电机系统节能技术课件

第九节电机系统节能技术一、了解内容（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、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先进水平低2%～5%；风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2%～4%。3.系统运行效率低。系统匹配不合理，“大马拉小车”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低10%～20%。第九节电机系统节能技术一、了解内容1（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2、频率在高于工频频率范围内调节3、转差频率控制变频调速控制实例见P83（二）变频调速控制方式及实例2（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20~30%；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，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果。（三）电动机系统节能技术的发展趋势3二、理解要点（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动机。2.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。二、理解要点（一）电动机的分类4（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，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，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，转矩特性，功率因数特性，效率特性。特性曲线图见《节能技术》（上）74-76页。异步电动机的工作特性图如下。（二）普通电动机的工作特性1.异步电动机的工作特5异步电动机的工作特性

1.转速特性

2.转矩特性

3.电流特性4.效率特性

异步电动机的工作特性1.转速特性2.转矩特性6（三）常用机械负载的特性

1.水泵类负载特性。2.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、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、摩擦机、吊车、起重机。（三）常用机械负载的特性1.水泵类负载特性。7水泵类负载特性

1—Q-H特性曲线2—Q-N特性曲线3—Q-η特性曲线水泵类负载特性1—Q-H特性曲线2—Q-N特性曲8（四）根据泵及风机工作点要求

选择电动机容量

1.电动机负载率在0.7~1之间时效率和功率因数比较高。对负荷基本不变的电动机，若电动机输出功率为P，根据公式选取电动机额定功率。2.对负荷变化的电动机，先求出负荷变化周期内电动机输出的平均功率P，然后按选取电动机额定功率。（四）根据泵及风机工作点要求

选择电动9（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为：，式中：p—电动机定子绕组的磁极对数；f—电源频率。异步电动机的实际转速总是低于同步转速的，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p固定时，电动机的转速正比于电源的频率f。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调速。（五）电动机变频调速的基本工作原理10三、掌握重点（一）电动机拖动风机及泵类负载的节能1.选用节能型电动机、风机、泵。2.按正常操作流量的1.1~1.15倍及风压余量不超过10%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，其额定流量为正常操作流量的1.1~1.5倍，扬程余量不超过8%。4.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0.7~1之间，确保电动机高效运行。三、掌握重点（一）电动机拖动风机及泵类负载的节能11（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，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，减小了电动机的损耗，提高了功率因数，减少了线路损耗。5.具有过载、过流、缺相、过热等保护功能，提高了设备的可靠性。（二）电动机软启动的特点及节能分析1.电动机12（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，需要对流量进行调节。若采用节流调节，会造成能量损失。若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n1，轴功率为P1，通过变频调速，风机转速降低为n2，轴功率降低为P2。风机轴功率与转速存在下列关系，，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10%，轴功率则下降27.1%。（三）变频调速节能技术分析通常配置风机、水泵13（四）空气压缩机的节能措施

1.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，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润滑，减少摩擦损耗。4.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，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。（四）空气压缩机的节能措施1.选用节能型电动机14（四）空气压缩机的节能措施

7.在满足生产要求的前提下，适当降低排气压力可节约电能。8.采用变频调速控制技术。（四）空气压缩机的节能措施7.在满足生产要求的前提15（五）制冷压缩机的节能措施

1.根据实际温度需要选取制冷机型号。2.对运行参数合理控制，适当提高蒸发温度，降低冷凝温度，可减少制冷机的能量损耗。3.采用就地无功补偿技术，减少线路损耗。4.采用变频控制技术调节制冷量，可极大地提高制冷机的制冷系数，有效节约电能。（五）制冷压缩机的节能措施1.根据实际温度需16第九节电机系统节能技术一、了解内容（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、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先进水平低2%～5%；风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2%～4%。3.系统运行效率低。系统匹配不合理，“大马拉小车”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低10%～20%。第九节电机系统节能技术一、了解内容17（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2、频率在高于工频频率范围内调节3、转差频率控制变频调速控制实例见P83（二）变频调速控制方式及实例18（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20~30%；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，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果。（三）电动机系统节能技术的发展趋势19二、理解要点（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动机。2.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。二、理解要点（一）电动机的分类20（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，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，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，转矩特性，功率因数特性，效率特性。特性曲线图见《节能技术》（上）74-76页。异步电动机的工作特性图如下。（二）普通电动机的工作特性1.异步电动机的工作特21异步电动机的工作特性

1.转速特性

2.转矩特性

3.电流特性4.效率特性

异步电动机的工作特性1.转速特性2.转矩特性22（三）常用机械负载的特性

1.水泵类负载特性。2.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、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、摩擦机、吊车、起重机。（三）常用机械负载的特性1.水泵类负载特性。23水泵类负载特性

1—Q-H特性曲线2—Q-N特性曲线3—Q-η特性曲线水泵类负载特性1—Q-H特性曲线2—Q-N特性曲24（四）根据泵及风机工作点要求

选择电动机容量

1.电动机负载率在0.7~1之间时效率和功率因数比较高。对负荷基本不变的电动机，若电动机输出功率为P，根据公式选取电动机额定功率。2.对负荷变化的电动机，先求出负荷变化周期内电动机输出的平均功率P，然后按选取电动机额定功率。（四）根据泵及风机工作点要求

选择电动25（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为：，式中：p—电动机定子绕组的磁极对数；f—电源频率。异步电动机的实际转速总是低于同步转速的，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p固定时，电动机的转速正比于电源的频率f。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调速。（五）电动机变频调速的基本工作原理26三、掌握重点（一）电动机拖动风机及泵类负载的节能1.选用节能型电动机、风机、泵。2.按正常操作流量的1.1~1.15倍及风压余量不超过10%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，其额定流量为正常操作流量的1.1~1.5倍，扬程余量不超过8%。4.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0.7~1之间，确保电动机高效运行。三、掌握重点（一）电动机拖动风机及泵类负载的节能27（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，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，减小了电动机的损耗，提高了功率因数，减少了线路损耗。5.具有过载、过流、缺相、过热等保护功能，提高了设备的可靠性。（二）电动机软启动的特点及节能分析1.电动机28（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，需要对流量进行调节。若采用节流调节，会造成能量损失。若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n1，轴功率为P1，通过