電機部分現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程

1、現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座 1第四篇、電能轉(zhuǎn)換為機械能的合理化 1.電動機作為將電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種轉(zhuǎn)換裝置，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計，電動機消耗的電能約占全國總用電量的6070%。2.目前，在一些企業(yè)中，由于管理水平低、技術(shù)落后，多數(shù)電動機處于輕載、低效、高能耗的運行狀態(tài)，電能浪費十分嚴重。為此，應(yīng)搞好電動機的節(jié)電工作。3.電動機節(jié)電應(yīng)以節(jié)約電能和提高電動機的綜合效益為原則，合理選擇電動機，使其處于經(jīng)濟運行狀態(tài)。同時，對在用電動機進行節(jié)能改造，降低電動機的能量損耗，提高電動機的運行效率。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座2 第一節(jié) 電動機力能指標分析 對一臺電

2、動機的特性及其運行的狀況，從經(jīng)濟性能，或者說從電能利用的合理性方面來考慮，電動機的效率和功率因數(shù)是兩個最主要的指標。要研究電動機的合理選擇和使用，達到電能使用合理化，首先就要分析電動機的這兩項指標。一、電動機的效率1.電動機的效率；是指電動機的輸出功率與輸入功率之比。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座3二 、電動機的內(nèi)部損耗 電動機在將電能轉(zhuǎn)換為機械能的過程中，內(nèi)部將產(chǎn)生損耗，因此損耗的大小直接影響到電動機的效率和運行的經(jīng)濟性。另外，損耗的能量最終將轉(zhuǎn)換為熱能，使電動機各部分的溫度升高，影響電動機所用絕緣材料的壽命，限制了電動機的出力。1. 恒定損耗 恒定損耗是指電動機運行時的固有損耗，它與電動機

3、材料、制造工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計、轉(zhuǎn)速等參數(shù)有關(guān)，而與負載大小無關(guān)。恒定損耗包括鐵心損耗（含空載雜散損耗）及機械損耗。鐵心損耗是由住磁場在電動鐵芯中交變所引起的渦流損耗和磁滯損耗。鐵損的大小同磁場強度和鐵芯的特性有關(guān)，通常與運行電壓的平方成正比?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座4電動機的內(nèi)部損耗空載雜散損耗是指空載電流通過定子繞組的漏磁通在定子機座、端蓋等金屬中產(chǎn)生的損耗，由于空載電流近似不變，因此這些損耗也是恒定的。 鐵耗一般占異步電動機總損耗的20%25%。機械損耗通常包括軸承摩擦損耗及通風系統(tǒng)損耗，對繞線式轉(zhuǎn)子還存在電刷摩擦損耗 機械損耗一般占總損耗的10%50%， 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座5電

4、動機的內(nèi)部損耗 負載損耗 負載損耗主要是指電動機運行時，定子、轉(zhuǎn)子繞組通過電流而引起的損耗，亦稱銅損，其大小取決于負載電流及繞組電阻值。銅損約占總損耗的20%70%。以公式表示為： 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座6電動機的內(nèi)部損耗 雜散損耗 雜散損耗主要是由定子漏磁通和定子、轉(zhuǎn)子的各種高次諧波在導(dǎo)線、鐵心及其他金屬部件內(nèi)引起的損耗。這些損耗約占總損耗的10%15%。 電動機的損耗是隨其負荷率變化而變化的。當負荷率比較低時，電動機損耗主要是恒定損耗；負荷率上升，負荷損耗在總損耗中所占的比重就大?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座7二、電動機的效率1、電動機的效率 按電動機效率的定義，如果以P2表示電動機

5、的輸出功率，以P1表示電動機的輸入功率，則電動機的效率為：2、理論計算證明，當電動機的銅損及雜散損耗之和等于鐵損和機械損耗之和時，電動機的效率達到最大值，若負荷繼續(xù)增大，由于銅損及雜散損耗的增大，電動機效率就要下降。通常電動機的最大效率在額定功率的3/4左右。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座8電動機的效率 3.額定效率；電動機在額定狀態(tài)下運行的效率，稱為額定效率。額定效率是電動機的一項重要指標。通常，電動機的容量越大，則額定效率就越高。因為大容量電動機可以更經(jīng)濟有效地利用材料，使每千瓦所用的材料減少，從而相對降低了損耗，提高了效率。電動機一般要運行在額定狀態(tài)附近，因為這時的效率及功率因數(shù)均較高。

6、現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座9二、電動機的功率因數(shù)1、電動機的功率因數(shù) 功率因數(shù)是指有功功率與視在功率的比值。功率因數(shù)也是交流電動機的一個非常重要的指標。它的大小，直接影響發(fā)供電設(shè)備是否能充分發(fā)揮其能力以及電能輸送過程中損耗的大小。從工礦企業(yè)來說，無功功率的主要耗用設(shè)備是異步電動機和變壓器，而異步電動機耗用的無功功率的總和一般占全廠總無功功率的60%以上?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座10電動機的功率因數(shù)2、空載時電動機的功率因數(shù)約為0.2，隨負載增加功率因數(shù)增加，額定狀態(tài)時功率因數(shù)達到最高，一般約為0.75-0.9。3、電動機的效率和功率因數(shù)都與電動機的負荷率有著密切的關(guān)系。從電能合理利用的角

7、度，要求我們在選擇電動機時考慮這兩項指標，使電動機盡量在最佳負荷區(qū)域內(nèi)工作。現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座11第二節(jié) 電動機類型的選擇 電動機的種類很多，按電源的電流形式可分為直流電動機和交流電動機。直流電動機分為他勵式電動機和自勵式電動機。交流電動機分為同步電動機和異步電動機，異步電動機又分為單相異步電動機和三相異步電動機，三相異步電動機又分為鼠籠型和繞線型電動機。按電源電壓來分，電動機又有多種電壓等級等?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座12電動機類型的選擇 這些不同種類的電動機的特性是不同的，為合理利用電能，GB3485中第4.1條中規(guī)定:“電動機類型應(yīng)在滿足電動機安全、起動、制動、調(diào)速等方面要

8、求的情況下，以節(jié)能的原則來選擇。” 一、直流電動機的特點： 具有調(diào)速平滑、調(diào)速范圍廣等優(yōu)良調(diào)速性能； 起動轉(zhuǎn)矩及過載能力大，可承擔頻繁的沖擊負荷；現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座13第二節(jié) 電動機類型的選擇 可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn)； 制造成本高，運行維護工作量大； 由于有換向問題，高轉(zhuǎn)速受到限制； 易產(chǎn)生電火花，工作環(huán)境要求嚴格。二、異步電動機的特點： 結(jié)構(gòu)簡單、制造、使用和維護都比較方便；現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座14 電動機類型的選擇 重量輕、成本低。相同功率、相同轉(zhuǎn)速的異步電動機的成本和重量分別為直流電動機的1/3和1/2； 具有各種防護型式，可適應(yīng)各種工作環(huán)境條件的要求；

9、效率較高，工作特性好，運行可靠； 調(diào)速性能較差； 需從電網(wǎng)吸取無功功率，使電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座15 電動機類型的選擇三、同步電動機的特點： 功率因數(shù)可調(diào)，有利于電網(wǎng)功率因數(shù)的改善； 運行穩(wěn)定性高； 在運行中，只要電源頻率一定，轉(zhuǎn)速不隨負荷的大小而變化； 運行效率高； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本及運行費用比較高； 調(diào)速性能較差?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座16 電動機類型的選擇綜上所述，直流電動機無論在結(jié)構(gòu)、效率還是在運行維護方面都不如異步電動機優(yōu)越，但它具備優(yōu)良的調(diào)速性能以及起動轉(zhuǎn)矩大等特點。所以在調(diào)速要求高的生產(chǎn)機械（如龍門刨、軋鋼機等）或要求起動轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機械（如起重機

10、、電力牽引機車等），往往采用直流電動機拖動。除此以外，一般應(yīng)有限選用結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠、價格低廉的異步電動機，而不選用直流電動機?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座17 電動機類型的選擇由于同步電動機的功率因數(shù)可以調(diào)整，能夠在超前功率因數(shù)下運行，以改善整個電網(wǎng)的功率因數(shù)，這是異步電動機所做不到的 。此外，同步電動機運行的穩(wěn)定性和效率也都比異步電動機要好，尤其是低速同步電動機這些優(yōu)點更為突出。對于不需要調(diào)速的低速大功率負荷，即功率在250以上的，就應(yīng)選用同步電動機。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座18二、電動機額定電壓的選擇電動機額定電壓的選擇；選擇應(yīng)與企業(yè)配電電壓相一致。對于大容量的交流電動

11、機，應(yīng)選用電壓為3KV、6KV甚至10KV的高壓電動機，這樣就不需另外增設(shè)降壓變壓器，減少了損耗。因此GB3485第4.1.2款中規(guī)定：容量在200KW以上的應(yīng)選用高壓電動機?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座19三、電動機結(jié)構(gòu)形式的選擇電動機結(jié)構(gòu)形式一般分為防護式、封閉式、防爆式、密封式以及耐酸絕緣式等。根據(jù)實際工作環(huán)境，保證電動機安全可靠運行，又能做到經(jīng)濟合理，電動機結(jié)構(gòu)型式的選擇應(yīng)符合以下各項原則： 灰塵少，無腐蝕性氣體的場合選用防護式電動機； 灰塵多，潮濕或含有腐蝕性氣體的場合選用封閉式的電動機； 有爆炸性氣體的場合選用防爆式電動機。現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座20電動機容量的選擇電動機容量

12、選擇的原則是：應(yīng)在電動機能勝任負荷要求的前提下，做到經(jīng)濟合理地選定電動機的容量，要克服“容量越大越保險”的錯誤觀點。如果電動機容量過大，不僅會造成設(shè)備投資增大，而且會使電動機經(jīng)常處在輕載運行，功率及功率因數(shù)都會降低，造成電能浪費。當然，如果容量選擇過小，將使電動機過載運行，造成電動機過熱，縮短電動機的壽命 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座21電動機容量的選擇為生產(chǎn)機械選配電動機，確定容量要考慮電動機發(fā)熱、允許過載能力及起動能力三方面因素，其中最主要的是發(fā)熱問題。所謂發(fā)熱，是指電動機運行時，由于鐵損、銅損和機械損耗所產(chǎn)生的熱量，使電動機溫度升高。但是電動機所能承受的溫度是有限的，這個限度取決于電動機

13、所采用的絕緣材料。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座22二、電動機的節(jié)能更換1電動機的節(jié)能更換即對型式陳舊、性能落后、效率低的電動機或嚴重的“大馬拉小車”電動機進行更換 2電動機節(jié)能更換的步驟 根據(jù)電動機負荷狀況，計算電動機負載率。 選擇三臺不同型號，且容量比原電動機小12個等級的電動機作為待選電動機。現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座23二、電動機的節(jié)能更換 計算各待選電動機的總損耗及效率。 計算各待選電動機的年用電量。 根據(jù)計算結(jié)果和額定參數(shù)，比較確定欲更換電動機的型號及容量。選擇其中耗電量最少的一種電動機進行更換 .現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座24 第五節(jié) 正確選擇和利用電動機調(diào)速一、直流電動機的

14、調(diào)速方法直流電動機的三種調(diào)速方式，（1）調(diào)節(jié)勵磁電流來改變主磁場，以達到調(diào)速的目的；（2）改變電樞電壓來調(diào)速；（3）改變電樞回路電阻來調(diào)速。現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座25 正確選擇和利用電動機調(diào)速以上三種調(diào)速方法比較起來，調(diào)節(jié)電樞端電壓的調(diào)速方法是直流電動機常用的方法。目前多采用可控硅整流裝置供電，調(diào)速時以手動式或自動改變給定電壓值，以實現(xiàn)調(diào)速。這三種調(diào)速方法也可組合起來使用，如調(diào)節(jié)勵磁電流與調(diào)節(jié)電樞端電壓組合使用?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座26 正確選擇和利用電動機調(diào)速以上三種調(diào)速方法比較起來，調(diào)節(jié)電樞端電壓的調(diào)速方法是直流電動機常用的方法。目前多采用可控硅整流裝置供電，調(diào)速時以手動式或

15、自動改變給定電壓值，以實現(xiàn)調(diào)速。這三種調(diào)速方法也可組合起來使用，如調(diào)節(jié)勵磁電流與調(diào)節(jié)電樞端電壓組合使用?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座27 正確選擇和利用電動機調(diào)速二、異步電動機的調(diào)速方法從異步電動機的轉(zhuǎn)速公式 可以看出：可以通過改變電動機定子繞組的極對數(shù)P，改變電動機的轉(zhuǎn)差率S和改變電源頻率f來實現(xiàn)調(diào)速。異步電動機的調(diào)速方法有：現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座28 正確選擇和利用電動機調(diào)速1、變極調(diào)速；所謂變極調(diào)速就是利用改變定子繞組線圈間的聯(lián)接，從而改變異步電動機的同步轉(zhuǎn)速以達到調(diào)速的目的。這種調(diào)速方式是有級調(diào)速，一般是倍比關(guān)系，常有二速及三速和四速的。現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座29 正確選擇

16、和利用電動機調(diào)速2、變頻調(diào)速變頻調(diào)速適用于鼠籠型電動機，具有調(diào)速范圍大，平滑性較高等優(yōu)良性能。變頻調(diào)速過程中，常用恒功率調(diào)速及恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，這兩種情況可適應(yīng)不同負荷的要求。但是變頻調(diào)速也有它的缺點，這種調(diào)速方法需要有專用的變頻電源，而且在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載倍數(shù)大為降低，甚至不能帶動負荷?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座30 正確選擇和利用電動機調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速多用于繞線型，電動機方法有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻、定子電壓和在轉(zhuǎn)子回路中外加電動勢（串級）等。這些方法的共同特點是在調(diào)速過程中均產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，并消耗在轉(zhuǎn)子電路中，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱。除串級調(diào)速外，其余調(diào)速方法經(jīng)濟性較差。現(xiàn)代節(jié)

17、電技術(shù)與節(jié)電工程 講座31第六節(jié) 電動機的運行管理 一、電壓管理電源電壓的穩(wěn)定，是保證電動機正常運行的重要條件。電源電壓波動對電動機各項指標將產(chǎn)生較大的影響。二、電動機要保持較高的負荷率前面我們講過，電動機在70%至滿負荷時效率最高。一般來說如果電動機的負荷率小于40%，則其效率和異步電動機的功率因數(shù)就會急劇下降。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座32 電動機的運行管理 三、防止和減少電動機的空轉(zhuǎn)時間。一臺15的電動機，鐵損為0.85，如果每天空載運行1小時，一年運行300天，則空載損耗的電能就是255。況且電動機要與相應(yīng)的機械設(shè)備相連接，這時空載運行消耗的電能為電動機空載時的23倍。因此需要采取

18、措施避免這種空載損失 四、提高功率因數(shù)在企業(yè)中，異步電動機耗用的無功功率一般要占企業(yè)總無功功率的60%以上，所以設(shè)法提高異步電動機的功率因數(shù)，對降低企業(yè)無功功率的消耗，減少供電線路的損耗有著十分重要的意義。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座33 電動機的運行管理 五、加強對電動機的定期維護造成電動機效率降低的最簡單原因，而且往往又是最容易忽視的原因，就是不重視對電動機的維護和保養(yǎng)，造成電動機損耗增加，效率降低。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座34第七節(jié) 提高電動機負荷設(shè)備的效率 電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的設(shè)備。這種機械能要做功，達到實際的生產(chǎn)目的，必須通過傳動裝置拖動各種機械才能達到目的。因此，從

19、電能的合理利用角度，提高電能的有效利用率，只注意電動機的合理使用，提高電動機的效率是不夠的，還必須注意傳動裝置及電動機負荷設(shè)備的效率，就是說必須注意整個系統(tǒng)的效率。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座35第七節(jié) 提高電動機負荷設(shè)備的效率一、采用高效率的傳動方式電動機與所拖動機械的連接方式有皮帶傳動、鏈條傳動、齒輪傳動和直接連接，其效率從前至后越來越高，應(yīng)根據(jù)具體情況盡量選擇高效率的傳動方式，以減少損耗。 二、采用高效率的工作機械設(shè)備這種工作機械即為電動機的負荷。提高工作機械的效率一方面要采取新型的高效的機械設(shè)備，另外，工作機械的效率高低與運行操作有很大關(guān)系，為提高工作機械的效率，就需采用工序連續(xù)化、

20、簡化工序、改進工藝方法、改變流程及改善運轉(zhuǎn)方式等措施?，F(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座36第七節(jié) 提高電動機負荷設(shè)備的效率三、加強管理，減少摩擦及泄漏損失機械摩擦損耗及流體泄漏損失也是影響系統(tǒng)效率的重要原因。因此要通過加強傳動裝置及工作機械的檢查維護，采取適當?shù)臐櫥仁侄螠p少機械損耗。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座37降低線損的主要措施5、按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面，電流密度直接與導(dǎo)線截面有關(guān)，導(dǎo)線截面越大，功率損耗和電能損耗越小，但線路的投資和耗用的有色金屬增多 綜合考慮各方面的因素，定出按年運行總費用最小時所對應(yīng)的導(dǎo)線截面，稱為經(jīng)濟截面。對應(yīng)于經(jīng)濟截面的電流密度，稱為經(jīng)濟電流密度。 現(xiàn)代節(jié)電技

21、術(shù)與節(jié)電工程 講座38第二篇、企業(yè)供電運行指標的合理確定工業(yè)企業(yè)為了加強用電管理，促進企業(yè)合理有效的使用電能，因此，企業(yè)供、用電設(shè)備在運行時，必須對一些主要的經(jīng)濟運行指標，提出合理的要求，并為達到這些指標規(guī)定某些具體做法及措施。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座39 第一節(jié) 企業(yè)用電負荷率電力負荷；在工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)中，電氣設(shè)備所需要的電功率，稱為負荷或電力負荷。負荷率；系指平均有功負荷與最大有功負荷之比的百分數(shù)。在GB3485第3.5條中規(guī)定：“調(diào)整企業(yè)用電設(shè)備的工作狀態(tài)，合理分配與平衡負荷，提高企業(yè)負荷率，使企業(yè)用電均衡化。根據(jù)不同的用電情況，企業(yè)日負荷率不應(yīng)低于以下指標：、連續(xù)性生產(chǎn)的企業(yè)

22、 95%、三班制生產(chǎn)的企業(yè) 85%、二班制生產(chǎn)的企業(yè) 60%、一班制生產(chǎn)的企業(yè) 30% 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座40提高用電負荷率的方法1、調(diào)整企業(yè)內(nèi)部高峰負荷，調(diào)節(jié)生產(chǎn)工序，變更交接班時間，錯開午休和就餐時間等。2、調(diào)整大容量用電設(shè)備的用電時間，錯開高峰時間用電。企業(yè)可以規(guī)定某些大型用電設(shè)備只能在后半夜用電。3、調(diào)整企業(yè)各車間的生產(chǎn)班次和工作時間，實行在電力系統(tǒng)高峰時間內(nèi)讓電。4、企業(yè)實行計劃用電，搞好企業(yè)電力平衡，高峰電力指標下達到車間、班組，嚴格控制高峰時間的電力負荷。5、分車間安裝電力定量器，合理地分配高峰電力指標。 現(xiàn)代節(jié)電技術(shù)與節(jié)電工程 講座41第二節(jié) 、企業(yè)功率因數(shù) 電源供給

23、電網(wǎng)功率分為兩部分；一部分用于作功而被消耗掉，這部分電能將轉(zhuǎn)換為機械能、熱能、化學(xué)能和光能，稱為有效功率；另一部分能量是用來建立交變磁場，對于外部電路并不作功，它是由電能轉(zhuǎn)換為磁場，再由磁能轉(zhuǎn)換為電能，這樣反復(fù)交換的功率成為無功功率視在功率；有功功率和無功功率構(gòu)成為視在功率 42 最大負荷時的功率因數(shù)；最大負荷時的功率因數(shù)指在年最大負荷(即計算負荷)時的功率因數(shù)，按下式計算 （11.2.14） 我國電力規(guī)程規(guī)定：高壓供電的用戶功率因數(shù)應(yīng)達到0.90以上，其它電力用戶功率因數(shù)應(yīng)為0.85以上； 同時還規(guī)定，凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補償裝置。 這里所指的功率因數(shù)為最大負荷時的功率因數(shù)。 43提高功率因數(shù)給企業(yè)和電網(wǎng)帶來的效益1、減少電壓損失，改善電壓質(zhì)量2、減少線路損耗，提高供電能力3、節(jié)省企業(yè)的電費開支提高功率因數(shù)不僅對企業(yè)的直接經(jīng)濟效益是明顯的 。