电动机系统节能技术

1、电动机系统节能技术 电动机系统节能技术概述电动机节能概念：主要包括更新淘汰低效电动机及高耗电设备；节能电动机概念和技术，合理匹配电动机系统，提高电动机效率；以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械方式，实现被拖动装置控制和设备制造；推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统技术、优化电动机系统的运行和控制。电动机的损耗和效率：电动机在将电能转换为机械能的时候，本身也消耗一部分能量。这些损耗一般可分为绕组损耗、铁芯损耗、风摩损耗和负载杂散损耗。电动机的效率是有效输出功率与输入功率之比。有效输出功率是输入功率与电动机本身功耗之差。有效地减少自身功耗可以达到提高电动机效率的目的。高效电动机：

2、高效电动机（YX、YX 等系列）通常指高效率三相异步电动机。效率水平能达到或超过电动机能效国家标准（GB18613-2002）所规定的节能评价值的电动机。电动机能效国家标准：电动机能效国家标准是“中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值”，国标号为GB18613-2002。由国家质量监督检验检疫总局于2002年1月10日发布，2002年8月1日实施。能效限定值是电动机最低效率允许值，是强制性指标；节能评价值是高效电动机的认定值，是推荐性指标。高效电动机的选用:下列情况下应该考虑选用高效电动机。（1）在新上项目需要新的电动机时；（2）旧电动机损坏或电动机需要进行重绕时；（3）在电动机长期运行于

3、低负载或过负载状态下需要更新电动机时。高效电动机节能效果：高效电动机与普通电动机相比，优化了总体设计，选用了高质量的铜绕组和硅钢片，降低了各种损耗，损耗下降了20%-30%，效率提高2%-7%；投资回收期一般为1-2年，有的短至几个月。（51）高效电动机节能原理和技术措施1、电动机节能的基本原理：电动机节能的过程就是提高其效率的过程。电动机效率：= 100%= 100%=(1 )100%P2：电动机机械输出功率（kW）；P1：电动机从电网或供电装置中吸收的电功率；P：电动机在能量转换中的损耗功率（kW）；因此，电动机节能的关键是如何减小电动机在能量转换中的损耗功率P。2、电动机损耗功率构成P=

4、P +P +P +P +P +P P ：定子绕组铜损；P ：转子绕组铜损；P ：铁芯损耗；P ：杂散损耗；P ：机械摩擦损耗；P ：通风损耗。3、有效降低电机损耗3.1电机损耗分类：（1）发热损耗：P = P +P +P ；（2）杂散损耗：P ；（3）风磨损耗：P +P 。3.2降低发热损耗：（1）优化电机内电与磁的合理匹配；（2）选用优质的绕组材料；（3）选用损耗与磁性能匹配合理的铁芯材料；（4）有效增大铜面积。3.3降低杂散损耗：（1）合理设计齿槽关系和气隙；（2）可靠的制造工艺减少磁场琦变。3.4降低风磨损耗：3.4.1降低风磨损耗：合理的轴承结构和滑设计；3.4.2降低通风损耗：（1）

5、提高热传导效率；（2）提高自然对流散热能力，减小通风量需求；（3）提高冷却的热交换效率；（4）提高冷却风扇的效率。4、结论：电动机节能的原理是通过对电动机的电、磁、机械和通风的优化，优质材料及先进制造工艺的使用，并结合先进全面的试验及测试手段，切实有效地降低电动机的各方面损耗。（52）电动机的节能措施电动机的节能方法多种多样，节能措施也有多项。本文介绍了部分电动机节能措施，供同行参考。1、新购电动机，应首先考虑选用高效节能电动机，然后再按需考虑其他性能指标，以便节能电能。2、提高电动机本身的效率，如将电动机自冷风扇。可在负荷很小或户外电动机在冬季时停用冷风扇，有利于降低能耗。3、将定子绕组改线

6、成星三角形星混合串接绕组，按负荷大小转换星形接法或三角形接法，有利于改善绕组产生的磁动势波形及降低绕组工作电流，达到高效节能的目的。4、采油其他连续调速运行方式，如使用调速器、变极电动机、电磁耦合调速器、变频调速装置等。5、更换“大马拉小车”电动机，电动机“大马拉小车”除了浪费电能外，极易造成设备损坏。另外，合理调整电动机配套使用，可使电动机运行在高效率工作区，达到节能的目的。6、合理安装并联低压电容器进行无功补偿，有效地提高功率因数，减少无功损耗，节约电能。7、从接火处通往电能表及通往电动机的导线截面应满足再流量，且导线应尽量缩短，减小导线电阻，降低损耗。以上措施可以分别采用，也可以多项采用

7、。总之，对电动机采取一些必要的技术节能措施，有利于电网的承荷能力，也有利于用户节省电费。（53）高效电动机经济技术分析选择高效电动机将给你带来巨大经济效益：（1）节省电费； (2)投资回收期短；(3)总拥有费用低。1、投资回收分析以11kW/4极为例。条件：年运行4000小时，负荷率为75%，电费为0.60元/kWh，贴现率为6%。电动机系列电动机价格（元）10年运行费用（元）投资回收期（年）标准电动机Y（=88%）2755/高效电动机YX（=91%）33051.02高效电动机比标准电动机高550节约5400电 2、总拥有成本分析以11kW/4极为例条件：年运行4000小时，负荷率为75%，电

8、费为0.60元/kWh，贴现率为6%。3、案例分析胜利油田孤东采油厂将原有的八台Y系列三相异步电动机更换为同功率的YX 高效电动机；通过实际测量，得出以下结论： 替换前替换后总量产液量（m）耗电量（kWh）总量产液量（m）耗电量（kWh）12.29744.77912.40038.869单耗3.64 kWh/ m单耗3.13 kWh/ m以上数据表明：胜利油田此次节能改造总投资为5.25万元，通过采用高效电动机，在保证采油产量的同时，年节电7.044万 kWh，节省电费3.24万元（电价按0.46元/ kWh计算）。节电率为14%。投资回收期1.61年。 （54）YX2型高效节能电动机 为了节约

9、能源和保证企业的连续安全生产，要求企业装有的电动机均应处于合理、经济运行状态，即电动机在运行中要有高的效率和功率因数，且使用寿命长，性能良好，安全可靠。 但实际运行中的电动机等设备，绝大多数不能满足上述要求。以我油田采油三厂为例，在增压注水系统中运行的电动机，绝大多数存在着匹配不合理、选用电动机容量裕度过大等问题，便“大马拉小车”的现象十分突出，造成电能大量浪费。其原因既有电机设计，制造方面的问题，又有以往在电动机的选用上，忽视了设备的运行经济指标，使电动机的运行效率和功率因数偏低所致。为了改变这一状况，现积极采用高效节能电动机。下面以南阳防爆电机厂新开发设计的YX2-280S-4型75kW全

10、封闭自扇冷笼型电动机为例，就其结构、性能，运行效果作一简介。 1、结构 (1) 定子：定子铁心采用高导磁、低损耗优质电工硅钢片；电磁线及绝缘采用聚醋亚胺漆包线及优质复合绝缘材料等，采用真空浸渍工艺，故具有良好的电气性能。 (2) 转子：转子铁心也采用高导磁，低损耗优质电工硅钢片，经铸铝后用热套法固定在铸轴上，并经动平衡校验，故电动机运行平稳、振动小:转轴采用45号钢材料。 (3) 接线盒 接线盒具有较大的空腔，便于接线且有一个进线口。其接线盒在电动机右侧(从驱动器端视之)。 (4) 轴承 采用低噪声轴承。在联轴器传动时，轴承寿命在h以上。 (5) 冈扇、风罩：采用防静电塑料风扇，其转动惯量小，

11、损耗低。 2、主要技术参数 2.1 使用条件 电压为380V：环境温度为随季节变化，但不超过40，:工作方式为连续定额(SI)；海拔高度不超过1000m；频率为50Hz。 2.2 电气性能指标 额定功率为75kW；额定电流为137.1A；额定转速为1480r/min；额定效率为94.5%；堵转转矩/额定转矩为2.0；额定功率因数为0.88；堵转电流/额定电流为7；最大转矩/额定转矩为2.3。 3、运行及测试情况 3.1运行情况：2003年8月，将6号增压注水站的一台普通型75kW电动机，更换为75kW的YX2型高效节能电动机，经过试运行，效果较好。噪声比同容量的普通电动机低4-6dB(A)，改

12、善了工人的工作环境， 还设有不停机注排油装置，使用方便。 3.2 测试情况：采用加拿大生产的3720ACM电力监控智能仪表及传统的电工测试仪表测量，每次测试时间为5min。测试结果见表1。 （表1） 采油三厂6号增压注水站3号泵电动机更换前后空载，负载运行时测试值电动机类型电压/V电动机额定功率/kW空载电流/A空载有功功率/kW负载电流/A1h实用有功电量/kWh24h实用有功电量/kWhYX2型413.9175361.62654.3029.98719.42普通型400.6075311.85058.1735.52852.48注：l、表中负载有功电量数据为smin抽实测数据平均值；2、电量的采

13、样频率为50次/s，其余参数为5次/s, 3、电动机更换前后泵的出口压力等参数保持不变。4、效果 根据实际测试结果，75kW的YX2型高效电动机与曾通75kW电动机相比较，平均每台每天节电约133kWh。按目前电费0.5元/kWh计算，年开泵时间按6000h考虑，预计更换电动机后每年可节约电费开支1.66万元。75kW的YX2型电动机综合投资为1.3万元，因此投资回收期短，节能效益十分显著。（55）SRM系列 开关磁阻调速电机动调速突破，节能先锋一、产品简介：新一代开关磁阻电机及控制系统启动性能好，易于实现四象限运行，适于频繁启动场合，可以广泛用于机床设备（如龙门刨床、锯切机），牵引领域（如电

14、动机车、地铁），矿山、冶金等设备，尤其是在电动汽车领域，更有无法代替的优势。该公司在引进欧美先进技术的同时，结合国内各种工业需求，成功研发完成11kW、l5kW、18.5kW、22kW、30kW、37kW、45kW、55kW、75kW的开关磁阻电机及控制系统（并通过机电的统一设计满足各种特殊需求），分别用于车辆牵引、龙门刨床、油田和冶金行业，性能突出。二、性能特点：l、系统效率和功率因数高，调速范围宽，最高效率可达90%，并且在很宽调速范围内，都保持在80%以上，功率因数达到0.95以上，调速比超过1：20。2、低启动电流，高启动转矩，启动电流为额定电流的30%，启动转矩为额定值的150%。3

15、、可频繁起停及正反转运行。4、控制系统电路结构简单，工作可靠性高，电机转子无绕组，机械强度高。5、在额定转速内保持恒转矩运行，转矩转速稳定，转速波动小于0.15%。6、如果在一个区域内推广使用该种电机，可建直流供电站统一供电。三、典型应用：用SRM开关磁阻电机调速系统配套及改造龙门刨铣床的优点：l、产品已与国内多家刨床厂配套，通过全面考核，质量可靠。2、可根据需要在旧机床上增加新功能。3、高性能/价格比，适用于国内广大用户。4、丰富的改造经验，已成功改造刨床近百台，提供售前售后全部技术服务资料，并可提供已有用户作参考。5、电机的起动电流小，（为额定电流的30%），对电网无冲击，起动转矩大，（为

16、额定的150%），故适合于频繁起动，每小时不少于1000次，（实测达40次/分）。6、制动转矩大（不小于额定转矩），故换向时越位小，可提高加工效率。7、具有多种保护功能，可靠性高，且动态响应快，转速闭环控制，不受电网电压影响满载时无速降。8、与F-D系统相比，可简化结构，减少占地面积约2/3，可节电30%一70%，且可根据负荷大小选择15-45KW电机，避免“大马拉小车”的情况，良好的节电效果及停机时间的减少便客户能尽快收回投资。9、为用户配套新型电气柜，采用进口PLC控制，可降低故障率，结构简化，调试、维护方便。10、特有断电制动功能，可避免床面在意外停电时冲出床身。11、电机无电刷及整流子

17、，维护工作量少。主要技术参数及性能指标输入参数额定转速（r/min）1000转速范围（r/min）30-1300输出转矩(N.m)286输出特性额定转速以下为恒转矩，额定转速以上为恒功率过载能力120%（额定转矩）起动转矩(N.m)150%（额定转矩）制动转矩(N.m)100%（额定转矩）转速精度（r/min）1.5稳速精度0.15%（最高转速）相应时间(S)0.2电源电压/频率3-380V10%，50Hz5%控制功能转速给定1.1K电位器 2-10-10V电压起停控制1.起动开关 2.触头转向控制1.起动开关 2.触头 3.转速给定电压的极性升降速时间(S)0-10（电位器整定）点动控制开关

18、或触头（150r/min）保护功能电源过压动作值不低于110%额定电压（人工恢复）电源欠压动作值不低于85%额定电压（人工恢复）电源缺相缺相停机（自恢复）电动机过载延时15秒动作（人工恢复）电动机堵转延时1秒动作（人工恢复）电动机过流动作值为160%额定电流（自动恢复）控制器输出短路延时10ms动作（人工恢复）控制器过温度动作值65（人工恢复）电动机绝缘等级F防护等级Ip44冷却形式风冷强冷控制器安装形式壁挂式防护等级Ip23冷却形式风扇自冷环境标高/振动1000m以下/0.6G以下保存温度-25-65使用温度-5-40相对湿度不大于90%，不结霜显示显示功能电源显示，电动机运行显示，电动机转

19、速显示，保护显示。（56）SRD10系列开关磁阻电动机调速系统一、适用范围简介：通用机械：风机、水泵、油泵、压缩机等；机床：龙门机床（刨、铣、磨）、钻床等；塑料机械：挤出机、注塑机等；压力机械：螺旋压力机、模锻压力机、冲床等；铸造机械：抛丸机等；油田机械：抽油机等；纺织机械：印花机、卷布机、浆纱机、织机等；造纸机械：造纸机、压光机、卷纸机等；玻璃机械：制瓶机等；食品加工机械: 搅拌机 、混合机等；矿山、煤矿机械：采煤机、掘进机、球磨机等；冶金机械：轧钢机等；提升运输机械 ：电梯、绞车、卷扬机、传送带等；辅助机械：卷取机、开卷机、架线机等；家用电器：风扇、空调、冰箱、洗衣机、吸尘器等；电动工具：

20、手钻等；交通工具：车辆、 机车、轮船、飞机等；发电设备：风力发电。二、技术产品性能特点：1、开关磁阻调速电机系统SRD工作原理开关磁阻调速电机系统由电动机和控制器组成。如图1所示。电动机内安装有位置传感器；控制器由功率电路和控制电路等单元组成。图1 开关磁阻调速电机系统组成2、电动机结构SRD电动机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。定子、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上即无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组（图2）。图2 定子、转子结构图3中给出的是三相12/8极结构。若以示意图中定、转子的相对位置作为起始位置，依次给BC A相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次

21、给CBA 相通电，则电动机会顺时针方向转动。SRD电机的转向与相绕组的电流方向无关，而取决于相绕组通电的顺序。通过控制相绕组的电子开关（IGBT)S1、S2的工作状态，就可以改变电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。 图3 SRD电机示意图 当定子相绕组通电时，电动机内建立起磁场，当两凸极位置不对齐时，磁力线是弯曲的（图4）。转子受到弯曲磁力线的磁拉力，产生转矩，使转子转动，转子凸极向定子凸极趋近。当两凸极位置对齐时，转子达到平衡位置。图4 SRD磁场磁力示意图3、开关磁阻调速电机系统SRD特点（1）效率高，节能效果好。在所有的调速和功率范围内，SRD整体效率比交流异步电动机变频调速系统（简

22、称变频调速）至少高3%以上，在低速工作的状态下其效率能够提高10%以上。与直流调速、串级调速、电磁调速等系统相比，SRD节电效果更明显。（2）起动转矩大，特别适合于那些需要重载起动和负载变化明显并且频繁的场合。SRD控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧可得到较大的起动转矩，起动转矩达额定转矩的150%时、起动电流仅为额定电流的30%，比之交流电动机的300%电流获得100%的转矩的性能，优势非常明显。（3）调速范围广（图8）。SRD电机可以在低速下长期运行。由于效率高，在低速下的温升程度比额定工况时还要低，解决了变频调速低速运行下电机发热问题。此外，SRD电机最高转速不会像交流电动机那样受极

23、数的限制，可以根据实际需要灵活地设定最高转速。 （4）可频繁正、反转，频繁起动、停止，系统调控性能好，四象限控制灵活（图9），因此，非常适合于龙门刨床、可逆轧机、油田抽油机、螺旋压力机等应用场合。制动性能好，能实现再生制动，节约电能效果显著。（5）起动电流小，避免了对电网的冲击。SRD具有软起动特性，没有普通交流电动机起动电流大于额定电流57倍的现象。（6）功率因数高，不需要加装无功补偿装置。普通交流电动机空载时的功率因数在0.20.4，之间，满载在0.80.9之间；而开关磁阻电机调速系统在空载和满载下的功率因数均大于0.98。（7）电机结构简单、坚固、制造工艺简单，成本低。工作可靠，能适用于

24、各种恶劣、高温甚至强振动环境。（8）缺相与过负载时仍可工作。出现电源缺相、电机或控制器任一相出现故障时，SR电动机输出功率减小，但仍然可以运行。当系统超过额定负载120%以上时，转速只会下降，而不会烧毁电机和控制器。（9）由于控制器中功率变换器与电机绕组串联，不会出现变频调速系统功率变换器可能出现的直通故障，可靠性大为提高。三、应用效果开关磁阻调速电机系统SRD作为新一代调速产品，具有高效、调速范围宽，适用范围广，简单、可靠、成本低等一系列优点。科汇公司与淄博牵引电机集团合作，已成功生产出1.1kW90kW系列产品，在淄博机务段、淄博毛纺厂、山东新华药厂、张店热电厂、青岛益友锻压机械厂、汇丰塑

25、料有限公司等单位相继应用，得到了用户的一致好评。并于2004年9月顺利通过国家中小型电机质量监督检验中心的全面性能检验。自2004年投入现场运行以来，最长的运行时间达到两年多，各种运行数据表明，该系统运行稳定可靠，极大的改善了所在系统的运行工况，提高了运行效率，降低了能耗，减轻了工人的劳动。注：有用户提供的用户报告提供的详细数据。四、推广前景2005年11月，该产品通过了山东省科技厅的鉴定。2005年10月国家发改委、科技部、国家环保总局在联合发布的国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术公告中，明确将开关磁阻调速电动机作为电机行业重点推广技术。 科汇公司与华中科技大学、北京交通大学、山东

26、理工大学等高校保持着密切的合作关系，同时具有国内一流的电力电子与微机控制技术开发队伍，牵引电机公司拥有一支经验丰富的电机开发和设计、生产队伍；遍布全国各地的电机推广销售网络，以及完善的电机生产、测试实施。我们能够不断跟踪新技术的发展，保持技术上领先地位。（57）开关磁阻调速电动机运行技术分析摘要：对开关磁阻电动机调速系统的组成、工作原理、使用情况和节能效果进行了总结分析。关键词：电动机；调速；分析1引言据统计,我国发电量的60%用于电动机,可以说电动机是“用电大户”,也是节能潜力最大的设备之一。20世纪70年代开始,席卷全球的能源危机推进了交流电动机调速技术的发展,使直流调速、变频调速等技术得

27、到广泛应用,但这些调速系统都存在结构复杂、价格昂贵、能耗高等不足。随着计算机自动控制技术和电力电子技术的日趋成熟，国内近年来有相当数量的高等院校、科研单位和企业投入到开发磁阻电动机调速技术的开发，新设备已在纺织、冶金、石油等行业陆续得到应用，正越来越显现出它在调速性能和节能方面的优势。下面以某公司实际应用的开关磁阻调速电动机为例，对该系统作一个简要介绍。2开关磁阻电动机调速系统（SAD）组成及工作原理SAD主要由开关磁阻电动机和控制器两部分组成，电动机内包含位置传感器，控制器由功率电路和控制电路等电路单元组成，结构见图1。图1开关磁阻电动机调速系统结构示意图开关磁阻型电动机是定子、转子双凸极可

28、变磁阻电动机。其定子、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一个两极磁极，称为一相。开关磁阻电动机可设计成多种不同的相数以及极数结构，且定子、转子的极数总是不相同，有多种不同的搭配9（图1中给出的是8/6极、四相结构）。若以图l中定子、转子的相对位置作为起始位置，依次给Dabc相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次给BAdc相绕组通电，则电动机会顺时针方向转动。可见，开关型电动机的转向与绕组的电流方向无关，而取决于相绕组通电的顺序。通过控制与电动机每相绕组相串接的各组电子开关（IGBT）的工作状态，就可以改

29、变电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。3效果评价及分析3.1配套设备选择以莱芜市某公司空压站一台冷冻盐水泵上安装的开关磁阻调速电动机为例进行效果评价。该电机由淄博汇海电力电子设备有限公司生产。型号SRM225-30，功率等级45kW。该公司冷冻盐水泵型号IS150-125一250，扬程80m，流量200m/h，转速2900r/min。原配用电动机型号Y225M-2，额定功率45kW，额定电压380V，额定电流84A，转速2940r/min。3.2 安装运行状况自2005年9月份安装运行以来，运行情况良好，达到了预期的效果，主要体现在以下几个方面：（1）实现了恒压供水供气。原来供水供气时间及

30、用量极不稳定，压力波动较大。生产用量大时，压力跟不上，影响生产；用量小时，压力过高，不但耗能，同时也损害供水供气设施。使用开关磁阻调速电动机后，根据需要保持合适的压力，保障了车间生产正常进行。（2） 减少了值班人员劳动强度。原来值班人员根据生产用量情况，随时调节阀门以及启停不同功率的电机，现在只需进行正常的设备巡视即可。（3）达到了节能降耗的目的。与原来使用的三相交流异步电动机耗电情况相比较，三相异步电机转速无法调节，压力不能调整，更不能自动控制。而使用开关磁阻调速电动机，转速可以根锯生产量自动调节，电机运行效率在82%-93%，节电效果十分明显。在保证生产用量一定的情况下，磁阻电机比普通电机

31、节约电能约30%。3.3 改造前后的节电效果计算改造前（从2005年7月29日18：30到7月31日18：30），电表刻度差为3419-1787=1632，3天的用电量为163210=16320kWh。改造后（从2006年3月18日18：30到3月20日18：30)，电表刻度差为6939-5859=1080，3天的用电量为108010=10800kWh。改造前后的节电量为16320-10800=5520kWh，节电率为552016320=33.8%。4总结经过长时间考察分析比较，我们认为，开关磁阻调速电动机操作简单方便，运行稳定可靠，节能效果极佳。该产品具有调速范围宽、节能效果好、启动电流小、

32、启动力矩大的优点，特别适用于以下场合：（1）宽调速范围中长时间低速运行的场合；（2）宽调速范围中高于交流电机同步转速3000r/min以上的场合；（3）频繁正、反转，频繁启动、停止的场合；（4）要求有低速启动、重载启动负载而又不能有启动大电流的场合，例如牵引运输车辆的驱动；（5）可替代变频调速系统、直流调速系统以及其他调速系统满足使用的场合。（58）变频器在空压机上运用的节能效益分析摘要：介绍了螺杆式空气压缩机的工作原理和电气控制原理，对新安装的螺杆式空压机采用变频器+PLC的控制模式，通过运行表明，变频器运用于螺杆式空气压缩机具有运行稳定、控制可靠和节能效果显著的优点，有较高的使用和推广价值

33、。 关键词：变频器;螺杆式空压机；节能螺杆式空气压缩机在南钢运用很广泛，传统的控制大多采用接触器直接对空压机主电机加载工频电源，依靠进气阀门的开关来控制空压机的进气口是否进气，从而达到控制空压机供气的目的。由于生产线上使用空压气的设备的工作周期和生产工艺的差别，使得用气量瞬时变化非常大，这就造成进气阀门加载、卸载动作频繁。卸载后空压机没有进气，但电机依然维持在工频运转，造成电能的浪费;当系统压力变小后，进气阀突然打开加载，会对供电电网和空压机设备造成很大的冲击，也增加了设备的机械磨损。为此，该厂技术人员经过研究，提出对新安装的螺杆式空压机采用变频器+PLC的控制模式，自动控制空压机主电机的转速

34、来达到自动调节供气量的目的，节约用电和用气，减少设备损坏。1、螺杆式空气压缩机的工作原理和能耗分析 螺杆式空压机由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽和阳转子的齿在主电机驱动下旋转。传统的加载和卸载控制方式使得压缩空气的压力在PminPmax之间来回变化。Pmin是能够保证现场用气点正常工作的最低压力。一般情况下，Pmax与Pmin之间关系可以用下式来表示:Pmax=P（1）Pmin，其中大致在15

35、%30%之间。 在加载和卸载控制方式下的空压机，浪费的能量主要在两个部分：（1）加载时的电能消耗。在压力值达到最小后，检测元件检测到压力低信号，这时控制元件会打开进气阀门，空压机对气体做功，气压会持续上升直到最大压力值。在加压过程中，一定要向外界释放更多的热量，从而导致电能损失。另一方面，大于气动元件所需要的压力的压缩空气在进入气动元件前，其压力一般需要经过减压阀减压，这一过程同样是一个释放能量的过程。（2）卸载时电能的消耗。当压力达到压力最大值时，空压机通过关闭进气阀使电机处于空转状态的方法来降压卸载。这种调节方法造成很大的能量浪费。据测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的15%35

36、%(这还是在卸载时间所占比例不大的情况下)。很明显，在加载、卸载供气控制方式下，空压机电机存在很大的节能空间。2、变频器+PLC的控制模式和节能效益 采用变频凋速控制时，就把管网压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PLC的PID调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频器，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。 南钢中型厂新安装的空压机电机参数:功率为185kW，转速为1480r/m，额定电流405A，功率因数为0.89;变频器功率为200kW。在传统的接触器直接加工频电源控

37、制电机模式下，正常生产情况时，压力维持在0.455.6MPa范围内，空压机进气阀门开关都呈现一定的规律性，即阀门打开加载时间约为118s，关闭卸载时间约为96s(即加载时间占总时间的55%，卸载时间约占45%）;加载时电机电流大约为额定电流的1.4倍，关闭阀门电机电流约为额定电流的0.4倍。按照以上电机参数计算，电机每天做功约为5409kW.k(假设24h不停机)。 采用变频恒压控制以后，正常生产时，管网压力保持在5.2MPa这样一个相对稳定的值，变频器显示40Hz，电机电流维持在275A左右，上下波动很小。按照这样的情况，电机每天做功约为3475kW.h(功率因数约为0.8)，这样每天节约的

38、电能大约为1934kW.h。如果按照每年正常供气350天计算(只在检修时间停机)，年节约电能为kW.h。工业电价按0.57元/(kW.h)计算，每年可节约生产成本约为38.6万元。3、结语 利用变频器+PLC的控制模式实现了螺杆式空气压缩机的节能运行，同时空压机电机从静止到旋转工作由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击，降低了原系统噪音，减少了设备维修最等，该控制模式具有实用价值。（59）电动机/Y改接降压运行的功率因数及效率摘要：对某l0kW电动机进行试验，研究电动机/Y改接运行的功率因教和效率，得出当低于某一临界负载率(一般为35%50%)时，由接线切

39、换为Y接线可以节电，尤其是当电机处于极轻载时(如负载率=10%)，/Y改接运行能够更多提升效率，节能效果更明显。关键词：异步电动机；降压；节电；功率因数；效率 引言造成大量异步电动机处于非经济运行的原因很多，诸如大部分异步电动机运行点不在额定工况，有些负载是变动的；有些由于选择电机容量偏大，长期运行于轻载工况，等等。在轻载时若降低电动机的端电压，使之与电动机的负载率合理匹配，这样就会降低电动机的励磁电流，从而降低铁耗和从电网吸收的无功功率，不仅可以改善电动机的功率因数，而且还可以提高运行效率，达到节能的目的。在现场应用较多的一种简单易行的方法就是将电机绕组进行/Y改接降压节电。1 异步电动机等

40、效电路及降压运行时的近似阻抗 异步电动机的T形等效电路如图l所示。图1 异步电动机T形等效电路在异步电动机的等效电路中，一般其励磁电抗Xm远大于X1、X2，当降低定子电压运行时，Xm比额定电压时更大一些，近似可认为Xm=，则可得异步电动机的等值阻抗Z为：Z (1)式中：R1、X1一定子每相绕组的电阻、电抗； R2、X2转子每组绕组电组、电抗的折算值； s一电动机的转差率。 异步电动机正常运行时转差率s很低，一般为0.010.05，轻载时更低，则R2/s远大于Rl、Xl、X2，故式（1）可简化成： Z (2) 式中：一阻抗校正系数，用以减小近似产生的误差，同一电机值基本不变。2 异步电动机轻载/

41、Y改接运行的功率因数 异步电动机在低于额定电压下运行时，电机中电动势E1和主磁通m随之降低，致使空载电流I0减小；如果负载一定，那么主磁通申m减小时，就会引起转差率相应地增加以使转子电流I2和转子漏电抗X2增加；在轻负载工作时，转差率很小，转子电流I2基本上是有功分量且数值很小，相应地转子负铜耗数值也小。在定子电流的两个分量İ0及İ2中(见图1)，İ0起主要作用。当降低定子电压Ul时，定子电流Il随I0减小而减小，因此轻负载降低电压运行时，由于İ0的减小和İ2（相对变化不大)增大的结早，使定子功率因数提高。 对额定电压为380V的某l0kW三相异步电动机进行试验，分别测试定子为接法和Y接法时，

42、即电机在额定相电压380V和相电压降低至220V时的工作特性，实测数据如表1所示。功率因数随负载变化的曲线如图2所示。比较图2中两条特性曲线发现，当电机负载率大约在65%以下时，由改为Y接线有利于改善功率因数，当=5%40%时改善较为显著，功率因数最多提升量可达0.4(当20%时)。3 异步电动机/Y改接降压运行的效率3.1轻/Y改接运行的效率分析表1 电动机工作特性试验数据P2/KWU=380VU=220VCOSCOS00.10.10.30.180.230.340.510.60.260.440.570.7110.380.590.750.771.90.550.7650.940.743.10.7

43、0.860.9550.87540.760.890.950.8950.80.890.930.8860.850.90.9050.8570.870.890.850.7880.880.890.790.7190.8950.885100.880.87510.60.8750.87图2 U=300v和U=220v时电动机功率因数特性曲线异步电动机的总损耗中铜耗占总损耗的加20%70%，铁耗占25%30%，此两项是决定电动机效率的主要因素。锅耗随负载大小而变化，而铁耗与电源电压平方成正比。轻载时将电机绕组由接改成Y接，则定子相电压降低为原来的l/ 倍，铁耗下降2/3，由于在轻负载时铁耗起主要作用，因此效率随铁耗

44、的大大减小而提高。设UN、UX分别为电动机端额定相电压和降低的相电压；P1XN、P1X分别为两种电压下电动机的输入有功功率；P2XN、P2X分别为两种电压下电机的输出有功功率；I1XN、I1X分别为两种电压下电机的定子相电流；cosXN、cosX分别为两种电压下电机定子功率因数；XN、X分别为两种电压下电机的效率；利用式（2）可得：= = （3）式中：ZN、ZX一分别为轻载额定电压和降压运行时的阻抗；SXN、SX一分别为轻载额定电压和降压运行时的转差率。负载没变；所以P2X=P2XN，降压与额定电压运行时的效率之比 为：= = = （4）式中：Ku一电动机的调压系数，Ku=UX/UN，降压时K

45、u1，轻载降压时电机的运行效率才大于额定电压时的效率，才能实现节能。由第2节分析知轻载降压后功率因数有所提高，即cosXcosXN；又由电动机改变定子端电压的机械特性易知，对同一负载降压运行时电机转差率增大(轻载时变化不大)，即SXSXN，这样就导致降压提高运行效率的趋势受到影响。电动机/Y改接降压运行时，调压系数Ku=1/ ，想达到节电效果要求效率比 1，由式(4)可知，也即要求SXCOS X3sXNCOS XN。从而得出结论:电动机轻载时，进行/Y改接降压运行，转差率和功率因数都有所上升，但只要转差率与功率因数的乘积小于接法时两者乘积的3倍，/Y改接运行就能使电机效率提高，达到节电的目的。

46、3.2试验分析3.2.1及Y接线时电动机效率特性实测曲线根据表1中对其10KW三相异步电动机的试验数据、给出和Y接法时(即电机相电压380V和相电压降低至220V时)电动机的效率特性曲线如图3所示。图3 U=380V和U=220V时电动机效率特性曲线3.2.2电动机/Y改接切换点的问题电动机轻载时：用Y接法损耗较小，但负载增加到某一数值以后，由于转子滑差加大较多，使转子及定子电流迅速增加，造成电动机损耗与接法时相等，此时应将定子改为接线，否则，负载继续增加将使损耗超过接线，造成“倒节电”现象。轻负载下，Y接线与接线电动机损耗相等的负载率就是要找的切换点，此负载率称为临界负载率C。在图3中和Y接

47、法时电动机两条效率曲线的交点所对应的负载即为临界负载率，由图中知对于本例C40%。因此，当负载率低于40%时，由接线切换为Y接线可以节电。比较图3中两条效率特性还可发现，当电机处于极轻载时如10%，由改为Y接线能够更多地提升效率，节能效果尤为明显。资料和试验显示，不同型号电动机临界负载率稍有不同，但一般都在35%50%之间。异步电动机轻载运行，/Y改接切换点的临界负载率也可由下面经验公式求出： C= (5)式中：PFe一电动视接线时的铁耗KW； P0Cu一电动机接线时的空载铜耗，KW； P0一电动机接线时的空载损耗，kW，包括机械损耗和附加损耗； Pe一电动机的额定功率； e一电动机的额定效率

48、。4 结语(1)异步电动机在轻负载率时降低电压运行是有利的，可以改善其功率因数和效率。当电动机负载率低于临界负载率C(一般为35%一50%)时，由接线切换为Y接线可以节电，尤其是处于极轻载时(如10%)，/Y改接运行能够更多提升效率，节能效果更明显。(2)异步电机运行/Y改接节能的方法简单易行，不额外消耗功率，对电流波形无影响。但转换时会产生冲击电流，不宜用于轻、重频繁变动的负载。（60）水泥厂电动机节能技术分析摘要：提高电动机的效率已成为节能降耗、降低生产成本的重要手段，文章从分析电动机的选择、启动装置、调速方式等方面入手，介绍了葛洲坝水泥厂电动机在选择及使用过程中采用的各种节能降耗方法。关

49、键词：水泥厂；电动机；选用；节能水泥企业的用电量约占水泥成本的1/3，而其中的电动机耗能占总负荷90%以上，所以做好电动机运行的节能工作至关重要。不但可以减少电费开支，还可以挖掘配电系统的供电能力,有利于降低整个配电系统的电力损耗。1 电动机的合理选型和节能改造1.1选用节能型电动机：Y系列电动机是全国统一设计的新系列产品,是国内目前较先进的三相异步电动机。20世纪80年代中期即在全国推广应用。其优点是效率高、节能、启动性能好。而目前国内许多老水泥企业仍大量采用JO2系列电动机,相比来说Y系列比JO2系列电动机效率提高了0413%。因此用Y系列电动机取代旧式电动机势在必行，目前我厂85%电动机

50、都已改为了新型号电动机。1.2合理选用电动机类型：选择电动机类型除了满足拖动功能外，还应考虑经济运行性能。对于年运行时间大于3000h，负载率大于50%的场合，应选择YX系列高效率的三相异步电动机。与Y系列相比，其效率平均高3%，损耗降低20%一30%，虽然价格高于Y系列电动机，但从长期运行考虑，经济性还是明显的。同步电动机能提高企业电网的功率因数，降低供电线路损耗，但控制系统繁杂，价格较高。随着异步电动机制造水平的提高，新设备已很少采用。1.3 合理选用电动机的额定容量：国家三相异步电动机3个运行区域作了如下规定：负载率在70%-100%之间为经济运行区；负载率在40%-70%之间为一般运行

51、区；负载率在40%以下为非经济运行区。若电动机容量选得过大，虽然能保证设备的正常运行，但不仅增加了投资，而且它的效率和功率因数也都很低，造成电力的浪费。因此考虑到既能满足水泥厂设备运行需要，又能使其尽可能地提高效率，水泥企业一般负载率保持在60%一100%较为理想。对于负载率小于40%的三角形接法电动机可改为星型接法，以提高其效率。 1.4老式电动机的节能改造 (1)更换电动机的外风扇，将电动机的外风扇改为节能型，对于不同型号的电动机，有对应的节能型风扇产品可供选用。主要用于单方向运转的2极和4极电动机，改后可提高效率1.35%一2.55%。 (2)采用磁性槽泥代替原来的槽楔，用磁性槽泥进行电

52、动机节能改造后，可降低电动机的铁芯损耗和附加损耗，提高效率，虽然启动转矩会下降10%-20%，但很适应空载或轻载启动的电动机改造。 2 电动机启动和运行形式的合理设计 2.1低压笼型大中型电动机：若采用全压直接启动方式，这要求电力系统有足够大的容量，而实际运行时，电力系统负载率很低，影响供电效率，并且用直接启动方式易烧毁开关、电动机，影响电网其他设备的运行，往往为了尽量减少电动机启动次数而宁愿让电动机空转而不停车，造成大量浪费。此类电动机可以用电动机软启动器启动。电动机软启动器是采用大功率晶闸管模块作为主回路的开关元件，通过控制它的导通角以实现软特性的电压爬升。它具有对电网无过大冲击，对机械传

53、动系统（齿轮及轴连接器）震动小，启动转矩平滑稳定等诸多优点。启动电流在2.5-3.5倍额定电流之间可调，启动时间可调。我厂在185、155kW罗茨风机和55kW排风机上应用，改造后具体情况见表1，解决了改造前采用直接启动时，经常发生的变压器跳闸及开关、电动机烧毁的现象。 应用软启动器后电动机参数名称罗茨风机排风机功率/kW18515555额定电流/A344296102.5启动电流/A1066858328启动时间/s119102.2高压笼型电动机 传统的启动方式多选用电抗器、自耦变压器等，但这些启动设备都不能很好地满足启动要求，很难获得理想的启动参数。目前出品的热变电阻软启动装置能较好地满足启动要求。热变电阻器由具有负温度系数的电阻材料制成，电阻器串于电动机定子回路，当电动机启动、电阻体通过启动电流时，其温度升高，而阻值随之减小，从而使电动机端电压逐步升高，启动转矩逐步增加，以实现电动机的平稳启动。根据电动机参数和负载要求的启动转矩，能方便地配置适当的启动电阻值获得最佳的启动参数，即在较小的启动电流下，获得足够大的启动转矩。海螺集团回转窑风机上己有应用，启动电流为2.92Ie。，与用电抗器相比，电流下降了28%，电网压降由8%降到了5%。这说明在启动过程中有一定的节能效果，延长了电动机的使用寿命，减少了对机械设备的冲击。由于启动装置热容量大，几