电机系统节能改造
一、概述
电机是一种应用量大、使用范围广高耗能动力设备。据统计，我国总装机容量约为4亿千瓦，年耗电量约为6000亿kwh，约占工业用电70—80%。我国以中小型电机为主，约占80%，而中小型电机耗损电量却占总损耗量90%。电机我国实际应用中，同国外相比差距很大，机组效率为75%，比国外低10%；系统运行效率为30—40%，比国际先进水平低20—30%。我国中小型电机具有极大节能潜力，推行电机节能势必行。
异步电机结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠，可用于恶劣环境等优点，工农业生产中到了广泛应用。特别是对各行各业泵类和风机拖动上非彼莫属，，拖动泵类和风机电机节能工作倍受重视。
科学技术飞速发展，特别是电力电子技术、微电子技术、自动控制技术高度发展和应用使变频器节能效果更为显著。它能实现无级调速，负载不同时，始终高效运行，有良好动态特性，能实现高性能、高可靠性、高精度自动控制。相其它调速方式（如：降压调速、变极调速、滑差调速、交流串级调速等），变频调速性能稳定、调速范围广、效率高，现代控制理论和电力电子技术发展，交流变频调速技术日臻完善，它已成为交流电机调速最新潮流。变频调速装置（变频器）已工业领域到广泛应用。
使用变频器调速信号传递快、控制系统时滞小、反应灵敏、调节系统控制精度高、使用方便、有利于提高产量、保证质量、降低生产成本，使用变频器是厂、矿企业节能降耗首选产品。
变频电机节电器是一种革命性新一代电机专用控制产品，基于微处理器数字控制技术，其内置专用节电优化控制软件，动态调整电机运行工程中电压和电流，不改变电机转速条件下，保证电机输出转矩与负荷需求精确匹配，有效避免电机因出力过度造成电能浪费。
交流电动机是当前应用最广泛电机，约占各类电动机总数85%，它具有结构简单、价廉、不需维护等优点，但它弱点是调速困难，许多应用场合受到限制或借助机械方式来实现调速。
变频器就负载类型而言主要有两方面典型应用：1、恒转矩应用；2、变转矩应用。就应用目而言主要有：1、以改进工艺为主要目，确保工艺过程中最佳转速、不同负载下最佳转速以及准确定位等。以其优良调速性能，提高生产率、提高产品质量、提高舒适性，使设备合理化，适应或改善环境等。2、以节能为主要目——以流量或压力需要调节风机、泵类机械转速控制来实现节能，改造效果非常显著。
二、 变频调速原理
企业所使用耗电设备中风机、水泵、空压机、液压油泵、循环泵等电机类负载占绝大多数。由受到技术条件限制，这类负载流量、压力或风量控制系统几乎全部是阀控系统，即电机由额定转速驱动运转，系统提供流量、压力或风量恒定，当设备工作需求发生变化时，由设出口端溢流、溢压阀或比例调节来调节负载流量、压力或风量、满足设备工况变化需要。而经溢流溢压阀或比例调节阀溢流溢压后，会释放大量能量，这部分耗散能量实际上是电机从电网吸收能量中一部分，造成了电能极大浪费。从这类负载工作特性可知，其电机功率与转速立方成正比，而转速又与频率成正比。我们改变电机工作方式，让它不总是额定工作频率下运转，改由变频调整控制系统进行启停控制和调整运行，则其转速就可以0~2900r/min范围内连续可调，即输出流量、压力或风量也随之可0~100%范围内连续可调，使之与负载工作需要求精确匹配，达到节能降耗目。
交流电机转速如下：n=60f(1-s)/p
式中：n=电机转速
f=电源频率
p=电机极对数
s=转差率
由式可见，交流电动机同步转速n与电源频率f成正比，改变电源频率就能改变电机转速，实现调速目。
三、 变频调速节电原理
变频调速节电，顾名思义，变频调速才能节电。下面主要对两类典型负载应用节电原理作一下分析。
（1）、恒转矩负载类应用
恒转矩负载即转速如何变化，负载转矩是恒定。
如下公式：P=K*T*N
K=系数
P=轴功率
T=负载转矩
N=转速
从上述公式可以看到，轴功率与电机转速成正比，当工艺需要而调整电机速度时，自然可以达到相应比例节电目。
（2）、变转矩负载类应用
离心风机、泵类是属于典型变转矩负载，其工作特点是：大多数是长期连续运行，负载转矩与转速平方成正比，一旦转速超过额定转速，就会造成电机严重过载，风机、泵类一般不超过额定频率运行。
四、产品特性
节电效益显著，节电率高达20%~60%；
平滑启动，消除启动时冲击电流，启动时电机电流可限制其额定电流150%之内；
减少电机发热及运动部件磨损程度，有效延长电机使用寿命，降低维修成本；
微电脑智能控制，自动适应、自动跟随，无需人工调整；
市电及节电状态自动转换，故障自动报警，不影响正常工作。
适用范围：
注塑机、空压机、立窑风机、水泵等流量、压力及风量需要调节电流电动机；
冲床、流水线、传送带、起重机等可以调节转速交流电动机；
其他工艺需求需调节转速交流电动机。
不改变电机转速，完全不同于变频器新型节能装置
五、变频调速不同行业典型应用对象
变频调速技术以其优异调速性能、高效率、高可靠性各行各业有着广泛应用，现举例如下：
冶金——轧钢机、辊道、高炉风机、泵、起重机械、高炉送料、钢厂抛光等。
轧钢制线——拉线机、卷绕机、鼓风机、泵、起重机械、定长剪切、自动送料
钢铁——轧机、辊道、风机、泵、起重机、钢包车、转炉倾动等。
电线业——拉丝机、卷绕机、鼓风机等。
化工——挤压机、胶片传送带、搅拌机、离心分离机、压缩机、鼓风机、喷雾器、泵等。
石油——输油泵、电潜泵、注水泵、抽油机等。
化纤和纺织——纺纱机、精纺机、织机、梳棉机、浆纱机、中央空调、鼓风机、泵类等。
汽车制造业——传送带、搬运车、涂料搅拌、中央空调、电瓶车等。
机床制造业——车床、龙门刨、铣床、磨床、机械加工中心、剃齿机等。
电子制造业——中央空调、风机、泵、空压机、注塑机、传送带等。
造纸业——造纸机、造纸机械、风机、泵、粉碎机、搅拌机、鼓风机等。
食品——制面机、制点心机、传送带、搅拌机等。
煤气、自来水——压缩机、鼓风机、泵、搬运机等。
水泥——回转窑、起重机械、鼓风机、泵、主传动电机、传送带、振动给料机、立窑风机等。
矿业——泥浆泵、传送带、提升机、切削机、掘削机、起重机、鼓风机、泵、压缩机等。
交通——电动汽车、电力机车、船舶推进、装卸机械、空压机、电缆车等。
装卸搬运——自动仓库、搬运车、粉体运送器、输出传送带等。
建筑——电梯、传送带、空调设备、鼓风机、泵等。
塑胶——橡胶截断机、注塑机、压出机、塑料薄膜生产线等。
生活、服务——空压机、缝纫机、电风扇、工业及家庭用洗衣机等。
物流——立体车库、自动仓库、传送带等。
电力——锅炉鼓用鼓风机、给水泵、离心混料机、传送带、扬水发电站、飞轮等。
宾馆酒店、大厦——中央空调系统、电梯等。
农业——制茶机、水泵、离舍通风、粮库通风等。
试验研究——电机对拖试验实验装置、主轴实验装置、离心分离机等。
六、变频调速节电几点注意事项
变频调速节电，调速才能节电，一台设备实际应用过程中根本都不需要或不能调速，装了变频器，达不到节电效果会增加能耗。现就离心风机、泵类负载作以下说明。
风机、泵类采用变频调速调节流量方法，是一种有效且节能方法，这已被许多工程实例所证明，也被普遍接受。需要说明是，并任何风机、泵类负载使用变频调速均可实现节能。一台风机或泵能否节能，节能多少，变频调速投资有没有价值，这都与风机或泵组实际运行工况有关。由前所述，要实现变频调速节能必备条件是：风机或泵整个工作周期中，存比较大富裕流量。
有些系统运行时负荷就比较满，没有多少溢流或放空情况，此时采用变频装置就达不到节能目，还会是变频器自身功率损耗而增添系统损耗。
风机，泵类是平方律负载，其轴功率与转速立方成正比，但实际应用中并转速越低系统就越节能。主风机或泵与电机连成一体，低速区系统效率会大大降低，进行变频调速范围不宜太大，一般额定转速50%以上。
另外，采取何种调速方式，都要以满足生产工艺要求为前提，特别是风机、泵类负载进行变频调速时需要考虑系统对维持生产所需最小扬程、压力或流量要求。
七、 应用环境对变频器要求
变频器有很多优点，但变频器使用电力电子器件如：整流桥、GTR、IGBT、IGCT等，运行时会产生高次谐波、电磁辐射、传导、射频发射等电力电子污染。电力电子设备大量应用，电力电子污染问题越来越大，不从根本上加以解决，必将造成诸如控制系统瘫痪、频繁误动作等不良后果。
，对变频器应用也提出了必须满足一些行业标准要求。
如是谐波污染问题有IEEE519-1992和国标GB加以规范。解决谐波污染问题办法主要有增加交流进线电抗器、采用多脉冲整流技术等。
电磁辐射、传导、射频发射等电力电子污染有EMC标准EN61800-3加以规范。EMC产品标准EN61800-3定义了第一类和第二类环境概念，第一类环境指是民用建筑以及不变压器而直接从民用设施上引出低压供电电源工业环境。第二类环境指是不直接从民用设施引出低压供电电源工业环境。变频器第一类环境（如：机场、医院、电视台、广播中心等）应用时，需要选用第一类环境EMC滤波器；变频器第二类环境应用时需要满足二类环境EMC标准，变频器需要采用EMC封装技术或选配第二类环境EMC滤波器。
八、 相应节电率
（1）、 以改进工艺为主要目，节电率0~30%。
（2）、 以节能为主要目，节电率有20%~60%。
九、控制方式
一拖一或一拖多；以几台变频器联网控制。
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