变频電機与高效電機的節能原理与效果分析

变频電機与高效電機的節能原理与效果分析 電機知识

電機高效節能的兩種重要方式:變頻調速系統與高效電機。分析了变频调速系统在风机与泵类负载中的節能原理与特点;高效電機提高效率降低损耗的措施,与普通電機区别的特点。

1. 引言

随着环境恶化、资源匮乏,節能环保理念越来越深入到经济社会发展中,各国都在節能环保技术及推广方面加大投资。随着我国《“十二五”節能环保产业规划》的出台,節能环保被推上了一个新高度。据中投顾问发布的《2011-2015》年中国高效節能電機521av大香蕉投资分析及前景预测报告显示,目前我国電動機装机总容量已达4亿多KW,年耗电量达1.2万亿KWh,占521av大香蕉总用电量的60%,占工业用电量的80%,其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿KW,年耗电量达8000亿KWh,占521av大香蕉总用电量的40%左右。这些電動機大多在较低的电能利用率下运行,只要将这些電動機电能利用率提高10~15%,全年至少可节电100亿KW以上。足以看出電機節能的市场巨大潜力和重要性。電機耗能现象严重,不仅增加了企业521av大香蕉成本,造成了电力能源的极大浪费,更与我国推行的節能减排战略不相符。目前提高電機运行效率可以有效地改变電機的高能耗现象,節能效果十分明显,能耗可比普通電機降低20%至30%。電動機節能的主要途径,一是通过变频调速系统,改善变频電機的运行效率;二是使用高效電機。

2. 变频调速節能

变频调速技术用于節能,目前用得最多的是对风机、泵类负载设备的调速節能,原因是风机、泵类负载的转矩与转速的平方成正比。用调速的方法改变其负载流量,节电率可达20%~60%等。我国电厂大部分风机和水泵都采用定速驱动,靠调节风门、风道挡板或阀门的开度来调节风机风量,水泵流量来满足521av大香蕉工艺对风量和水泵流量的要求,造成的电能浪费很严重。只有少数风机和水泵增设了液力偶合器等装置调速,虽然改变了负载转速,但是電動機转速不变,部分能量损耗在液力偶合器中,其运行效率较低,節能效果不明显。若采用高压變頻器对风机水泵进行改造,通过改变风机水泵转速,从而改变风机风量,水泵流量以适应521av大香蕉工艺的需要,运行能耗最省,節能效果非常明显。现在变频调速技术已成为最理想的一种调速節能方式。

2.1原理。

(1)变频调速就是通过改变输入电源频率来调节变频電動機的转速。

2.2特點。

(1)变频调速可以实现变频起动,启动时间短,启动电流小,拖动更大的负载转动惯量,并且启动平稳,可无极平滑调速,对电网及電機无损害,延长机电设备使用寿命。

(2)操作方便维护简单,无需设置调节挡板,避免了节流带来的能量损耗。需要调节流量、压力时,根据前面公式可知,只要改变频率来改变電動機转速即可。

(3)采用變頻調速不僅降低風機水泵的故障率,減少維修費用及管理費用的投入,同時也提高系統自動調節品質,節電效果明顯。

(4)采用變頻恒壓供水可消除水錘效應,實現閉環供水,用戶可直接從管網取水,避免了高水位水箱、水塔儲水的二次汙染。不僅系統具有保護功能,自診斷和自處理能力強,實現樓宇智能化。

总之,变频调速作为新型调速節能手段,有利于风机、水泵的安全经济运行。不足之处是对电源的质量、變頻器的工作环境以及電機要求比较高,维修费用高等。

3. 高效電機

高效電機是指效率较高的電機,其效率应该满足相关的能效等级要求。高效電機将新制造工艺及新材料完美运用到核心部件上,通过電機线圈优化设计,有效降低电磁能、热能和机械能的损耗,提升运转效率,電機发热量小、运行寿命长。

3.1降低損耗優化措施:

众所周知,電動機的损耗主要由定子铜耗、转子铜耗、铁耗、机械损耗和杂散损耗组成,高效、超高效電動機的开发,必须从降低这五大损耗着手,采取多种措施,挖掘潜力,降低损耗,提高電動機的效率。

3.1.1增加有效材料,降低铜耗和铁耗。对于高效電機,由于效率指标提高较大,为降低绕组损耗和铁心损耗,需要适当降低电流密度和磁感应强度,因此相应放大了导线截面和增加了铁心长度,部分机座放大了冲片外径,从而相应增加了有效材料用量。

3.1.2采用相对较高牌号的磁性材料,降低铁耗。由于受到轴向尺寸和中心高的限制, 单纯的增加有效材料达不到大幅降低铁耗的目的,因此必须选用更低损耗的冷轧硅钢片,这对中、大功率规格的電動機尤为重要。

3.1.3合理控制電動機温升。由于温升受使用材料的多少和机械损耗的影响,在材料不变的情况下,通过增大冷却风量降低温升,随着温升的下降,定、转子铜耗下降,机械损耗上升,如果定、转子铜耗下降大于机械损耗上升,效率就会提高,反之,效率就会下降。因此合理控制温升对高效電機提高效率起到关键作用。

3.1.4降低雜散損耗的措施。

(1)改變槽配合當諧波磁場對鐵心表面發生相對運動時,就在鐵心鋼片的表面層附近産生渦流損耗和磁滯損耗,因此稱爲表面損耗,其中主要是渦流損耗。這部分損耗與諧波磁場的幅值和頻率有關,幅值和頻率受槽數多少影響,因此這部分損耗與定、轉子

槽數有關。

(2)增大電動機气隙,进而减小定、转子谐波磁通的幅值,可以有效地减少杂散损耗。

3.2高效電機特点:

(1)效率高,IE2 比IE1 平均高3%,IE3 比IE1 平均高近5%左右。

(2)需使用更多高质量的材料。IE2 比IE1 電機成本高25%~30%,IE3 比IE1 電機成本高40%~60%左右。

(3)由于运行温度较低,電機寿命更长,可降低维护成本。

(4)典型設計情況下起動電流較大些。

(5)轉子慣量較大。

(6)額定負載下轉速較高,轉差率較小。

从节约能源、保护环境出发,高效電機是现今国际发展趋势。2013年工信部将从推广高效電機、淘汰低效電機以及既有電機系统節能技术改造等6个方面入手,推广、淘汰和節能改造電機及電機系统1亿千瓦,扩大高效電機市场份额,促进電機521av大香蕉升级换代和产业升级。

4. 结束语

本文详细的分析了变频调速系统在风机与水泵负载中通过改变频率进行速度控制,达到節能的目的,高效電機降低损耗等措施,有效提高電動機效率。这对于我国贯彻節能减排国策,节约能源,提高企业经济效益无疑具有巨大的意义。



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關鍵詞:節能電動機

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