷機、注塑機、壓出機、塑料薄膜生產線等。

生活、服務——空壓機、縫紉機、電風扇、工業及家庭用洗衣機等。

物流——立體車庫、自動倉庫、傳送帶等。

電力——鍋爐鼓用鼓風機、給水幫浦、離心混料機、傳送帶、揚水發電站、飛輪等。

賓館酒店、大廈——**空調系統、電梯等。

農業——製茶機、水幫浦、離舍通風、糧庫通風等。

試驗研究——電機對拖試驗實驗裝置、主軸實驗裝置、離心分離機等。

六、關於變頻調速節電的幾點注意事項

變頻調速節電,調速才能節電,如果一台裝置在實際應用的過程中根本都不需要或不能調速,裝了變頻器,不但達不到節電效果反而會增加能耗。現就離心風機、幫浦類負載作以下說明。

風機、幫浦類採用變頻調速調節流量的方法,是一種有效且節能的方法,這已被許多任務程例項所證明,也被普遍接受。然而需要說明的是,並不是任何風機、幫浦類負載使用變頻調速均可實現節能。一台風機或幫浦能否節能,節能多少,變頻調速投資有沒有價值,這都與風機或幫浦組實際執行工況有關。

由前所述,要實現變頻調速節能的必備條件是:在風機或幫浦的整個工作週期中,存在比較大的富裕流量。

有些系統執行時負荷就比較滿,沒有多少溢流或放空的情況,此時採用變頻裝置就不僅達不到節能的目的,還會由於是變頻器的自身功率損耗而增添系統損耗。

雖然風機,幫浦類是平方律負載,其軸功率與轉速的立方成正比,但在實際應用中並不是轉速越低系統就越節能。主要是因為風機或幫浦與電機連成一體,在低速區系統的效率會大大降低,所以在進行變頻調速範圍不宜太大,一般在額定轉速的50%以上。

另外,不管採取何種調速方式,都要以滿足生產工藝要求為前提,特別是風機、幫浦類負載進行變頻調速時需要考慮系統對維持生產所需的最小揚程、壓力或流量的要求。

七、 應用環境對變頻器的要求

雖然變頻器有很多優點,但由於變頻器使用電力電子器件如:整流橋、gtr、igbt、igct等,在執行時會產生高次諧波、電磁輻射、傳導、射頻發射等電力電子汙染。隨著電力電子裝置的大量應用,電力電子汙染問題越來越大,如果不從根本上加以解決,必將造成諸如控制系統癱瘓、頻繁誤動作等不良後果。

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