电机部分《现代节电技术与节电工程.ppt

现代节电技术与节电工程 现代节电技术与节电工程讲座 赵卫国 第四篇 电能转换为机械能的合理化 1 电动机作为将电能转换为机械能的一种转换装置 在各个领域得到了广泛的应用 据统计 电动机消耗的电能约占全国总用电量的60 70 2 目前 在一些企业中 由于管理水平低 技术落后 多数电动机处于轻载 低效 高能耗的运行状态 电能浪费十分严重 为此 应搞好电动机的节电工作 3 电动机节电应以节约电能和提高电动机的综合效益为原则 合理选择电动机 使其处于经济运行状态 同时 对在用电动机进行节能改造 降低电动机的能量损耗 提高电动机的运行效率 现代节电技术与节电工程讲座 第一节电动机力能指标分析 对一台电动机的特性及其运行的状况 从经济性能 或者说从电能利用的合理性方面来考虑 电动机的效率和功率因数是两个最主要的指标 要研究电动机的合理选择和使用 达到电能使用合理化 首先就要分析电动机的这两项指标 一 电动机的效率1 电动机的效率 是指电动机的输出功率与输入功率之比 现代节电技术与节电工程讲座 二 电动机的内部损耗 电动机在将电能转换为机械能的过程中 内部将产生损耗 因此损耗的大小直接影响到电动机的效率和运行的经济性 另外 损耗的能量最终将转换为热能 使电动机各部分的温度升高 影响电动机所用绝缘材料的寿命 限制了电动机的出力 1 恒定损耗恒定损耗是指电动机运行时的固有损耗 它与电动机材料 制造工艺 结构设计 转速等参数有关 而与负载大小无关 恒定损耗包括铁心损耗 含空载杂散损耗 及机械损耗 铁心损耗是由住磁场在电动铁芯中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗 铁损的大小同磁场强度和铁芯的特性有关 通常与运行电压的平方成正比 现代节电技术与节电工程讲座 电动机的内部损耗 空载杂散损耗是指空载电流通过定子绕组的漏磁通在定子机座 端盖等金属中产生的损耗 由于空载电流近似不变 因此这些损耗也是恒定的 铁耗一般占异步电动机总损耗的20 25 机械损耗通常包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗 对绕线式转子还存在电刷摩擦损耗机械损耗一般占总损耗的10 50 现代节电技术与节电工程讲座 电动机的内部损耗 负载损耗负载损耗主要是指电动机运行时 定子 转子绕组通过电流而引起的损耗 亦称铜损 其大小取决于负载电流及绕组电阻值 铜损约占总损耗的20 70 以公式表示为 现代节电技术与节电工程讲座 电动机的内部损耗 杂散损耗杂散损耗主要是由定子漏磁通和定子 转子的各种高次谐波在导线 铁心及其他金属部件内引起的损耗 这些损耗约占总损耗的10 15 电动机的损耗是随其负荷率变化而变化的 当负荷率比较低时 电动机损耗主要是恒定损耗 负荷率上升 负荷损耗在总损耗中所占的比重就大 现代节电技术与节电工程讲座 二 电动机的效率 1 电动机的效率按电动机效率的定义 如果以P2表示电动机的输出功率 以P1表示电动机的输入功率 则电动机的效率为 2 理论计算证明 当电动机的铜损及杂散损耗之和等于铁损和机械损耗之和时 电动机的效率达到最大值 若负荷继续增大 由于铜损及杂散损耗的增大 电动机效率就要下降 通常电动机的最大效率在额定功率的3 4左右 现代节电技术与节电工程讲座 电动机的效率 3 额定效率 电动机在额定状态下运行的效率 称为额定效率 额定效率是电动机的一项重要指标 通常 电动机的容量越大 则额定效率就越高 因为大容量电动机可以更经济有效地利用材料 使每千瓦所用的材料减少 从而相对降低了损耗 提高了效率 电动机一般要运行在额定状态附近 因为这时的效率及功率因数均较高 现代节电技术与节电工程讲座 二 电动机的功率因数 1 电动机的功率因数功率因数是指有功功率与视在功率的比值 功率因数也是交流电动机的一个非常重要的指标 它的大小 直接影响发供电设备是否能充分发挥其能力以及电能输送过程中损耗的大小 从工矿企业来说 无功功率的主要耗用设备是异步电动机和变压器 而异步电动机耗用的无功功率的总和一般占全厂总无功功率的60 以上 现代节电技术与节电工程讲座 电动机的功率因数 2 空载时电动机的功率因数约为0 2 随负载增加功率因数增加 额定状态时功率因数达到最高 一般约为0 75 0 9 3 电动机的效率和功率因数都与电动机的负荷率有着密切的关系 从电能合理利用的角度 要求我们在选择电动机时考虑这两项指标 使电动机尽量在最佳负荷区域内工作 现代节电技术与节电工程讲座 第二节电动机类型的选择 电动机的种类很多 按电源的电流形式可分为直流电动机和交流电动机 直流电动机分为他励式电动机和自励式电动机 交流电动机分为同步电动机和异步电动机 异步电动机又分为单相异步电动机和三相异步电动机 三相异步电动机又分为鼠笼型和绕线型电动机 按电源电压来分 电动机又有多种电压等级等 现代节电技术与节电工程讲座 电动机类型的选择 这些不同种类的电动机的特性是不同的 为合理利用电能 GB3485中第4 1条中规定 电动机类型应在满足电动机安全 起动 制动 调速等方面要求的情况下 以节能的原则来选择 一 直流电动机的特点 具有调速平滑 调速范围广等优良调速性能 起动转矩及过载能力大 可承担频繁的冲击负荷 现代节电技术与节电工程讲座 第二节电动机类型的选择 可实现频繁的无级快速起动 制动和反转 制造成本高 运行维护工作量大 由于有换向问题 高转速受到限制 易产生电火花 工作环境要求严格 二 异步电动机的特点 结构简单 制造 使用和维护都比较方便 现代节电技术与节电工程讲座 电动机类型的选择 重量轻 成本低 相同功率 相同转速的异步电动机的成本和重量分别为直流电动机的1 3和1 2 具有各种防护型式 可适应各种工作环境条件的要求 效率较高 工作特性好 运行可靠 调速性能较差 需从电网吸取无功功率 使电网功率因数变坏 现代节电技术与节电工程讲座 电动机类型的选择 三 同步电动机的特点 功率因数可调 有利于电网功率因数的改善 运行稳定性高 在运行中 只要电源频率一定 转速不随负荷的大小而变化 运行效率高 结构复杂 制造成本及运行费用比较高 调速性能较差 现代节电技术与节电工程讲座 电动机类型的选择 综上所述 直流电动机无论在结构 效率还是在运行维护方面都不如异步电动机优越 但它具备优良的调速性能以及起动转矩大等特点 所以在调速要求高的生产机械 如龙门刨 轧钢机等 或要求起动转矩大的生产机械 如起重机 电力牵引机车等 往往采用直流电动机拖动 除此以外 一般应有限选用结构简单 制造方便 运行可靠 价格低廉的异步电动机 而不选用直流电动机 现代节电技术与节电工程讲座 电动机类型的选择 由于同步电动机的功率因数可以调整 能够在超前功率因数下运行 以改善整个电网的功率因数 这是异步电动机所做不到的 此外 同步电动机运行的稳定性和效率也都比异步电动机要好 尤其是低速同步电动机这些优点更为突出 对于不需要调速的低速大功率负荷 即功率在250以上的 就应选用同步电动机 现代节电技术与节电工程讲座 二 电动机额定电压的选择 电动机额定电压的选择 选择应与企业配电电压相一致 对于大容量的交流电动机 应选用电压为3KV 6KV甚至10KV的高压电动机 这样就不需另外增设降压变压器 减少了损耗 因此GB3485第4 1 2款中规定 容量在200KW以上的应选用高压电动机 现代节电技术与节电工程讲座 三 电动机结构形式的选择 电动机结构形式一般分为防护式 封闭式 防爆式 密封式以及耐酸绝缘式等 根据实际工作环境 保证电动机安全可靠运行 又能做到经济合理 电动机结构型式的选择应符合以下各项原则 灰尘少 无腐蚀性气体的场合选用防护式电动机 灰尘多 潮湿或含有腐蚀性气体的场合选用封闭式的电动机 有爆炸性气体的场合选用防爆式电动机 现代节电技术与节电工程讲座 电动机容量的选择 电动机容量选择的原则是 应在电动机能胜任负荷要求的前提下 做到经济合理地选定电动机的容量 要克服 容量越大越保险 的错误观点 如果电动机容量过大 不仅会造成设备投资增大 而且会使电动机经常处在轻载运行 功率及功率因数都会降低 造成电能浪费 当然 如果容量选择过小 将使电动机过载运行 造成电动机过热 缩短电动机的寿命 现代节电技术与节电工程讲座 电动机容量的选择 为生产机械选配电动机 确定容量要考虑电动机发热 允许过载能力及起动能力三方面因素 其中最主要的是发热问题 所谓发热 是指电动机运行时 由于铁损 铜损和机械损耗所产生的热量 使电动机温度升高 但是电动机所能承受的温度是有限的 这个限度取决于电动机所采用的绝缘材料 现代节电技术与节电工程讲座 二 电动机的节能更换 1 电动机的节能更换即对型式陈旧 性能落后 效率低的电动机或严重的 大马拉小车 电动机进行更换2 电动机节能更换的步骤 根据电动机负荷状况 计算电动机负载率 选择三台不同型号 且容量比原电动机小1 2个等级的电动机作为待选电动机 现代节电技术与节电工程讲座 二 电动机的节能更换 计算各待选电动机的总损耗及效率 计算各待选电动机的年用电量 根据计算结果和额定参数 比较确定欲更换电动机的型号及容量 选择其中耗电量最少的一种电动机进行更换 现代节电技术与节电工程讲座 第五节正确选择和利用电动机调速 一 直流电动机的调速方法直流电动机的三种调速方式 1 调节励磁电流来改变主磁场 以达到调速的目的 2 改变电枢电压来调速 3 改变电枢回路电阻来调速 现代节电技术与节电工程讲座 正确选择和利用电动机调速 以上三种调速方法比较起来 调节电枢端电压的调速方法是直流电动机常用的方法 目前多采用可控硅整流装置供电 调速时以手动式或自动改变给定电压值 以实现调速 这三种调速方法也可组合起来使用 如调节励磁电流与调节电枢端电压组合使用 现代节电技术与节电工程讲座 正确选择和利用电动机调速 以上三种调速方法比较起来 调节电枢端电压的调速方法是直流电动机常用的方法 目前多采用可控硅整流装置供电 调速时以手动式或自动改变给定电压值 以实现调速 这三种调速方法也可组合起来使用 如调节励磁电流与调节电枢端电压组合使用 现代节电技术与节电工程讲座 正确选择和利用电动机调速 二 异步电动机的调速方法从异步电动机的转速公式可以看出 可以通过改变电动机定子绕组的极对数P 改变电动机的转差率S和改变电源频率f来实现调速 异步电动机的调速方法有 现代节电技术与节电工程讲座 正确选择和利用电动机调速 1 变极调速 所谓变极调速就是利用改变定子绕组线圈间的联接 从而改变异步电动机的同步转速以达到调速的目的 这种调速方式是有级调速 一般是倍比关系 常有二速及三速和四速的 现代节电技术与节电工程讲座 正确选择和利用电动机调速 2 变频调速变频调速适用于鼠笼型电动机 具有调速范围大 平滑性较高等优良性能 变频调速过程中 常用恒功率调速及恒转矩调速 这两种情况可适应不同负荷的要求 但是变频调速也有它的缺点 这种调速方法需要有专用的变频电源 而且在恒转矩调速时 低速段电动机的过载倍数大为降低 甚至不能带动负荷 现代节电技术与节电工程讲座 正确选择和利用电动机调速 改变转差率调速改变转差率调速多用于绕线型 电动机方法有调节转子电阻 定子电压和在转子回路中外加电动势 串级 等 这些方法的共同特点是在调速过程中均产生大量的转差功率 并消耗在转子电路中 使转子发热 除串级调速外 其余调速方法经济性较差 现代节电技术与节电工程讲座 第六节电动机的运行管理 一 电压管理电源电压的稳定 是保证电动机正常运行的重要条件 电源电压波动对电动机各项指标将产生较大的影响 二 电动机要保持较高的负荷率前面我们讲过 电动机在70 至满负荷时效率最高 一般来说如果电动机的负荷率小于40 则其效率和异步电动机的功率因数就会急剧下降 现代节电技术与节电工程讲座 电动机的运行管理 三 防止和减少电动机的空转时间 一台15的电动机 铁损为0 85 如果每天空载运行1小时 一年运行300天 则空载损耗的电能就是255 况且电动机要与相应的机械设备相连接 这时空载运行消耗的电能为电动机空载时的2 3倍 因此需要采取措施避免这种空载损失四 提高功率因数在企业中 异步电动机耗用的无功功率一般要占企业总无功功率的60 以上 所以设法提高异步电动机的功率因数 对降低企业无功功率的消耗 减少供电线路的损耗有着十分重要的意义 现代节电技术与节电工程讲座 电动机的运行管理 五 加强对电动机的定期维护造成电动机效率降低的最简单原因 而且往往又是最容易忽视的原因 就是不重视对电动机的维护和保养 造成电动机损耗增加 效率降低 现代节电技术与节电工程讲座 第七节提高电动机负荷设备的效率 电动机是将电能转换为机械能的设备 这种机械能要做功 达到实际的生产目的 必须通过传动装置拖动各种机械才能达到目的 因此 从电能的合理利用角度 提高电能的有效利用率 只注意电动机的合理使用 提高电动机的效率是不够的 还必须注意传动装置及电动机负荷设备的效率 就是说必须注意整个系统的效率 现代节电技术与节电工程讲座 第七节提高电动机负荷设备的效率 一 采用高效率的传动方式电动机与所拖动机械的连接方式有皮带传动 链条传动 齿轮传动和直接连接 其效率从前至后越来越高 应根据具体情况尽量选择高效率的传动方式 以减少损耗 二 采用高效率的工作机械设备这种工作机械即为电动机的负荷 提高工作机械的效率一方面要采取新型的高效的机械设备 另外 工作机械的效率高低与运行操作有很大关系 为提高工作机械的效率 就需采用工序连续化 简化工序 改进工艺方法 改变流程及改善运转方式等措施 现代节电技术与节电工程讲座 第七节提高电动机负荷设备的效率 三 加强管理 减少摩擦及泄漏损失机械摩擦损耗及流体泄漏损失也是影响系统效率的重要原因 因此要通过加强传动装置及工作机械的检查维护 采取适当的润滑等手段减少机械损耗 现代节电技术与节电工程讲座 降低线损的主要措施 5 按经济电流密度选择导线截面 电流密度直接与导线截面有关 导线截面越大 功率损耗和电能损耗越小 但线路的投资和耗用的有色金属增多综合考虑各方面的因素 定出按年运行总费用最小时所对应的导线截面 称为经济截面 对应于经济截面的电流密度 称为经济电流密度 现代节电技术与节电工程讲座 第二篇 企业供电运行指标的合理确定 工业企业为了加强用电管理 促进企业合理有效的使用电能 因此 企业供 用电设备在运行时 必须对一些主要的经济运行指标 提出合理的要求 并为达到这些指标规定某些具体做法及措施 现代节电技术与节电工程讲座 第一节企业用电负荷率 电力负荷 在工业企业供配电系统中 电气设备所需要的电功率 称为负荷或电力负荷 负荷率 系指平均有功负荷与最大有功负荷之比的百分数 在GB3485第3 5条中规定 调整企业用电设备的工作状态 合理分配与平衡负荷 提高企业负荷率 使企业用电均衡化 根据不同的用电情况 企业日负荷率不应低于以下指标 连续性生产的企业95 三班制生产的企业85 二班制生产的企业60 一班制生产的企业30 现代节电技术与节电工程讲座 提高用电负荷率的方法 1 调整企业内部高峰负荷 调节生产工序 变更交接班时间 错开午休和就餐时间等 2 调整大容量用电设备的用电时间 错开高峰时间用电 企业可以规定某些大型用电设备只能在后半夜用电 3 调整企业各车间的生产班次和工作时间 实行在电力系统高峰时间内让电 4 企业实行计划用电 搞好企业电力平衡 高峰电力指标下达到车间 班组 严格控制高峰时间的电力负荷 5 分车间安装电力定量器 合理地分配高峰电力指标 现代节电技术与节电工程讲座 第二节 企业功率因数 电源供给电网功率分为两部分 一部分用于作功而被消耗掉 这部分电能将转换为机械能 热能 化学能和光能 称为有效功率 另一部分能量是用来建立交变磁场 对于外部电路并不作功 它是由电能转换为磁场 再由磁能转换为电能 这样反复交换的功率成为无功功率视在功率 有功功率和无功功率构成为视在功率 最大负荷时的功率因数 最大负荷时的功率因数指在年最大负荷 即计算负荷 时的功率因数 按下式计算 11 2 14 我国电力规程规定 高压供电的用户功率因数应达到0 90以上 其它电力用户功率因数应为0 85以上 同时还规定 凡功率因数未达到上述规定的 应增添无功补偿装置 这里所指的功率因数为最大负荷时的功率因数 提高功率因数给企业和电网带来的效益 1 减少电压损失 改善电压质量2 减少线路损耗 提高供电能力3 节省企业的电费开支提高功率因数不仅对企业的直接经济效益是明