電動(dòng)機(jī)技術(shù)論文(2)
電動(dòng)機(jī)技術(shù)論文
電動(dòng)機(jī)技術(shù)論文篇二
電動(dòng)機(jī)節(jié)電技術(shù)淺析
摘 要：節(jié)能是當(dāng)前世界各國都很重視的一個(gè)課題，電能節(jié)約是節(jié)能的一個(gè)重要方面。而電動(dòng)機(jī)是使用最廣泛的電氣設(shè)備之一，所消耗的電能約占全部工業(yè)生產(chǎn)用電的60%，其節(jié)電問題顯得十分重要。做好電動(dòng)機(jī)電能節(jié)約對提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有十分重要的意義。本文從感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電能節(jié)約、直流電動(dòng)機(jī)電能節(jié)約、電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)電及提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)幾個(gè)方面淺析了電動(dòng)機(jī)的節(jié)電問題。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī) 節(jié)電技術(shù) 淺析
中圖分類號：TD637 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791(2014)04(b)-0111-02
能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，也是制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。因此，在加強(qiáng)能源開發(fā)的同時(shí)，必須大力降低能源消耗，提高能源的利用程度。電能是一種高價(jià)的二次能源，它只利用了一次能源的30%左右。工業(yè)用電約占全國電能消耗的70%以上，而電動(dòng)機(jī)所消耗的電能約占全部工業(yè)生產(chǎn)用電的60%，其節(jié)電問題顯得十分重要。電動(dòng)機(jī)的節(jié)電主要應(yīng)從選用高效電動(dòng)機(jī)、合理選擇和使用電動(dòng)機(jī)、合理選擇調(diào)速方式以及提高功率因數(shù)幾個(gè)方面綜合考慮、采取措施。
1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電能節(jié)約
對于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的損耗包括銅損、鐵損、機(jī)械損耗及雜散損耗。鐵損和機(jī)械損耗是固定損耗，不隨負(fù)載變化;銅損和雜散損耗隨電流平方變化，但雜散損耗所占比重很小。在運(yùn)行中，當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)效率最高。一般認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的最高效率設(shè)計(jì)在80%～100%額定容量間，高效電動(dòng)機(jī)大致在額定容量時(shí)效率最高。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可可采取以下方法節(jié)電。
(1)選用合適的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率不能低，通常在額定容量附近時(shí)效率和功率因數(shù)最高，使它具備與其拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械相適應(yīng)的負(fù)荷特性，能在各種狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)作比較。
(2)避免電動(dòng)機(jī)空載或輕載運(yùn)行。
(3)負(fù)載率在50%以下時(shí)通常可采用切換開關(guān)，將接線的電動(dòng)機(jī)以接線方式運(yùn)行。負(fù)載率降低時(shí)也可采用輕載節(jié)電器。節(jié)電器為一交流調(diào)壓器，可檢測負(fù)載狀態(tài)，自動(dòng)降低電動(dòng)機(jī)輸入電壓，降壓運(yùn)行。由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載下當(dāng)端電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)速減低，且效率和功率因數(shù)升高，故可節(jié)電。但應(yīng)注意，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨電壓平方而變化，電壓降低后的轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩的需要，降壓后的電機(jī)功率應(yīng)大于負(fù)載功率。輕載降壓運(yùn)行一般適用于小容量電機(jī)。
(4)容量較大的電動(dòng)機(jī)，在其額定容量大于負(fù)載需要且條件合適時(shí)，可采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)同步化的辦法，使其以同步電動(dòng)機(jī)的方式運(yùn)行，向電網(wǎng)輸出無功功率，改善電網(wǎng)功率因數(shù)。
(5)對于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速平方而變化的負(fù)載，如風(fēng)機(jī)、水泵等采用調(diào)速節(jié)電的辦法最為有效。
(6)對于電動(dòng)機(jī)的輔助設(shè)備如交流接觸器、低壓配電盤等，選用節(jié)能型設(shè)備，減少配電裝置本身電耗。
2 直流電動(dòng)機(jī)電能節(jié)約
直流電動(dòng)機(jī)有良好的變速性能，只要改變磁通就可進(jìn)行調(diào)速。所以直流電動(dòng)機(jī)的節(jié)能主要在于電動(dòng)機(jī)與運(yùn)行特性相匹配，或?qū)χ绷麟娫催M(jìn)行更換。從效率的觀點(diǎn)看，直流電動(dòng)機(jī)的額定輸出越大，效率越高。當(dāng)電機(jī)的可變損耗和不變損耗相等時(shí)，效率最高。通常直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)在負(fù)載率為70%～ 100%時(shí)效率最高。在一定的轉(zhuǎn)矩下，不論是電壓控制還是磁場控制，一般都在額定轉(zhuǎn)速時(shí)效率最高，轉(zhuǎn)速降低時(shí)效率下降。直流電源的效率以晶閘管供電為高(可達(dá)95%以上)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)組的效率較低(75%～90%)。
選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)使其運(yùn)行的負(fù)載率在最高效率范圍內(nèi)，一般接近于額定值。在單機(jī)制作極限內(nèi)，因額定輸出大的電機(jī)效率高，通常選用單臺(tái)大型的電機(jī)有利。電機(jī)額定電壓的選定，在允許情況下以電壓高為有利，可以減小電纜的電能損耗和電壓降?？刹扇∫韵路椒ü?jié)電。
(1)直流電源選用晶閘管供電方式。
(2)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載接近額定容量。
(3)調(diào)速時(shí)，盡量避免采用在電樞串聯(lián)電阻的方式，因電阻上會(huì)引起較大電耗。應(yīng)采用高效調(diào)速方式，如改變晶閘管供電電源的電壓和用斬波器調(diào)節(jié)直流電壓，這兩種方式的損耗都很小。在他激電動(dòng)機(jī)上，用晶閘管改變勵(lì)磁電壓、改變磁通而調(diào)速，損耗也小。
3 同步電動(dòng)機(jī)電能節(jié)約
同步電動(dòng)機(jī)的節(jié)電主要在于調(diào)節(jié)其功率因數(shù)。與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比較，它的轉(zhuǎn)速恒定不變，與負(fù)載大小無關(guān);而它的功率因數(shù)是可調(diào)的，能在的情況下運(yùn)行;在運(yùn)行中還可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。若增加它的勵(lì)磁電流，同步電動(dòng)機(jī)就在過勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行，功率因數(shù)角超前;若減少它的勵(lì)磁電流，同步電動(dòng)機(jī)就在欠勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行，功率因數(shù)角滯后。使同步電動(dòng)機(jī)在過勵(lì)狀態(tài)下運(yùn)行，即在超前功率因數(shù)角情況下運(yùn)行，從而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，節(jié)約電能。
4 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)電
各種調(diào)速系統(tǒng)除可以調(diào)速外，有的還可以達(dá)到節(jié)能目的，這與采用的調(diào)速方式及負(fù)載特性有關(guān)。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速系統(tǒng)不能達(dá)到節(jié)能目的，因?yàn)檎{(diào)低轉(zhuǎn)速時(shí)減小的負(fù)載功率為增加的轉(zhuǎn)差損耗所抵消;高效調(diào)速系統(tǒng)對各種特性的負(fù)載都能得到節(jié)能效果。對于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速平方而變化的負(fù)載，調(diào)速節(jié)能的效果較好。
4.1 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的節(jié)電調(diào)速方式
(1)利用電磁轉(zhuǎn)差離合器的節(jié)電調(diào)速。
電磁轉(zhuǎn)差離合器原理結(jié)構(gòu)如(圖1)所示，由電樞和磁極兩部分組成，磁極部分由磁極與勵(lì)磁繞組組成。電樞部分與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸聯(lián)接，以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，是主動(dòng)部分;磁極部分與機(jī)械負(fù)荷的轉(zhuǎn)軸相聯(lián)，是從動(dòng)部分，轉(zhuǎn)速為。當(dāng)勵(lì)磁繞組通入直流勵(lì)磁電流后，電磁轉(zhuǎn)差離合器的磁路里產(chǎn)生磁通，旋轉(zhuǎn)的電樞切割氣隙磁通，電樞中感生電流，這個(gè)電流與磁通作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。因主動(dòng)部分已有電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，從動(dòng)部分隨主動(dòng)軸的方向旋轉(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)差離合器通過改變勵(lì)磁電流可隨意調(diào)整磁極的轉(zhuǎn)速，從而改變機(jī)械負(fù)荷的轉(zhuǎn)速。
利用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速，在接近額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(90%額定轉(zhuǎn)速以上)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，效率比電流型變頻調(diào)速和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的效率都高，功率因數(shù)也高，節(jié)電效果明顯。這種調(diào)速方式特別適用于負(fù)荷轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)荷及恒轉(zhuǎn)矩造紙機(jī)、皮帶機(jī)等負(fù)荷。但離合器存在摩擦轉(zhuǎn)矩和剩磁，因此在負(fù)荷轉(zhuǎn)矩低于10%額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，可能使控制功能變壞，甚至失控，所以這種調(diào)速方式不適于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比的吊車類負(fù)荷。 (2)利用液力耦合器調(diào)速，液力耦合器的原理結(jié)構(gòu)如圖2所示，它主要有兩個(gè)帶有徑向葉片的碗狀工作輪組成。主動(dòng)軸帶動(dòng)的稱泵輪，帶動(dòng)從動(dòng)軸的稱為渦輪。兩輪對置，兩者之間保持一定間隙，兩個(gè)碗狀結(jié)構(gòu)形成一個(gè)腔室―― 循環(huán)圓。當(dāng)泵輪旋轉(zhuǎn)時(shí)并向腔室內(nèi)充以工作液體，液體在泵輪內(nèi)獲得動(dòng)能，進(jìn)入渦輪后，其動(dòng)能變成機(jī)械能，從而帶動(dòng)從動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)功率傳遞。調(diào)節(jié)循環(huán)環(huán)內(nèi)的液量，就可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)軸的無極調(diào)速，節(jié)約電能。這種方式適用于大功率的風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)荷。
三相繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)使用晶閘管串極調(diào)速，晶閘管串極調(diào)速的原理電路如圖3所示，繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)二極管整流為直流電壓，在由晶閘管逆變器將(逆變器電壓)逆變?yōu)榻涣麟妷海β式?jīng)變壓器反饋到交流電網(wǎng)。此時(shí)可視為加到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢，控制逆變角就可改變的數(shù)值，亦即改變了引入轉(zhuǎn)子電路的電動(dòng)勢，從而實(shí)現(xiàn)了繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的串極調(diào)速。這種調(diào)速方式可實(shí)現(xiàn)無極平滑調(diào)速，消除轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時(shí)的電阻發(fā)熱，減小損耗，節(jié)約電能。
如采用常規(guī)的晶閘管串極調(diào)速，由于電流滯后電壓導(dǎo)通，不但電機(jī)本身需要吸收無功功率，而且逆變器也要吸收無功功率，從而使功率因數(shù)進(jìn)一步降低，功率因數(shù)在0.4～0.6之間。而超前導(dǎo)通的晶閘管串極調(diào)速，是應(yīng)用一種可關(guān)斷的晶閘管，在門極加正向脈沖電流能使其導(dǎo)通，加反向脈沖電流能使其關(guān)斷的器件。依靠此特性使電流超前電壓，從而可使功率因數(shù)提高到0.9以上，達(dá)到節(jié)電目的。
(3)利用變頻調(diào)速，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變電源的頻率可以調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，基本上與成正比。因此平滑改變頻率，即可平滑調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而滿足機(jī)械負(fù)荷的要求，節(jié)約電能。
變頻調(diào)速對于鼠籠型和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)都適用。這種調(diào)速方式具有優(yōu)異的性能，調(diào)速范圍大，平滑性較好，變頻時(shí)電源電壓按不同規(guī)律變化，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負(fù)荷的要求，現(xiàn)以得到廣泛應(yīng)用。
4.2 直流電動(dòng)機(jī)的節(jié)電調(diào)速方式
(1)晶閘管-電動(dòng)機(jī)組調(diào)速方式
用晶閘管把交流電變成直流電，形成可變的電壓接在電樞上。調(diào)整晶閘管觸發(fā)脈沖的相位，可把輸出的直流電壓和電流控制在任意正負(fù)值上，從而轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都可以自由調(diào)節(jié)。這種調(diào)速方式，在主電路上沒有電阻，因此主電路沒有損耗，即使在低速范圍內(nèi)損耗也不增加。另一方面，通過逆變器使電流極性反向，進(jìn)行制動(dòng)。制動(dòng)能量全部反饋到交流側(cè)而回收(再生制動(dòng))，而且從全速到低速的整個(gè)范圍內(nèi)均可進(jìn)行制動(dòng)。由此可知，從節(jié)電方面看，也是一種最佳的制動(dòng)方式。其原理電路如圖4所示。
(2)晶閘管斬波器調(diào)速方式，將直流電源的恒定直流電壓變換為可調(diào)直流電壓的晶閘管裝置，稱為直流斬波器。直流斬波器以晶閘管作為直流開關(guān)，控制負(fù)荷電路的接通與關(guān)斷，使負(fù)荷端得到大小可調(diào)節(jié)的直流平均電壓。主電路沒有電阻，而且也可以再生制動(dòng)，因此是一種節(jié)電的調(diào)速方式。其原理電路如圖5所示，這種調(diào)速方式起動(dòng)平穩(wěn)，調(diào)速特性好，節(jié)電效果顯著。
5 提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)
提高功率因數(shù)也是電動(dòng)機(jī)節(jié)電的重要方面?？刹扇∫韵路椒ㄌ岣唠妱?dòng)機(jī)的功率因數(shù)。
(1)合理選擇電動(dòng)機(jī)的容量。使負(fù)荷率在70%以上，可使功率因數(shù)相應(yīng)提高。
(2)采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)速方式。
(3)對負(fù)荷不足的電動(dòng)機(jī)降低外施電壓。
①如果長期輕負(fù)荷運(yùn)行的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其定子繞組原為接法，可改接，使每相繞組電壓降為原來的，從而定子旋轉(zhuǎn)磁場也降為原旋轉(zhuǎn)磁場的，使電動(dòng)機(jī)的鐵損相應(yīng)的減小，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)提高。
?、谌绻L期輕負(fù)荷運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，調(diào)換較小容量的電動(dòng)機(jī)受條件限制，定子繞組又不變改為接時(shí)，則可將定子繞組分段改接，如(圖6)所示。使電動(dòng)機(jī)定子繞組每相由原來的三個(gè)并聯(lián)支路改接為兩個(gè)并聯(lián)支路，使每段繞組承受的電壓減小，從而定子鐵心磁通減小，鐵損降低，功率因數(shù)提高。
(4)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)同步化運(yùn)行。
在繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)異步起動(dòng)后，向定子繞組通入直流電進(jìn)行勵(lì)磁，使其變?yōu)橥诫妱?dòng)機(jī)運(yùn)行。這樣可節(jié)約無功電能，甚至把感應(yīng)電動(dòng)機(jī)改為容性負(fù)荷向電網(wǎng)供給無功功率，使功率因數(shù)大大提高。
(5)減少電動(dòng)機(jī)的空載損耗。
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的空載損耗主要是無功功率損耗，而各種生產(chǎn)機(jī)械在生產(chǎn)過程中又有不同的空載時(shí)間。對于空載運(yùn)行時(shí)間超過5min的中小型電動(dòng)機(jī)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在工作周期內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)上述情況，應(yīng)安裝空載自停裝置，減小有功及無功損耗，提高自然功率因數(shù)。
(6)提高電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量。
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量對功率因數(shù)影響較大，因此，在檢修電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意提高檢修質(zhì)量，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
(7)采用同步電動(dòng)機(jī)。
前面同步電動(dòng)機(jī)節(jié)電已述。
綜合所述，要做好電動(dòng)機(jī)的節(jié)電，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮，采取與之相適應(yīng)的方法和措施，才能取得顯著的節(jié)電效果。
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