《毕业设计（论文）三相异步电动机的经济运行及其节能技术研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）三相异步电动机的经济运行及其节能技术研究.doc（28页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、西 京 学 院本科毕业设计(论文)题目：三相异步电动机的经济运行及其节能技术研究 教学单位： 机电工程系 专 业： 自动化 学 号： 0811060107 姓 名： 指导教师： 2012年5月摘要论述了三相异步电动机节能的几种方法，包括电机的合理选择与使用,保证供电电压质量和电机就地无功补偿等。论述了变频器在风机和压缩机上节能的分析与运用，能明显提高三相异步电动机的效率。恰当地运用这些方法，能较大程度地提高电动机运行时的效率和功率因数，通过运用这些方法进行节能计算能明显的显示三相异步电动机的节能效果。关键字：三相异步电动机;变频器;空气压缩机;节能 ABSTRACTDiscusses the
2、three-phase Asynchronous Motor, several methods, including the rational selection and use of the motor to ensure the quality and the motor in place of the supply voltage reactive power compensation. Discusses the analysis and utilization of the inverter energy-efficient fans and compressors, can sig
3、nificantly improve the efficiency of the three-phase asynchronous motor. The appropriate use of these methods can improve the efficiency and power factor when the motor is running, energy-efficient computing through the use of these methods to display the energy saving effect of the three-phase asyn
4、chronous motor.Keywords:three-phaseasynchronous motor; inverter; air compressor;energy-saving目录第1章 引言11.1 三相异步电动机节能的背景11.2 三相异步电机节能目的及意义1第2章 三相异步电动机的构造及工作原理32.1 三相异步电动机的构造32.2 三相异步电动机的工作原理3第3章 变频器在节能方面的分析53.1 变频器的工作原理53.2 变频器节能原理63.2.1 变频节能63.2.2 功率因数补偿节能63.2.3 软启动节能63.3 变频器节能应用的场合63.3.1 变频器在空压机上运用的
5、节能分析73.3.2 螺杆式空气压缩机的工作原理和能耗分析73.3.3 变频器和PLC的控制模式和节能效益8第4章 电动机节能方面的分析与研究94.1 目前在电机节能方面存在的主要问题94.1.1 旧(淘汰)型电机的使用94.1.2 电机负载率低94.1.3 电机电源电压不对称或电压过低94.1.4 负荷调节与转速控制不当94.2 减少有功损耗以提高电动机效率104.3 电动机的选用104.4 电动机节能原理104.5 电动机的节能措施11第5章 三相异步电机节能分析与应用实例135.1 电动机的合理选型和节能改造 5.1.1选用节能型电动机：135.1.2 合理选用电动机类型：135.1.3
6、 合理选用电动机的额定容量：135.1.4 老式电动机的节能改造135.2 电动机启动和运行形式的合理设计145.2.2 高压笼型电动机145.2.3 大型绕线型电动机145.2.4 中、小型绕线电动机155.3 电动机的调速速节能155.3.2 绕线式电动机液体调速155.4 电动机的功率因数补偿165.4.2 应注意的问题165.5 实际应用计算165.5.1煤气循环水泵与竖炉热水泵节能的分析16第6章 空气压缩机节能的分析与研186.1 空气压缩机的工作原理186.2 加、卸载供气控制方式存在的问题186.3 空气压缩机系统的节能原理196.4 恒压供气控制方案的设计196.5 实际应用
7、计算19总结21致谢22参考文献23第1章 引言1.1三相异步电动机节能的背景 能源是社会和经济发展的重要物质基础，也是提高人们的生活水平的先决条件。人类社会要发展，必须建筑在大量消耗能源的基础上。然而现有的不可再生资源已经被人类过度消耗。我国的能源政策是注重能源资源节约和合理利用。缓解我国能源资源与经济社会发展的矛盾，必须立足国内，显著提高能源资源利用效率。坚决实行开发和节约并举，把节约放在首位的方针。鼓励开发和应用节能降耗的新技术。2004年，我国为电力、煤炭、石油等能源价格上涨而付出的代价高达百亿美元，而能源短缺间接对国民经济造成的经济损失更难以用具体的数值来估量。节能是我国经济和社会发
8、展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。电动机是电能消耗的最大用户，也是节电潜力最大的用户。1.2三相异步电机节能目的及意义 现代社会中，三相异步电动机成为现代工业生产中的主要动力设备。统计表明世界各国电动机的用电量约占发电总量的60%，我国正处于经济高速发展期,电动机的用电量占全国总发电量的60%以上。根据国家标准的有关规定，异步电动机的运行状态可分为经济运行状态、允许运行状态和非经济运行状态。目前我国相当多的异步电机及其拖动系统处于非经济运行状态，白白浪费大量的电能，极大地影响着企业发展及经济效益。经济要发展，电力要先行。近年来，随着我国经济发展速度的提高，有很多经济发达地区的电
9、力供应出现供不应求的紧张局面，这直接制约着这些地区的的经济发展。因此，我们一方面需要开发更多的的能源来缓解电能紧张的局面。面对不可再生的一次能源，如石油、煤、天然气等资源的枯竭，全世界对于节能的呼声越来越高。基于这方面的考虑。我们要更努力着手于用电设备的节能研究。电动机的运行效率与负载的大小有关。当电动机的额定负载附近运行的时候，其效率的功率因数都较高；但当负载率较低时候，其功率因数和功率都急骤降低。异步电机在空载时转子转速接近于同步转速，转差率约等于0，即归算到转子侧得等效电阻无穷大，转子相当于开路，电流接近于0；而定子电流基本上市励磁电流，其主要分量是无功的磁化电流，其值越大定子电抗就越大
10、，致使电机功率因数降低。电动机在轻载时。由于端电压过高使励磁电流大，会导致功率因数下降。实际运行中的电机，由于产品容量的不连续性，安全系数过高的选择等，经常处于负载，甚至轻载，使电动机功率因数较小，效率很低，电能的浪费十分严重。对于非满载的运行的情况下的电动机，节能的关键在于采取必要地措施提高其运行的效率，改善功率因数。利用调压的方法, 可以根据电动机的负载率来不断的降压电动机的端电压, 使其运行处于高效率的状态。高效率运行不仅可以节省电动机在非满载情况下的功率损耗, 提高工功率因数、节约能源，而且对于装置自身的冷却和控制环境污染方面也有重要的意义。 全国有上百亿元的电动机市场, 而且每年还在
11、以20%的速度增加。如果全部能够实现节能的话, 相当于每年我国增建了2到3台中型火力发电厂。 这既可以节省煤,又能减少环境污染。可见，电动机节能的经济效益和社会效益非常显著。因而研究三相异步电动机的节能技术是非常迫切和必要的，开发带有节能的产品势在必行。第2章 三相异步电动机的构造及工作原理2.1三相异步电动机的构造 三相异步电动机主要有由定子和转子两大部分组成。定子主要由三相绕组，铁心，机座，端盖组成。定子铁心一般由0.35或0.5毫米厚、表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。三相绕组由三个在空间互隔120电角度、对称排列的结构完全相同的线圈连
12、接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。三相定子绕组通入三相电流，产生n1为转速的旋转磁场。机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件，其作用是固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。端盖主要起固定转子，支撑和防护作用。转子主要由铁心和绕组组成。转子铁心所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的槽，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一
13、般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，中、大型异步电动机（转子直径在300500毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。转子绕组分为鼠笼式转子和绕线式转子。（1）鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为：阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种，起动转矩等特性各有不同。（2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过
14、电刷与外电路联接。2.2三相异步电动机的工作原理当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。第3章 变频器在节能方面的分析 变频器按直流电源的性质分为电流型变频器和电压型变频器。电流型变频器，由于在变频器的直流环节采用了电感元件而得名，其优点是具有四象限运行能力，能很方便地实现电机的制动功能。缺点是需要对逆变桥进行强迫换流，装置结构复杂，调整较为
15、困难。另外，由于电网侧采用可控硅移相整流，故输入电流谐波较大，容量大时对电网会有一定的影响。电压型变频器由于在变频器的直流环节采用了电容元件而得名，其特点是不能进行四象限运行，当负载电动机需要制动时，需要另行安装制动电路。功率较大时，输出还需要增设正弦波滤波器。此外变频器还可以按其供电电压、按供电电源的相数、按其功能、按输出电压调节方式、按控制方式等类型分类。3.1 变频器的工作原理三相异步电动机的转速公式为 式中 同步转速；电源频率，单位为Hz；极对数；转差率。从公式可知，改变电源频率即可实现调速。对异步电动机实行调速时，希望主磁通保持不变，因为磁通太弱，铁芯利用不充分，同样转子电流下转矩减
16、小，电动机的负载能力下降；若磁通太强，铁芯发热，波形破坏。根据三相异步电动机定子每相电动势的有效值为式中 电动机定子频率，单位为Hz；定子相绕组有效匝数；每极磁通量，单位为Wb。从公式可知，对和进行适当控制即可维持磁通量不变。因此，异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率，即必须通过变频器获得电压和频率均可调节的供电电源。3.2 变频器节能原理3.2.1变频节能由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功
17、率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。通过我的计算:一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875KW，省电87.5.3.2.2 功率因数补偿节能 无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式，其中S视在功率，P有功功率，Q无功功率，功率因数，可知越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，1，
18、从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。3.2.3软启动节能 由于异步电动机如果采用直接启动，启动电流等于(-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用软启动器将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。3.3 变频器节能应用的场合 变频器在有的地方有节能效果，有的地方可能没有。风机、水泵之类的需要调速的地方用变频器，节能效果特别好。变频器具有节电功能，前提条
19、件是：1、大功率并且为风机/泵类负载；2、装置本身具有节电功能（软件支持）；3、长期连续运行。除此之外，无所谓节不节电。变频器节能最为明显的是在风机水泵行业应用，因风机水泵的消耗功率与转速的立方成正比，所以当外界用风/水量不高时，使用变频会自动将转速降低，则节能效果明显。而且跟传统的调速方法相比的话的确节能不少，传统的是串电阻及利用接触器切换来调速；电阻也要消耗电能，而且消耗40%左右的电能；变频调速是改变输入频率来达到调速的目的，省去了电阻及接触器切换消耗的电能。3.3.1 变频器在空压机上运用的节能分析螺杆式空气压缩机运用很广泛，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
20、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。3.3.2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
21、。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之间来回变化。是能够保证现场用气点正常工作的最低压力。一般情况下，与之间关系可以用下式来表示: =P（1），其中大致在15%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
22、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%(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。3.3.3变频器和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
23、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。 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
24、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676900kW.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。 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
25、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。第4章 电动机节能方面的分析与研究4.1 目前在电机节能方面存在的主要问题4.1.1 旧(淘汰)型电机的使用 我国20世纪七八十年代制造，六七十年代技术水平的J、JO、JO2系列及其相应水平的派生电机，现在约占装机容量的3%5%，即约2 000万kW，这些电机采用E级绝缘，体积较大，起动性能较差，效率较低。虽经历年改造，但目前我国的少数企业还在使用这类电机，如风机、水泵、车床等使用的主机。另外，早期使用的Y系列电动机，经过12次大修，性能变差，效率降低，本应该淘汰，却仍在使用。这类电机占装机容量的15%20%。 4.1.2 电
26、机负载率低由于电动机选择不当，富裕量过大或生产工艺变化，使得电动机的实际工作负荷远低于额定负荷，大约占装机容量 30% 40% 的电机在 30% 50%的额定负载下运行，运行效率过低。如现在我国风机的平均运行效率为 60%，水泵的平均运行效率只有 51%。4.1.3 电机电源电压不对称或电压过低 由于三相四线制低压供电系统单相负荷的不平衡，使得电动机的三相电压不对称，电机产生负序转矩，增大电机运行中的损耗。另外电网电压长期偏低，使得正常工作的电机电流偏大，因而损耗增大。三相电压的不对称度越大，电压越低，则损耗越大。4.1.4 负荷调节与转速控制不当 在调节风机的风量与水泵的流量等方面，还有些场
27、合是采用挡板或阀门来调节，使得截流功率损耗大。许多设备还采用机械调速方法，而未采用电气调速。此外，由于调速方法与负载的性质、大小配合不好，转速控制不当，也使得调速过程中的损耗增大。4.2 减少有功损耗以提高电动机效率异步电动机的损耗分为有功损耗与无功损耗两种，减少有功损耗，就能提高电动机的效率，从而达到节能的目的，这可以从两个方面进行在电机的设计、制造与改进方面对电机进行优化设计与制造要做到：(1)采用较薄的低损耗硅钢片，减少电机的涡流损耗；加长电机铁芯，用较多的硅钢片达到减少磁密、降低铁损的目的。(2)采用较大截面的铜导线，缩短绕组端部长度，增大电机的满槽率，达到减小导线电阻与定子电流、降低
28、定子铜损的目的。4.3 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低负载或过负载状态下需要更新电动机时。4.4电动机节能原理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。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。电动机损耗功率构成p=pcu1 +pFe +pcu2 +pmec +pad pcu1：定子绕组铜损；pFe：铁芯损耗; pcu
29、2：转子绕组铜损；pmec ：杂散损耗；pad：机械摩擦损耗。有效降低电机损耗电机损耗分类：（1）发热损耗：p= pcu1+ pFe + pcu2 ；（2）杂散损耗：pad ；（3）风磨损耗：pmec + pad。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。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。降低风磨损耗：降低风磨损耗：合理的轴承结构和滑设计；降低通风损耗：（1）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
30、冷却风扇的效率。 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。4.5电动机的节能措施电动机的节能方法和节能措施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，
31、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。“小马拉大车” 会损害电动机。 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。第5章 三相异步电机节能分析与应用实例5.1 电动机的合理选型和节能改造5.1.1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
32、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。5.1.2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
33、高。随着异步电动机制造水平的提高，新设备已很少采用。5.1.3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。 5.1.4老式电动机的节能改造 (1)更换电动机的外风
34、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。5.2电动机启动和运行形式的合理设计5.2.1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
35、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。 5.2.2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
36、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，几乎无需维修，因此在水泥企业的相关电动机上有明显的推广价值。 5.2.3大型绕线型电动机 目前较为成熟的方式是采用液体变阻启动器。它是利
37、用两极间的液体电阻，通过机械传动装置便极板的距离逐步接近，直至接触，达到串入转子回路中的电阻无级变小最后为零，实现电动机无冲击的平滑启动。其特点是启动电流小，对电网无冲击，热容量大，可连续启动5-10次，维护方便，使用可靠。5.2.4中、小型绕线电动机主要采用频敏电阻器和油浸电阻器启动，由于有滑环、碳刷、短路环等零件与继电器、交流接触器、频敏或油浸变阻器等电器元件组成的启动系统都安装在粉尘较大的生产现场，因此它具有故障率高、维修量大的缺点，经常影响设备的正常运行，而无刷无环启动器较好地解决了上述问题，它是一种启动平滑，不改变运行特性且不受粉尘干扰的启动设备。其一次启动电流限制在3.0-4.01
38、e之间，适合于11-600kW的高低压绕线型电动机。该启动器是利用频敏变阻器的原理，利用贴磁性材料的频感特性研制而成，安装在电动机转轴原来装集电环的位置，与转子同步旋转，省去了电动机的辅助启动装置。5.3电动机的调速速节能5.3.1变频调速 变频调速结构简单，稳定可靠，调速精度高，启动转矩大，调速范围广，节能显著。变频调速确实稳定可靠，节能显著，建议对直流调速、电磁滑差调速的设备进行变频调速改造。5.3.2绕线式电动机液体调速对于一些调速精度要求不高，调速范围要求不宽，并且不频繁调速的绕线式电动机，如风机、水泵等设备的大中型绕线式异步电动机采用液体调速效果显著。与变频调速、可控硅串级谰速相比，
39、该方式更经济、可靠、实用，维护简单，虽调速时效率稍低，但功率因数高，且全速时效率高于变频调速，价格仅为变频调速的几分之一。该设备采用强制冷却的方法由循环水装置来降低在调速过程中液体电阻因通电发热所升高的温度，有效地解决了以前热容量不够容易引起开锅的现象。1台460kW喷枪泵上使用已有2年，投入前一次运行电流平均为42A，投入后平均电流降低为36A。运行功率由340kW降为286kW，节电达16%。广东肇庆小湘水泥有限公司一分厂制成355kW排风机电动机使用了l台YQT-500型液体调速器，投入前一次运行电流平均为36A，投人后平均电流为26A，节电率达28%。因此水泥企业的窑尾排风机高压绕线电
40、动机最适宜液体调速改造。5.4电动机的功率因数补偿5.4.1原理及补偿类型 笼型电动机通常采用并联电容器就地补偿的方法。在35台37kW以上的笼型低压电动机上进行了并联电容器补偿，每年节电17万kWh。绕线式电动机可采用进相机补偿的方式。进相机补偿分旋转式和静止式2种，由于旋转式进相机结构上的缺陷，目前逐步被静止式进相机所代替。在原料磨l000kW电动机上采用了静止式进相机补偿，电动机温升下降了16，功率因数升为0.98，一次电流降低16%；每年节约电费9.6万元。 5.4.2应注意的问题经常停机的电动机，年利用率很低的电动机，多速电动机，经常反复开停、点动或堵转的电动机和双向转动或反接制动的
41、电动机，不宜进行就地补偿。5.5 实际应用计算5.5.1煤气循环水泵与竖炉热水泵节能的分析（1）煤气生产过程中，需要循环水对煤气进行洗涤冷却。循环水泵是煤气生产工艺中的重要设备，循环水泵不能调速，利用出口阀门来控制水流量和管网压力，由于循环水泵的选择是按最大负荷情况来选型，而在实际运行中循环水泵留有较大的余量，冷却水的流量与压力是通过冷却水循环泵出、入口联络管上的调节阀来进行调节，从而造成电动机运行效率较低，造成电能浪费，为降低生产成本，因此对煤气循环水泵进行变频调速节能改造，以解决能源浪费问题。 循环泵运行电流约为70 A，额定电流为102.5A，额定功率55 kW。则没上变频器前，上变频器
42、后循环泵运行电流为57A，频率38Hz即76%，变频器效率为96%，负荷率41%，则平均运行负荷为；55 kW X41%=22.5 kW，年经济效益为循环泵年节电量： (39-22.5)24330=130680(kWh)，平均电费是0.5元/kWh，即循环泵一年可以节省0.5130680=65340元。（2）竖炉的热水循环水泵也是不能调速，而是利用出口阀门来控制水流量和管网压力，由于循环水泵的选择是按最大负荷情况来选型，而在实际运行中循环水泵留有较大的余量，循环水的流量与压力是通过循环泵出、入口联络管上的调节阀来进行调节，从而造成电动机运行效率较低，造成电能浪费，为降低生产成本，我司也对热水循
43、环泵进行了变频改造。 一期热水循环泵是3备两用，额定电流35.9A，额定功率18.5kW，额定为0.97，运行电流约为28A。则 =1.732280.380.9717.9 (kW) 上变频后热水循环泵运行电流为15A，频率30Hz，变频器效率为96%，负荷率为，=（n1/n2）2/0.96=1.15（0.6）2/0.9643%则平均运行负荷为；18.5kW43%8kW，年经济效益为循环泵年节电量：(17.9-8)24330=78408(kWh)，平均电费是0.5元/ kWh，即循环泵一年可以节省0.578408=39204元。一期2台水泵节省78408元。二期热水泵额定电流：70.5A，额定功
44、率37kW，额定为0.80，运行电流约为52A则 P=3IUcos=1.732520.380.827(kW)上变频后热水循环泵运行电流为30A，频率38Hz即76%，变频器效率为96%，负荷率为，=（n1/n2）2/0.96=1.15（0.76）2/0.9670%则平均运行负荷为；18.5kW70%12.8kW，年经济效益为循环泵年节电量：(27-12.8)24330=112464(kWh)，平均电费是0.5元/ kWh，即循环泵一年可以节省0.5112464=56323元。一期2台水泵节省112464元。第6章 空气压缩机节能的分析与研究6.1 空气压缩机的工作原理目前空压机上都采用两点式控
45、制（上、下限控制）或启停式控制（小型空气压缩机），也就是当压缩气体气缸内压力达到设定值上限时，空压机通过本身气压或油压关闭进气阀，小型空气压缩机则停机。当压力下降到设定值下限时，空压机打开进气阀，小型空压机则又启动。传统的控制方式容易对电网造成冲击，对空压机本身也有一定的损害，当用气量频繁波动时，尤其明显。正常工作情况下，空气被压缩到储气罐。空压机各点的检测（包括压缩空气温度、压力，镙杆温度、冷却水压力、温度和油压、油温等等）和整体控制由主控制单板机控制。当空压机出口压力达到设定值上限时，通过油压分路阀关闭进气口，同时打开内循环管路，作自循环运行。此时用气单位继续用气。当压力下降到设定值下限时
46、，油压分路阀关闭循环管路，打开空气进口，空气又由过滤器经压缩到储气罐中。在静态，原起动方式（Y-），及加载、卸载时对电网供配电设备及镙杆都会造成极大的冲击。尤其是能源的严重浪费。主电机转速下降，轴功率将下降很多。节能潜力相当大。6.2加、卸载供气控制方式存在的问题我们知道，加、载控制方式使得压缩气体的压力在之间来回变化。是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下， 、之间关系可以用下式来表示：C=（1+）是一个百分数，其数值大致在10%25%之间。 而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气压力上，即附近。 由此可知，在加、卸载供气控制方式下的空压机较之变频系统控制下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分： （1）压缩空气压力超过所消耗的能量 在压力达到后，原控制方式决定其压力会继续上升（直到）。这一过程同样是一个耗能过程。（
