能源管理師培訓(xùn)講稿

能源管理師培訓(xùn)

電氣工程學(xué)基礎(chǔ)與節(jié)能技術(shù)

本講共三章1、第四章電機(jī)與拖動(dòng)

2、第九章電氣測(cè)量基礎(chǔ)3、第十一章電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)第四章電機(jī)與拖動(dòng)

第一節(jié)電機(jī)分類

一、電機(jī)分類

在電能的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸、分配、使用與控制等方面，必須通過能夠進(jìn)行能量（或信號(hào)）傳遞與變換的電磁機(jī)械裝置，這些電磁機(jī)械裝置被廣義地稱為電機(jī)。電機(jī)可分為：

（1）發(fā)電機(jī)----把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能；（2）電動(dòng)機(jī)----把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；

（3）變壓器、變頻機(jī)、變流機(jī)、移相器等，分別用于改變電壓、頻率、電流及相位，把一種類型的電能轉(zhuǎn)變成另一種類型的電能；

（4）控制電機(jī)----用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制元件。從能量轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)看，發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)兩者是可逆的。

靜止的：如變壓器等；

旋轉(zhuǎn)的：各類發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)。

電機(jī)又可分為：直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、交流同步電機(jī)以及各類特殊電機(jī)（控制電機(jī)）等。

電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)稱為電力拖動(dòng)（或稱為電氣拖動(dòng)）。電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械與電源五部分組成。

二、同步電動(dòng)機(jī)

同步電動(dòng)機(jī)分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式兩種，旋轉(zhuǎn)電樞式用于小容量電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁極式用于大容量電動(dòng)機(jī)中。

同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)，始終保持為同步轉(zhuǎn)速，且功率因素可以調(diào)節(jié)。

同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是磁極，由直流電勵(lì)磁、直流電機(jī)的電刷和滑環(huán)流入流入勵(lì)磁繞組。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁。此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就緊緊地牽引著轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者轉(zhuǎn)速保持相等（同步），這就是同步電動(dòng)機(jī)名稱由來。

n=60f/pp為極對(duì)數(shù)，當(dāng)電源頻率f一定時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的。

改變同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流時(shí)，就可以就可以改變定子相電壓和相電流之間的相位差，（改變同步電動(dòng)機(jī)的功率因素），可以使同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于電感性、電阻型和電容性狀態(tài)）。

同步電動(dòng)機(jī)常用于長(zhǎng)期連續(xù)工作及保持轉(zhuǎn)速不變的場(chǎng)所，如用于驅(qū)動(dòng)水泵、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等。二、其他電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)等都是作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)使用的。

控制電機(jī)的主要任務(wù)是轉(zhuǎn)換和傳遞控制信號(hào)，常用的有伺服電動(dòng)機(jī)、測(cè)速電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。

控制電機(jī)的特點(diǎn)：動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確、重量輕、體積小、耗電少、運(yùn)行可靠等。

第二節(jié)變壓器及其應(yīng)用

變壓器是一種常見的電氣設(shè)備，當(dāng)輸送功率和功率因素一定時(shí)，電壓越高，則線路電流越小。

在電子線路中，除了有電源變壓器外，變壓器還用于耦合電路，傳遞信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

此外還有自耦變器、以及各種專用變壓器。

一、變壓器的工作原理

變壓器由閉合鐵芯和高壓、低壓繞組等幾個(gè)主要部分構(gòu)成。

（一）電磁關(guān)系

當(dāng)一次繞組接入交流電壓u1時(shí),一次繞組中便有i1通過。一次繞組的磁通勢(shì)N1i1產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵芯而閉合，從而在二次繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。如果二次繞組中接有負(fù)載，則二次繞組中就有電流I2通過。二次繞組的磁通勢(shì)N2i2也產(chǎn)生磁通，其絕大部分也通過鐵芯而閉合，因此鐵芯中的磁通是由一、二次繞組的磁通勢(shì)共同形成的磁通，它稱為主磁通。此外一、二次繞組的磁通勢(shì)還分別產(chǎn)生漏磁通（僅與本繞組相連），從而在各自的繞組中分別產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)。

（二）電壓關(guān)系（設(shè)加正弦交流電壓）1、一次、二次側(cè)主磁通感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

一次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):e1=E1m

sin(ωt-90O)--一次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1的有效值E1為：E1=4.44fN1

Фm

同理，二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2

為：

e2=E2m

sin(ωt-90O)二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2

的有效值E2

為：E2=4.44fN2

Фm2、一次、二次側(cè)電壓

一次側(cè)電壓：

式中：R1:

一次側(cè)繞組的電阻；

：一次繞組的感抗（漏磁感抗）。

由于電阻R1和感抗X1（或漏磁通

）較小，其兩端的電壓也較小，與主磁電動(dòng)勢(shì)E1比較可以忽略不計(jì)，則，得到U1的有效值為：

同理對(duì)二次側(cè)電路可列出：

式中：R2:二次繞組的電阻；

：二次繞組的感抗；

：二次繞組的端電壓。

變壓器空載時(shí)：I2=0,U2=U20=E2

=4.44fФmN2

式中U20

為變壓器的空載電壓。

一、二次繞組的電壓之比為：

式中K

為變比（匝數(shù)比）

（三）電流變換（一次、二次側(cè)電流關(guān)系）

由

當(dāng)電源電源電壓U1和頻率f不變時(shí)，E1和Фm也都接近于常數(shù)，因此有：

變壓器的空載電流i0

是勵(lì)磁用的，而鐵芯的磁導(dǎo)率，因此，空載電流很小，?？梢院雎?，因此可以認(rèn)為：

從上面的關(guān)系可以得出：

（四）阻抗變換

變壓器除了能變換電壓和變換電流，還有變換負(fù)載阻抗的功能。

二、變壓器的額定值

（一)額定電壓U1N、U2N

變壓器二次側(cè)開路（空載）時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值。

三相額定電壓是一次、二次側(cè)的線電壓。（二)額定電流I1N、I2N

變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。三相額定電流是一次、二次側(cè)的線電流。

（三）額定容量SN

額定容量定義為傳送功率的最大能力。

單相變壓器SN=U2NI2N≈U1NI1N三相變壓器SN=U2NI2N≈U1NI1N三、變壓器的損耗與效率

變壓器的功率損耗包括鐵芯中的鐵損耗ΔPFe和繞組中的銅損耗ΔPCu兩部分。

變壓器的效率常用如下公式表示：P2

:變壓器的輸出功率；P1

:變壓器的輸入功率。

四、特殊變壓器

（一）自耦變壓器

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

二次繞組是一次繞組的一部分。

（二）電流互感器

電流互感器是根據(jù)變壓器的原理制成的。它主要用于擴(kuò)大測(cè)量交流電流的量程，此外使用電流互感器也是為了測(cè)量?jī)x表與高壓電路隔離。

結(jié)構(gòu)：一次繞組匝數(shù)很少（一匝或幾匝），二次繞組的匝數(shù)較多。

使用應(yīng)注意：二次不能開路；鐵芯、低壓繞組一端接。

電流互感器是一種特殊的變壓器，其一次側(cè)線圈匝數(shù)很少（低壓通常只有1匝），而二次側(cè)線圈匝數(shù)很多（比如一個(gè)1000/5的互感器,二次側(cè)線圈是一次側(cè)的200倍）。在二側(cè)開路時(shí)，二次側(cè)電壓會(huì)上升到一次側(cè)線圈壓降的很多倍（1000/5的互感器，就是200倍），從而影響二次回路的正常運(yùn)行，并危及人身安全。

（三）電壓互感器

電壓互感器用于用低量程的電壓表測(cè)量高電壓。

使用時(shí)應(yīng)注意：二次側(cè)不能短路，以防產(chǎn)生過流；鐵芯、低壓繞組一端接。

電壓互感器在正常運(yùn)行中，二次負(fù)載阻抗很大，電壓互感器是恒壓源，內(nèi)阻抗很小，容量很小，一次繞組導(dǎo)線很細(xì)，當(dāng)互感器二次端發(fā)生短路時(shí)，引起一次電流很大，若二次側(cè)熔絲選擇不當(dāng)，保險(xiǎn)絲不能熔斷時(shí)，電壓互感器極易被燒壞。所以，電壓互感器二次側(cè)是不允許短路。

第三節(jié)直流電動(dòng)機(jī)

直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電機(jī)。

按勵(lì)磁方式分為：他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種。

特點(diǎn)：較好的調(diào)速性能（調(diào)速范圍廣、易于平滑調(diào)速）；較大的起動(dòng)力矩（制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、易于快速起動(dòng)、停車、易于控制）。

一、直流電機(jī)的工作原理

（一）構(gòu)造

直流電機(jī)由定子（磁極）、轉(zhuǎn)子（電樞）和機(jī)座等部分組成。

（1）定子（磁極）：在電機(jī)中產(chǎn)生磁場(chǎng)；

（2）轉(zhuǎn)子（電樞）：由鐵芯、繞組、換向器組成。1、電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=KE

Фn

式中：E：電動(dòng)勢(shì)，單位伏特（V）；KE

：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；

Ф

：一個(gè)磁極的磁通；n：電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）。2、電樞回路電壓平衡式U=E+IɑRɑ=KEФn+IɑRɑ

式中：

U：外加電壓；

Rɑ：繞組電阻

。3、電磁轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)矩公式：T=Kr+ФIɑ

式中：T：電機(jī)轉(zhuǎn)矩，單位為?！っ祝∟·m）；Kr

：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；4、轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系T=T2+T0

式中：

T2

：機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩；

Rɑ：空載轉(zhuǎn)矩。

二、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞并聯(lián)。

（一）并勵(lì)直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)

1、調(diào)速均勻平滑，可以無級(jí)調(diào)速；2、調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200以上。

（二）調(diào)速方法1、改變磁通調(diào)速

由于電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，它的磁路已接近飽和，所以通常只是減小磁通，將轉(zhuǎn)速往上調(diào)。

（1）優(yōu)點(diǎn)①調(diào)速平滑，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；

②調(diào)速經(jīng)濟(jì)，控制方便；

③機(jī)械特性較硬，穩(wěn)定性較好；

④對(duì)專門生產(chǎn)的調(diào)磁電動(dòng)機(jī)，調(diào)速幅度可達(dá)3～4。

（2）應(yīng)注意

①若調(diào)速后Iɑ保持不變，電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須減小。②該調(diào)速方法只適用于恒功率調(diào)速。2、改變電壓調(diào)速優(yōu)點(diǎn)

（1）機(jī)械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好；

（2）調(diào)速幅度較大，可達(dá)6～10；

（3）可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，得到平滑的無級(jí)調(diào)速。改變電壓調(diào)速需要用專用設(shè)備，投資費(fèi)用較高，近年來，普遍采用晶閘管整流電源進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)磁。3、電樞回路串電阻調(diào)速

電樞回路串接電阻，由于電阻增大則轉(zhuǎn)速下降。

特點(diǎn)

（1）設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便

；

（2）機(jī)械特性軟，穩(wěn)定性差；

（3）能量損耗大，只適用于小型直流電機(jī)。

第四節(jié)異步電動(dòng)機(jī)

異步電動(dòng)機(jī)是指電機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)子的速度與定子旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)速度不一致的電機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是，籠型轉(zhuǎn)子異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，特別適合用于高圓周速度電機(jī)；無集電環(huán)和碳刷，可靠性高，不受使用場(chǎng)所限制；設(shè)備簡(jiǎn)單負(fù)荷控制方便。

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

（一）構(gòu)造三相異步電動(dòng)機(jī)分成兩個(gè)基本部分。

定子（固定部分）

轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）1、定子

定子由機(jī)座和裝在機(jī)座內(nèi)的圓筒形鐵芯以及其中的三相定子繞組組成。2、轉(zhuǎn)子

分為兩種：籠型和繞線型。

籠型：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工作可靠，不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；

繞線型：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大，轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

（二）工作原理1、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

三相繞組接成星形，繞組中就通入三相對(duì)稱電流。

瞬時(shí)值表達(dá)式

波形圖、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向是由三相繞組中電流的相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，只要改變通入定子繞組電流的相序，將三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)即可。3、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p

三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。每相繞組只有一個(gè)線圈，繞組的始端之間相差120o，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極，p=1（p是磁極對(duì)數(shù)）。

若每相繞組有兩個(gè)線圈串聯(lián)，繞組之間互差60o，將形成兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

同理，如要產(chǎn)生三對(duì)極，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個(gè)線圈，繞組的始端之間相差40o空間角。4、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速取決于電源頻率和磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)。在一對(duì)極的情況下，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：n0=60f1，f1是電源頻率，轉(zhuǎn)速的單位為轉(zhuǎn)每分（r/min）。在兩對(duì)極的情況下，n0=60f1/2。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)，磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：n0=60f1/p

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)電源頻率和磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)確定后，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0

也就確定了。

5、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)式，其磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。方向由右手定則確定。

在電動(dòng)勢(shì)作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，從而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力的作用。由電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同。6、轉(zhuǎn)差率

雖然電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n

不可能達(dá)到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0

，即n<n0

。因?yàn)槿绻D(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁通不切割轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條，也就沒有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，也不存在轉(zhuǎn)矩。因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之間必須要有差別。

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率S。

因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可由轉(zhuǎn)差率公式求得：n=(1－S)n0，通常異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率為1%～9%。

二、三相異步電動(dòng)機(jī)的損耗

異步電動(dòng)機(jī)的損耗分為：恒定損耗、附載損耗、雜散損耗。

（一）恒定損耗

電動(dòng)機(jī)的固有損耗，也稱為空載損耗，它與負(fù)載大小無關(guān)。恒定損耗包括鐵芯損耗（含空載雜散損耗）和機(jī)械損耗。

鐵芯損耗一般占異步電動(dòng)機(jī)總損耗的20%～25%。機(jī)械損耗一般占異步電動(dòng)機(jī)總損耗的10%～50%。

（二）負(fù)載損耗

負(fù)載損耗主要指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子繞組接通電源后分別在定子繞組電阻和轉(zhuǎn)子繞組電阻上引起的損耗，也稱銅損。它包括定子銅損和轉(zhuǎn)子銅損。銅損占總損耗的20%～70%。

（三）雜散損耗

雜散損耗主要由定子漏磁通和定子、轉(zhuǎn)子的各種高次諧波在導(dǎo)線和鐵芯及其它金屬部件內(nèi)引起的損耗。這些損耗占總損耗的10%～15%。

異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，損耗主要是恒定損耗，這時(shí)輸出功率為零，其效率也為零；當(dāng)負(fù)載從零增加時(shí)，負(fù)載損耗隨負(fù)載而增加，但總損耗增加較慢，效率上升很快；當(dāng)恒定損耗等于負(fù)載損耗時(shí)，效率達(dá)到最大值。若負(fù)載繼續(xù)增加，負(fù)載損耗增加很快，其效率反而減小。

三、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

（一）起動(dòng)特性

起動(dòng)：n=0，s=1，接通電源。

起動(dòng)問題：?jiǎn)?dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。一般中小型籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的5～7倍；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.0～2.2倍。因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)n=0，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)靜止的轉(zhuǎn)子有很大的相對(duì)轉(zhuǎn)速，磁通切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度很快，此時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流都很大。

（二）起動(dòng)方法

籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)主要有直接起動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)。直接起動(dòng)主要適用于30kW以下的異步電動(dòng)機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)常用方法有兩種。1、Y－△換接起動(dòng)

起動(dòng)時(shí)先接星形，等轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)再換成三角形連接。

起動(dòng)時(shí)把定子每相繞組上的電壓降到正常工作電壓的1/。

注意：

（1）僅適用于正常運(yùn)行時(shí)為三角形連接的電機(jī)；

（2）Y－△起動(dòng)時(shí)電流減小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小，因此僅適用于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。2、自耦降壓起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)是利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中的端電壓降低。采用自耦變壓器起動(dòng)，也同時(shí)能使起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小。

自耦變壓器適合于容量較大或正常運(yùn)行時(shí)連接成星形而不能采用Y－△起動(dòng)的籠型異步電動(dòng)機(jī)。

四、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

根據(jù)轉(zhuǎn)速公式n=(1－S)n0=(1－S)60f1/p，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能。

（1）改變電源頻率；

（2）改變極對(duì)數(shù)；

（3）改變轉(zhuǎn)差率。

（1）、（2）兩種用于籠式電動(dòng)機(jī)調(diào)速，第（3）種用于線繞電動(dòng)機(jī)調(diào)速。

（一）變頻調(diào)速

由變頻調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)速，它由整流器和逆變器組成。

整流器先將頻率為50Hz的三相交流電變換場(chǎng)直流電，然后由逆變器變換成頻率f1可變、電壓有效值也可調(diào)的三相交流電，供籠式電動(dòng)機(jī)使用。

變頻調(diào)速常采用入下兩種方法調(diào)速。

（1）當(dāng)?shù)陀陬~定轉(zhuǎn)速調(diào)速時(shí)，應(yīng)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

（2）當(dāng)高于額定轉(zhuǎn)速調(diào)速時(shí)，應(yīng)采用恒功率調(diào)速。

變頻調(diào)速可實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，調(diào)速性能優(yōu)異。

（二）變極調(diào)速

改變極數(shù)對(duì)數(shù)就可以改變轉(zhuǎn)速，采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱為雙速電機(jī)，調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化。

（三）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

在線繞型電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中接入一個(gè)調(diào)速電阻，改變電阻的大小，就可以得到平滑調(diào)速。如增大調(diào)速電阻，轉(zhuǎn)差率上升，則轉(zhuǎn)速下降。

特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，但能量損耗大。第九章電氣測(cè)量基礎(chǔ)

第一節(jié)電氣測(cè)量基本知識(shí)

一、電氣測(cè)量方法直接測(cè)量法：將電工儀表直接測(cè)出被測(cè)量的大小。比較測(cè)量法：把被測(cè)量與“較量?jī)x器”中的已知標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較而確定未知量的大小。間接測(cè)量法：根據(jù)被測(cè)量和其它量的函數(shù)關(guān)系，按函數(shù)式把被測(cè)量計(jì)算出來。二、測(cè)量誤差（1）絕對(duì)誤差：被測(cè)量與其真值之差。

ΔA=AX－A0

ΔA:絕對(duì)誤差

AX:測(cè)量值

A0：真值（2）相對(duì)誤差絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值的比值。

r0=（ΔA/A0）×100%（3）引用誤差絕對(duì)誤差與儀表量程的比值。

rn=（ΔA/Am）×100%

Am=

Amax－

Amin（4）最大引用誤差最大絕對(duì)誤差與儀表量程的比值rnm=（ΔAm/Amax－

Amin）×100%三、測(cè)量誤差的分類（1）隨機(jī)誤差。又稱偶然誤差，在相同條件下，多次測(cè)量同一個(gè)量，其誤差的大小和符號(hào)以不可預(yù)見的方式變化。（2）粗大誤差。在一定條件下測(cè)量結(jié)果顯著地偏離其實(shí)際值所對(duì)應(yīng)的誤差。（3）系統(tǒng)誤差。在相同條件下，多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差為常數(shù)或按一定規(guī)律變化。四、儀表精度等級(jí)電工測(cè)量?jī)x表在額定條件下使用，其最大基本誤差的百分?jǐn)?shù)稱為儀表精度等級(jí)的百分?jǐn)?shù)。

±ɑ%=(△Xm/Xm)×100%

△Xm:最大絕對(duì)誤差。Xm:儀表的基本量程。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電壓表和電流表的精度等級(jí)分為：0.05、0.1、0.30.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、5.0（共11級(jí)）。功率表和無功功率表的精度等級(jí)分為：0.05、0.1、0.30.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.5（共10級(jí)）。頻率表的精度等級(jí)分為：0.05、0.1、0.30.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、5.0（共11級(jí)）。第二節(jié)電參數(shù)的測(cè)量

一、頻率的測(cè)量

f=1/T

（一）頻率（周期）的數(shù)字測(cè)量1、計(jì)數(shù)法測(cè)量原理

N=T/TA

TA：被測(cè)信號(hào)的周期。

T：測(cè)量時(shí)間。N：脈沖個(gè)數(shù)。2、通用計(jì)數(shù)器的基本原理和工作方法通用計(jì)數(shù)器一般都具有測(cè)頻和測(cè)周兩種功能。3、頻率（周期）的測(cè)量誤差與測(cè)量范圍對(duì)低頻信號(hào)的測(cè)量用測(cè)周法可以獲得較高的測(cè)量精度。對(duì)高頻信號(hào)的測(cè)量用測(cè)頻法可以獲得較高的測(cè)量精度。（二）頻率的模擬測(cè)量（1）諧振法測(cè)頻。（2）電橋法測(cè)頻。（3）頻率—電壓轉(zhuǎn)換法測(cè)頻。（4）拍頻法。（5）差頻法。二、時(shí)間間隔的測(cè)量時(shí)間間隔（兩個(gè)頻率相同、相位不同信號(hào)）ΔT的測(cè)量相當(dāng)于分頻系數(shù)m=1的周期Tx的測(cè)量情況。一般來說測(cè)量時(shí)間間隔的誤差比測(cè)周期時(shí)大。三、相位差的測(cè)量（一）相位—電壓轉(zhuǎn)換法。圖9.2-5所示。（二）相位—時(shí)間轉(zhuǎn)換法（測(cè)T和測(cè)ΔT法）。四、電壓的測(cè)量分為模擬和數(shù)字兩種方法。（一）直流電壓的測(cè)量1、普通直流電壓表2、數(shù)值直流電壓表（二）交流電壓的測(cè)量1、交流電壓的表征（1）峰值。（2）平均值。（3）有效值。（4）波形因數(shù)該電壓的有效值與平均值之比。（5）波峰因數(shù)該電壓的峰值與有效值之比。2、交流電壓的測(cè)量方法多采用檢波法。（1）平均值檢波；（2）峰值檢波；（3）有效值檢波。電路形式：（1）檢波—放大式；（2）放大—檢波式；（3）外差式電壓表。3、低頻交流電壓表（1MHz以下）的測(cè)量采用放大—檢波式，檢波類型分平均值和有效值檢波器，分別構(gòu)成峰值交流電壓表和有效值交流電壓表。4、高頻交流電壓表的測(cè)量采用檢波—放大式或外差式交流電壓表測(cè)量。五、電流的測(cè)量主要采用電流表直接測(cè)量，測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮電流表的量程。進(jìn)行交流電流測(cè)量時(shí)，還應(yīng)考慮波形和頻率的影響。對(duì)于非正弦波形交流信號(hào)（如采用移相觸發(fā)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電壓、電流）的有效值測(cè)量，不能采用一般的交流有效值電表進(jìn)行測(cè)量，必須采用真有效值交流電表進(jìn)行測(cè)量。六、阻抗的測(cè)量（一）電表法1、伏特—安培表法（簡(jiǎn)稱伏安法）；2、歐姆表法；3、三表法（電壓表、電流表、功率表）。（二）電橋法1、直流小電阻的測(cè)量。2、直流大電阻的測(cè)量。3、交流阻抗及L、C的測(cè)量。（1）交流阻抗電橋。（2）變量器電橋。9.3-12是雙邊式變量器電橋。（3）數(shù)字式阻抗測(cè)量?jī)x。七、功率的測(cè)量測(cè)量方法兩種：間接法（利用測(cè)量電壓和電流間接求得）；直接法（采用電動(dòng)系或數(shù)字式功率表）1、有功功率的測(cè)量2、無功功率的測(cè)量八、電能的測(cè)量間接法：電能測(cè)量一般不采用；直接法：直流采用電動(dòng)系電能表，交流采用感應(yīng)系或電子電能表。九、功率因數(shù)的測(cè)量利用測(cè)相位差的原理測(cè)量功率因數(shù)。十、諧波的測(cè)量現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電力電子設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，各種非線性、沖擊性、波動(dòng)性和不對(duì)稱負(fù)荷大量增加，造成諸如電壓波動(dòng)、電壓跌落、諧波等電能質(zhì)量污染日趨嚴(yán)重。供電系統(tǒng)中除了50Hz正弦波外，還出現(xiàn)其它較高頻率的正弦波（高次諧波），使基波發(fā)生波形畸變。

1-基波；3-三次諧波；5-五次諧波

（一）諧波測(cè)量的基本要求（1）諧波測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理必須按照國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)。1993年國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》2003年國家頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件GB/Z17625.6-2003/IECTR61000-3-4：1998《電磁兼容限值對(duì)額定電流大于16A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流的限制》2003年國家頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB17625.1-2003/IEC61000-3-2：2001《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）》2009年國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB/T24337-2009《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》（2）精度要求。（3）速度要求。（4）要求在電力系統(tǒng)的正常、異常運(yùn)行情況下都能測(cè)量。（5）實(shí)現(xiàn)的代價(jià)小。（二）諧波測(cè)量的硬件按測(cè)量功能分：頻譜分析儀、諧波分析儀。按測(cè)量原理分：模擬式、數(shù)字式。按測(cè)量功能分：諧波分析儀、諧波監(jiān)測(cè)儀。（三）電力系統(tǒng)諧波測(cè)量的主要方法（1）采用模擬帶通或帶阻濾波器測(cè)量諧波。（2）基于傅立葉變換的諧波測(cè)量。（3）基于瞬時(shí)無功功率的諧波測(cè)量。第十一章電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

第一節(jié)電機(jī)系統(tǒng)一、概述

電機(jī)作為風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)制冷等各種設(shè)備的動(dòng)力，是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的換能裝置，據(jù)估算，我國電機(jī)的總裝機(jī)容量已達(dá)5億多kW，年耗電量達(dá)1萬億kW·h。約占全國用電量的60%，占全國工業(yè)用電量的70%左右。

電機(jī)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、被拖動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及管網(wǎng)負(fù)荷等，電機(jī)系統(tǒng)首先通過電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過被拖動(dòng)裝置做功，實(shí)現(xiàn)所需的各種功能，因此電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能潛力大，原因如下：

（1）電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)設(shè)備效率低。電機(jī)產(chǎn)品效率比國際先進(jìn)水平低2%～5%；風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等產(chǎn)品效率比國際先進(jìn)水平低2%～4%。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行效率低。系統(tǒng)匹配不合理，“大馬拉小車”現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間低負(fù)荷運(yùn)行，大部分風(fēng)機(jī)、泵采用機(jī)械節(jié)流方式調(diào)節(jié)，系統(tǒng)運(yùn)行效率比國際先進(jìn)水平低10%～20%。

目前電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造的技術(shù)途徑主要有以下幾個(gè)方面：a、加速更新淘汰落后設(shè)備。b、改善電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，推廣變頻調(diào)速、永磁調(diào)速等先進(jìn)電機(jī)調(diào)速技術(shù)，合理匹配電機(jī)系統(tǒng)。c、優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制，推廣軟啟動(dòng)裝置和無功補(bǔ)償裝置，，通過過程控制，合理配置電能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

二、普通電機(jī)的工作特性

從行業(yè)應(yīng)用角度分類，可以分成兩大類：普通電機(jī)和專用特種電機(jī)。普通標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)是按照國家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，型號(hào)齊全，通用性強(qiáng)，是國內(nèi)市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。正確了解電機(jī)的特性曲線，保證運(yùn)行在最佳狀態(tài)，是減少損耗的重要措施。

（一）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作特性

指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和頻率下的轉(zhuǎn)速、電流、電磁轉(zhuǎn)矩、功率因素、效率等與電機(jī)的軸輸出機(jī)械功率之間的關(guān)系。1、轉(zhuǎn)速特性n=f（P）

電機(jī)空載轉(zhuǎn)速近似等于同步轉(zhuǎn)速，隨著機(jī)械負(fù)載的增加，電動(dòng)機(jī)電流增加，電磁轉(zhuǎn)矩上升，轉(zhuǎn)速下降，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性曲線是一條略下斜的曲線。2、電流特性I=f（P）

隨著機(jī)械負(fù)載的增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，使電動(dòng)機(jī)電流增加。3、轉(zhuǎn)矩特性T=f（P）

異步電機(jī)軸端的輸出轉(zhuǎn)矩T=P/Ω，其中為轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度，如果n

為常數(shù)，則T

正比于P，即T=f（P）的關(guān)系應(yīng)該是通過原點(diǎn)的一條直線，但隨著P

的增加，n

略有下降，故T=f（P）的關(guān)系是略微向上翹。4、功率因素特性cosφ=f（P）

電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，定子電流主要用于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，為感性無分量，電機(jī)的功率因素很低，一般為0.2左右。隨著電機(jī)軸功率的增加，轉(zhuǎn)子電流及定子電流中的有功分量增加，使功率因素提高。接近額定負(fù)載時(shí)，功率因素最高，超過額定負(fù)載后，由于轉(zhuǎn)速降低，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子的無功分量增大，定子的無功分量也增大，電機(jī)的功率因素降低。對(duì)于小型異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其額定功率時(shí)的功率因素在0.75～0.90范圍內(nèi)；對(duì)于中型異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其額定功率時(shí)的功率因素在0.80～0.95范圍內(nèi)。5、效率特性η=f（P）

η=p/p總

=1-△p/p總

對(duì)于普通異步電機(jī)，當(dāng)輸出功率P=0.75PN左右時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率最高。

（二）直流電動(dòng)機(jī)的工作特性直流電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，其工作狀態(tài)也會(huì)發(fā)生短暫的過渡過程，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電樞電流、電磁轉(zhuǎn)矩、效率都將會(huì)隨輸出功率的變化而發(fā)生變化。1、轉(zhuǎn)速特性n=f（P）

電機(jī)軸輸出功率增大，引起電樞電流增大，使電機(jī)轉(zhuǎn)速略有降低，轉(zhuǎn)速特性為一條向下斜的曲線。2、轉(zhuǎn)矩特性T=f（P）

直流電機(jī)輸出功率變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，故輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率近似正比。若忽略電機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩影響，其轉(zhuǎn)矩特性為一條通過原點(diǎn)的直線。

3、電流特性I=f（P）

若忽略電樞反應(yīng)的影響，磁通為常數(shù)，電樞電流與電磁轉(zhuǎn)矩成正比，所以電流特性曲線與轉(zhuǎn)矩特性曲線平行。4、效率特性η=f（P）

直流電動(dòng)機(jī)效率和電動(dòng)機(jī)容量的大小有一定的關(guān)系，使用直流電動(dòng)機(jī)時(shí)要合理選擇其容量，額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，效率在75%～95%范圍內(nèi)。（三）同步電動(dòng)機(jī)的工作特性同步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，從電網(wǎng)吸取的有功功率的大小基本上決定于轉(zhuǎn)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小。在勵(lì)磁電流不變時(shí)，有功功率的變化會(huì)引起功率角的變化，，同時(shí)也會(huì)引起無功功率的變化。當(dāng)電網(wǎng)電壓和軸上輸出功率不變時(shí)，改變勵(lì)磁電流可改變同步電動(dòng)機(jī)的無功功率或功率因素。同步電動(dòng)機(jī)的額定功率因素一般取1～0.8（超前）。三、發(fā)展方向（一）推廣高效節(jié)能電機(jī)

Y3系列和YX3系列（IP55）三相異步電動(dòng)機(jī)（機(jī)座號(hào)63～355）是我國采用冷軋硅鋼片為導(dǎo)磁材料生產(chǎn)的高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)。該系列電機(jī)在設(shè)計(jì)和制造中，采用新的設(shè)計(jì)方法，新工藝及新材料，通過降低電磁損耗、機(jī)械損耗和熱損耗，使電機(jī)的輸出效率大大提高。高效節(jié)能電機(jī)的平均效率為90.5%，比傳統(tǒng)的Y系列電機(jī)大約提高了3%，與發(fā)達(dá)國家的高效電機(jī)水平相當(dāng)。（二）新型稀土永磁電機(jī)稀土永磁材料是一種高性能材料，是許多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料，在電機(jī)中使用永磁體可使電機(jī)產(chǎn)品小型化、高性能化，與電力電子技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)速度、轉(zhuǎn)矩可調(diào)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。近年來隨著稀土永磁材料性能的不斷提高，特別是釹鐵硼永磁材料發(fā)展，稀土永磁電機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段，目前正朝著大功率、高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩、高功能化和微型化方向發(fā)展。（三）電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)電機(jī)控制是電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等多學(xué)科的交叉用用技術(shù)?？偟内厔?shì)是向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、通用化等方面發(fā)展。（四）電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)推廣高效節(jié)能電機(jī)、稀土永磁電機(jī)、高效風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)，高效傳動(dòng)系統(tǒng)，推廣變頻調(diào)速、永磁調(diào)速等先進(jìn)的電機(jī)調(diào)速技術(shù)，改善風(fēng)機(jī)、泵類電機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式。目前的趨勢(shì)是：1、電機(jī)要高效化和智能化，開發(fā)研制高效電機(jī)，將變頻器可控制系統(tǒng)集成到電機(jī)系統(tǒng)中，節(jié)電可達(dá)20%～30%。2、電機(jī)系統(tǒng)要變頻化和信息化，在智能電機(jī)的基礎(chǔ)上，發(fā)展采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)品。3、對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行改造，以先進(jìn)的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式，改造傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方式，采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速，采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的多功能可通信智能電機(jī)等。4、優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制，推廣軟啟動(dòng)裝置，無功補(bǔ)償裝置和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)等。第二節(jié)常用機(jī)械負(fù)載的特性

一、水泵類負(fù)載特性水泵的流量和揚(yáng)程之間的關(guān)系，稱為水泵的流量揚(yáng)程特性曲線，稱為Q--H

特性曲線。水泵的流量和軸功率之間的關(guān)系，稱為流量軸功率特性曲線，稱為Q--N

特性曲線。水泵的運(yùn)行效率η與Q、H、N之間的關(guān)系如下：

η=K·Q·H/N

式中，K

為常量。離心泵最高效率點(diǎn)的工況稱為最佳工況點(diǎn)，離心泵的額定參數(shù)即設(shè)計(jì)工況點(diǎn)和最佳工況點(diǎn)相重合或很接近。二、風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)的流量與全壓之間的關(guān)系，稱為風(fēng)機(jī)的流量全壓特性曲線，標(biāo)稱Q--P

特性曲線。風(fēng)機(jī)的流量和軸功率之間的關(guān)系，稱為流量軸功率特性曲線，稱為Q--N

特性曲線。水泵的運(yùn)行效率η與Q、P、N之間的關(guān)系如下：

η=K·Q·P/N

式中，K

為常量。三、恒功率負(fù)載特性

恒功率負(fù)載的特性是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，其乘積（即功率）近似保持不變。四、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性是指在任何轉(zhuǎn)速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定，而與轉(zhuǎn)速無關(guān)。這類負(fù)載多數(shù)呈反抗性，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩的極性隨轉(zhuǎn)速方向的改變而改變。例如傳送帶、攪拌機(jī)、吊車、起重機(jī)等都屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。第三節(jié)風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載的節(jié)能

交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載應(yīng)用量非常大，資料統(tǒng)計(jì)其用電量占全國總用電量的30%。目前還有部分風(fēng)機(jī)和泵仍使用老式產(chǎn)品，且與電機(jī)匹配不當(dāng)，設(shè)備效率低下。如改用節(jié)能型風(fēng)機(jī)和泵，并正確選配電動(dòng)機(jī)功率，同時(shí)采用合適的控制方式，則可節(jié)電30%以上。一、風(fēng)機(jī)與泵的選擇（一）風(fēng)機(jī)的選擇選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，力求使風(fēng)機(jī)的額定流量和額定壓力，盡量接近生產(chǎn)工藝要求的流量和壓力，按正常生產(chǎn)工藝需求流量的1.1～1.15倍，風(fēng)壓余量不超過10%的要求選用風(fēng)機(jī)。（二）泵的選擇在滿足設(shè)計(jì)滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行所需最大壓力的情況下，其額定流量為正常工藝需求流量的1.1～1.5倍，揚(yáng)程余量不超過8%。另外還要考慮泵的正常運(yùn)行工況點(diǎn)，盡量可能靠近設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，使泵在高效運(yùn)行區(qū)工作。在上述一般原則的基礎(chǔ)上，更重要的是優(yōu)先選用節(jié)能型風(fēng)機(jī)、泵。二、電動(dòng)機(jī)的選擇分兩種情況（一）負(fù)荷基本不變的情況依據(jù)風(fēng)機(jī)和泵的輸出功率和效率計(jì)算出所需的輸入功率，再考慮傳動(dòng)效率，即可得出電機(jī)運(yùn)行時(shí)的輸出功率，選取電機(jī)的額定功率為（1～1.45）倍電機(jī)運(yùn)行時(shí)的輸出功率，電機(jī)在負(fù)載率等于0.7～1.0時(shí)的效率和功率因素比較高。（二）負(fù)荷變化的情況如果生產(chǎn)工藝需要改變風(fēng)機(jī)、泵的流量，這類負(fù)荷往往具有周期性，一般要計(jì)算出風(fēng)機(jī)、泵在一個(gè)周期內(nèi)不同時(shí)間段的輸入功率，然后按均方根值求其等效輸入功率。再根據(jù)傳動(dòng)效率求出電機(jī)運(yùn)行時(shí)的等效輸出功率，同樣選取電機(jī)的額定功率為（1～1.45）倍電機(jī)運(yùn)行時(shí)的等效輸出功率。再一次性投資允許的情況下，使用Y系列中YX派生系列高效電機(jī)，其效率比一般Y系列電機(jī)高3%。第四節(jié)電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及軟啟動(dòng)節(jié)能技術(shù)

一、電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的最基本方法是合理選擇和使用電動(dòng)機(jī)，確定最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式和降低電動(dòng)機(jī)的能量損耗。

以使用最多的異步電動(dòng)機(jī)為例：選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)首先選擇電動(dòng)機(jī)的的類型、功率及各種參數(shù)，使它具備與被拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械相適應(yīng)的負(fù)載特性。一般異步電動(dòng)機(jī)的額定效率和功率，按負(fù)荷系數(shù)在75%～100%的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)，電機(jī)額定輸出功率應(yīng)為選擇負(fù)荷功率的1.10～1.15倍較合適。電動(dòng)機(jī)的最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷系數(shù)（最佳負(fù)荷系數(shù)），可以根據(jù)單位負(fù)荷功率下有功功率損耗最小的條件得到。如果電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在低負(fù)荷下運(yùn)行，不僅造成設(shè)備運(yùn)行成本增加，而且電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)降低，增加電能損耗。電機(jī)的選擇可按負(fù)荷系數(shù)

Kfd

的大小確定，具體如下：若Kfd>70%時(shí)，可以不更換電機(jī)；若Kfd

<40%時(shí)，不需要經(jīng)濟(jì)比較就可以更換電機(jī)；

若40%<

Kfd

<70%時(shí)，則需經(jīng)過技術(shù)比較后再?zèng)Q定是否更換電機(jī)。二、電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)節(jié)能技術(shù)三相異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓下直接啟動(dòng)（硬啟動(dòng)）會(huì)帶來許多問題：（1）啟動(dòng)電流很大，一般電機(jī)在空載啟動(dòng)時(shí)可以達(dá)到額定電流的4～7倍，若帶載啟動(dòng)時(shí)可以達(dá)到額定電流的8～10倍，直接對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。（2）造成電機(jī)損耗增加，使電機(jī)繞組發(fā)熱，加速絕緣老化，影響電機(jī)使用壽命；機(jī)械沖擊過大，造成電動(dòng)機(jī)鼠條、端環(huán)斷裂、轉(zhuǎn)軸扭曲、傳動(dòng)齒輪損傷和皮帶斷裂等問題。（3）對(duì)被拖動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)造成沖擊，如風(fēng)機(jī)、水泵的壓力突變，往往會(huì)造成風(fēng)機(jī)、泵系統(tǒng)管道、閥門的損傷降低使用壽命，或影響機(jī)械精度。采用電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，開發(fā)以單片微機(jī)為控制核心的電子軟啟動(dòng)器。電子軟啟動(dòng)器較傳統(tǒng)的自耦降壓和Y/Δ降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）無沖擊電流，使電機(jī)啟動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值。（2）恒流啟動(dòng)，確保點(diǎn)擊的平穩(wěn)啟動(dòng)。（3）可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)節(jié)啟動(dòng)過程中的各種參數(shù)，保證電機(jī)處于最佳啟動(dòng)狀態(tài)。（4）降低了電動(dòng)機(jī)在空載和輕載時(shí)的輸入功率，減小了電動(dòng)機(jī)的有功及無功損耗。，提高了功率因素。（5）具有齊全的保護(hù)功能，具有過載、過流、缺相、過熱等保護(hù)功能。軟啟動(dòng)器有如下幾種啟動(dòng)方式：（1）斜坡升壓軟啟動(dòng)，最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，其缺點(diǎn)是有時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大沖擊電流而損壞晶閘管，實(shí)際應(yīng)用較少。（2）斜坡恒流軟啟動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的初始階段啟動(dòng)啟動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定值后保持恒定，直至啟動(dòng)完畢，該啟動(dòng)方式是應(yīng)用最多的啟動(dòng)方式。（3）階躍啟動(dòng)，開機(jī)時(shí)以最短時(shí)間使啟動(dòng)電流達(dá)到設(shè)定值，可以達(dá)到快速啟動(dòng)的效果。（4）脈沖沖擊啟動(dòng)，在啟動(dòng)開始階段以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，進(jìn)入恒流啟動(dòng)，該啟動(dòng)方式適用于重載并需克服較大靜摩擦力的啟動(dòng)場(chǎng)合。第五節(jié)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)

近年來，低壓交流變頻調(diào)速技術(shù)獲得了迅速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。隨著高壓變頻技術(shù)的日臻成熟，3000V、3300V、6000V、10000V等電壓等級(jí)大功率變頻器，也被廣泛應(yīng)用于高壓機(jī)械設(shè)備的控制和節(jié)能領(lǐng)域，并獲得了更為顯著的節(jié)能效果。一、變頻調(diào)速原理及控制方式（一）變頻器調(diào)速的工作原理

交流電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：n0=60f/p，在p固定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于電源的頻率f。因此可以通過改變電源頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。（二）調(diào)速控制方式1、頻率在工頻頻率以下范圍內(nèi)調(diào)節(jié)我國的工頻頻率為50Hz，定子繞組每相電路的電勢(shì)平衡方程為：...

U1=E1+I1Z1

式中：Z1為定子繞組每相的阻抗；I1為定子繞組的相電流。如果忽略定子壓降I1Z1，則:

U≈E1=4.44f1

·

W·kw1

·Ф1；（W為繞組匝數(shù)、kw1繞組系數(shù)）

上式可以變換為：Ф1=U1/k·f1

由于電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩正比于Ф12，所以若保持U1/f1為常數(shù)，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩不變，這種控制方式稱為恒磁通調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速，也稱恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.2、頻率在高于工頻頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)變頻電源的輸出電壓一般不能高于其額定電壓，如果保持U1不變，當(dāng)增加其電源頻率f1時(shí)，則U1/f1變小，定子的磁通Ф1，電磁轉(zhuǎn)矩也減小；但電源頻率增加將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，由于電動(dòng)機(jī)的的功率是電磁轉(zhuǎn)矩與其角速度的乘積，所以在調(diào)節(jié)過程中，若頻率的增加與轉(zhuǎn)矩的變化成一定的比例關(guān)系，即可保持電機(jī)的輸出功率為一恒定值，即輸出功率保持不變，這種升頻定壓調(diào)速方式稱為恒功率調(diào)速。3、轉(zhuǎn)差頻率控制三相異步電機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為n0，電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際轉(zhuǎn)速為n，（n0-n）是轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的相對(duì)切割速度。若對(duì)頻率、電壓作適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使U1/f1不變，此時(shí)磁通Ф1不變，電磁轉(zhuǎn)矩與(n0–n)2成正比；而對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，即改變了（n0-n）。所以在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。二、變頻調(diào)速節(jié)能分析（一）風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速節(jié)能原理風(fēng)機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)是一種“負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系”，即：

M=kn2

其中k是比例系數(shù)。電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，即：P=cn3其中c是比例系數(shù)。風(fēng)機(jī)低效率運(yùn)行的原因是：1、風(fēng)機(jī)的定速運(yùn)行與風(fēng)量需求不適應(yīng)。2、風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)一般不在高效區(qū)有關(guān)資料抽樣表明：風(fēng)機(jī)負(fù)荷率在76%以上僅占15%左右，低于60%的占65%左右。為了克服風(fēng)機(jī)低效率運(yùn)行，必須根據(jù)生產(chǎn)工藝過程中對(duì)風(fēng)量需求的不同，對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)的控制調(diào)節(jié)。（二）風(fēng)量的調(diào)節(jié)與控制生產(chǎn)實(shí)際中，要對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通常調(diào)節(jié)方法有兩種：1、改變管網(wǎng)特性曲線，也就是節(jié)流調(diào)節(jié)。這種方法效率低，節(jié)能不明顯。2、改變風(fēng)機(jī)的性能曲線，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，流量將發(fā)生變化，這樣可以實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的目的。此時(shí)管網(wǎng)壓力也將發(fā)生變化，壓力變化將導(dǎo)致其輸入功率發(fā)生變化，這樣就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。（三）水泵的變頻調(diào)速節(jié)能原理水泵的種類一般分為離心式、渦流式和軸流式。水泵所作的功可以用流量Q和揚(yáng)程H的大小反映。水泵的流量調(diào)節(jié)可以用兩種方式實(shí)現(xiàn)。1、調(diào)節(jié)安裝在水泵口管路上閥門的大小，這種方法輸入功率減少不多，節(jié)能效果差。2、變速調(diào)節(jié)，變速調(diào)節(jié)的本質(zhì)是使系統(tǒng)的性能曲線下移，從而改變系統(tǒng)的工作點(diǎn)，達(dá)到改變流量的目的。在實(shí)際情況中，平方轉(zhuǎn)矩關(guān)系、線性流量轉(zhuǎn)速關(guān)系、軸功率立方轉(zhuǎn)速關(guān)系不一定完全成立，一般的規(guī)律是泵工作的實(shí)際揚(yáng)程越小，軸功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系越接近立方關(guān)系，采用轉(zhuǎn)速控制所產(chǎn)生的節(jié)能效果越好。對(duì)于高揚(yáng)程的水泵，采用變頻調(diào)速控制其節(jié)能效果將不顯著。三、變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)例（略）

第六節(jié)空氣壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)

空氣壓縮機(jī)可分為速度式和容積式。速度式空壓機(jī)：軸流式、離心式和混流式；容積式空壓機(jī)：回轉(zhuǎn)式、往復(fù)式；回轉(zhuǎn)式：滑片式、螺桿式；往復(fù)式：轉(zhuǎn)子式、膜式、活塞式。其中活塞式空氣壓縮機(jī)應(yīng)用最為廣泛。一、選用節(jié)能型電機(jī)電