低压高效变频电机的节能系统设计

低压高效变频电机的节能系统设计

范浩亓磊姚浩

（山东齐鲁电机制造有限公司山东省济南市250100）

摘要：低压电机的效率是衡量电机运转性能的重要经济指标,实际运行时的效率高低与被拖动的负载、电机的转速、类型和电源的电压有关。同步转速相同,不同容量的电机,随电机额定功率的增加,额定效率逐步提高。同型号电机,在额定负载内运行时,随着电机输出功率的增大,单位损耗相对减小,效率相应提高。减少电机固定损耗是提高电机本身效率,节约能源的重要途径。

关键词：低压高效变频电机的节能系统设计

1电机变频控制节能技术的特点和适用范围

1.1电机变频控制技术的特点

电机变频控制技术的主要特点是能够有效控制电路,并且其使用过程中能够产生较小的成本,再加上其制作机械硬度刚好,在传递的过程中平滑低速,已经得到社会中各个行业的认可。但是其中也存在一定的弊端,变频电机系统性能不高,转矩利用率不高,稳定性会因为定子电阻和逆变器死去效应的存在变差的特点。

1.2电机变频控制节能技术的适用范围

电机变频控制节能技术被广泛应用于多个行业,例如:电力企业、钢铁行业、化工行业等,社会中的这些行业主要是利用电机变频控制节能技术来降低生产中的成本,提高企业生产效率,减少劳动力的使用,从而提高产品的质量。

电机变频控制节能技术适用范围广泛,但是其中对客观条件的要求较高。例如,通过转变工程施工状况参数来提高电能的利用率,从而将企业经济效益提高。在节约电能方面主要采用的是将工程运行参数中存在不合理的参数去除。在降低频率方面主要与以下几点有关:(1)电机的负载率。通过降低电机的负载率来提高电能的使用率。(2)最初运行工况参数值的合理程度。其主要体现在电机的流量和转速等因素,当这些因素值越大时,就会节省越多的电能,反之则节约电能量越少。(3)最初的调整方式和调速方式。其主要体现在调整方式方面,其中调整方式主要是采用进出口阀门的方式和变频的方式,如果采用进出口阀门的方式则会加大电能的浪费程度;如果使用变频调速的方式,除了能够减少人工劳动力之外还能够保障电机的稳定运行,节约电能。传统的滑差电机方式不仅电能浪费情况严重,其生产效率低下,它与变频电机控制技术是无法比拟的。(4)电机本身采用的工作方式。电机自身的工作方式决定其电能的消耗程度,因此,企业必须结合自身实际情况来选择电机运作方式,用最适合的运作方式来达到最佳的节能状态。

2低压普通标准电机和高效变频电机运行效率比较

在实际应用中,普通标准电机效率可分为额定效率、运行效率、最高效率。额定效率指输出功率为额定值时的效率;运行效率指电机拖动某负载运行时的工作效率;最高效率指电机可能达到的最高运行效率。低压电机的效率高低直接取决于其负载率;当负载率低于40%时,电机效率将迅速下降。图1是15kW,1460r/min的低压普通电机不同负载率下的效率与功率因数对比图。当负载率为80%左右时,电机的运行效率最高,所以人们将70%～90%的负载率称为有功经济负载率。

图115kW、1460r/min低压普通电机不同负载率下的效率与功率因数对比图

低压高效变频电机通过变频器调节输入本身的电压和频率,使电机的效率和功率因数在很宽的调速范围内都很高。因此,低压高效变频电机的功率因数和效率可以比普通低压标准电机设计得更高,功率密度更大。通常,以变频器供电的低压高效变频电机比普通低压标准电机在额定负载下运行时,效率提高3%～8%,功率因数提高10%～15%。基于低压高效变频电机在变频调速控制方面较普通电机的优越性,对需要变速运行的设备一般用低压高效变频电机通过变频器来实现,节能效果显著。使用变频器的低压高效变频电机在额定负载不变速的情况下,由于变频器消耗一部分电能,约占电机功率的4%～6%,随着电机效率和功率因数的提高,可抵消这部分损耗,系统整体节电效果不明显;在轻负载变频调速的情况下,设备节电率达30%左右,较高的情况下可达40%～60%,系统整体节电的效果非常明显。

3低压高效变频电机的节能原理

低压高效变频电机在转速不变的情况下,主要通过轻负载降低电压实现节能。在风机或水泵等恒压环境下运行,当需要较小的流量时,电机会通过降低频率而降低速度;当不考虑变频器本身消耗的电能时,电机的耗能跟转速的1.7次方成正比,如果加上5%的变频器耗电,通过变频器调速节能的效果也是很明显的,整体系统节电率一般达到30%～60%。节电率是指低压变频高效电机在降低频率运行时,额定频率下运行消耗的电能与降低频率运行消耗的电能之差占额定频率下运行时消耗电能的百分数。表1是不同转速下的流量、风压、轴功率的理论节能关系表。拖动转距负载由于转速没有多大变化,变频器通过降低电压、改善功率因数、提高效率来节能,但节能有限,与普通标准电机相比,一般整体节能5%～10%左右。

表1水泵、风机在不同转速下的流量、风压、轴功率的理论节能关系表

4低压高效变频电机系统节能的措施

低压高效变频电机系统节能包括电机本体节能,被拖动设备及传动系统节能,管网系统节能,系统内不同部件或子系统合理匹配节能。系统控制方式的节能,涉及设计、制造、各种工况以及运行管理等多方面的综合性技术。选型时由于考虑到启动、过载等因素的影响,普通电机正常运转时,通常达不到满载运行,使电机的效率降低,浪费一部分电能。低压高效变频电机利用电机本身效率的提高,通过变频调速系统的推广和改进,改善风机、泵类电机控制系统调节的方式,消除“大马拉小车”现象,合理匹配电机运行系统,做到集成化、智能化、信息化相互融合,充分利用智能控制来达到设备整体节能。

5电机变频控制节能技术的发展及应用

5.1变频电机控制技术的发展

从当前形势来看,在变频电机上通常运用的是V/F控制系统,这个系统相对于其它系统来说结构简单并且不需要太高的成本,多被运用在大型电机上面,例如,风机等。变频电机虽然能够达到平滑低速的目的,但是其具有一定的局限性,再加上矢量控制对其的影响,变频电机控制技术逐渐被应用在性能较高的场所,并且被广泛使用。近年来,半导体技术正在被逐渐应用起来,矢量控制技术也被广泛应用起来,不管是高性能领域还是通用领域都将矢量控制技术引入其中。

5.2变频电机控制技术的应用

变频电机的控制节能技术应用越来越广泛,可以有效达到调速节能、过流、过压、过载保护等多种功能。通常,钢化炉由热炉、冷却段和风机系统三部分构成。传统的电机调节方法是由操作工人阻挡风机入口的面积,工人需要根据要加工玻璃的厚度设定输入风门的面积大小,降低风机量的减小,从而减少风量。此过程属于纯人工设定和操作,难免存在误差。采用变频电机技术之后,操作工人只需要根据要加工玻璃的厚度,设定电机变频器的输出频率,降低了误差,提高了玻璃钢化过程的效率和企业的经济效益,同时还能达到节能的目的。电机变频技术在中央空调系统中也得到了广泛运用,有效减少温室气体的排放量。

结论

自从近几年电机变频控制及技能技术被广泛应用之后,该技术具备很多的优势,不仅能够稳定电机的运行状态,还能够节约电能的消耗,达到最佳的节能效果,符合当前国家实行的技能减排制度要求,同时还能够提高企业经济效益。因此,国家需要加到对电机变频控制节能技术开发的支持,不断提高节能技术水平,使其达到更好的节能效果。

参考文献

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