節(jié)能技術(shù)第九節(jié)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

節(jié)能技術(shù)第一章

第九節(jié)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)一、知識(shí)結(jié)構(gòu)（一）概述（二）普通電動(dòng)機(jī)的工作特性（三）常用機(jī)械負(fù)載的特性（四）風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載的節(jié)能（五）電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（六）電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)節(jié)能技術(shù)（七）變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)（八）空氣壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)（九）制冷壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)（十）電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向二、了解內(nèi)容

電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向1.開(kāi)發(fā)研制并推廣高效節(jié)能電機(jī)，如：新型稀土永磁電機(jī)、Y3系列、YX3系列電機(jī)。2.大力發(fā)展電機(jī)控制技術(shù)，使其向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、通用化等方向發(fā)展。三、理解要點(diǎn)

（一）電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成

我國(guó)電機(jī)的總裝機(jī)容量已達(dá)5億多千瓦，年耗電量達(dá)1萬(wàn)億千瓦時(shí)以上。約占全國(guó)用電量的60%，占工業(yè)耗電量的75%左右。0.55～200千瓦的中小型異步電動(dòng)機(jī)約占80%。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，三、理解要點(diǎn)

（二）電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)目前運(yùn)行狀況

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(guó)外先進(jìn)水平低2%～5%；風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)產(chǎn)品效率比國(guó)外先進(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)期低負(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(guó)外先進(jìn)水平低10%～20%。三、理解要點(diǎn)

（三）電動(dòng)機(jī)的分類

1.根據(jù)工作電源的不同，可將電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)，其中交流電動(dòng)機(jī)又分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。

2.按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類，可將異步電動(dòng)機(jī)分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。三、理解要點(diǎn)

（四）普通電動(dòng)機(jī)的工作特性

1.異步電動(dòng)機(jī)的工作特性（P74）

（1）轉(zhuǎn)速特性；（2）電流特性；

（3）轉(zhuǎn)矩特性；（4）功率因數(shù)特性；

（5）效率特性。

空載時(shí)電機(jī)電流很小，轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，功率因數(shù)很低，效率為0。帶載時(shí)負(fù)載上升，電流增大，轉(zhuǎn)速下降，功率因數(shù)上升，效率上升。負(fù)載接近額定時(shí)功率因數(shù)最高。P=0.75PN效率最高。異步電動(dòng)機(jī)的工作特性

1.轉(zhuǎn)速特性

2.轉(zhuǎn)矩特性

3.電流特性4.效率特性

2.直流電動(dòng)機(jī)的工作特性

（1）轉(zhuǎn)速特性；（2）電流特性；

（3）轉(zhuǎn)矩特性；（4）效率特性。

3.同步電動(dòng)機(jī)的工作特性（1）電流特性；

（2）轉(zhuǎn)矩特性；（3）功率因數(shù)特性；

（4）效率特性。

同步電動(dòng)機(jī)可對(duì)供電系統(tǒng)功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)三、理解要點(diǎn)三、理解要點(diǎn)

（五）常用機(jī)械負(fù)載的特性

1.水泵類負(fù)載特性(P76)2.風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性

水泵類負(fù)載特性

1—Q-H特性曲線2—Q-N特性曲線3—Q-η特性曲線

三、理解要點(diǎn)

（五）常用機(jī)械負(fù)載的特性

3.恒功率負(fù)載特性。恒功率負(fù)載的特性是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速大體成反比，其乘積（即功率）近似保持不變。例如金屬切削機(jī)床主軸、軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)和開(kāi)卷機(jī)等。

4.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(wú)關(guān)。例如傳送帶、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)、摩擦機(jī)、吊車、起重機(jī)。

四、掌握重點(diǎn)

（一）電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)及泵類負(fù)載的節(jié)能

1.選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵。

2.按正常操作流量的1.1～1.15倍及風(fēng)壓余量不超過(guò)10%的要求考慮選用風(fēng)機(jī)。

3.選用泵時(shí)，在滿足所需最大壓力的情況下其額定流量為正常操作流量的1.1～1.5倍，揚(yáng)程余量不超過(guò)8%。

4.根據(jù)負(fù)載功率的大小，合理選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均負(fù)載率在0.7～1之間，確保電動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行。四、掌握重點(diǎn)

5.對(duì)負(fù)荷基本不變的電動(dòng)機(jī):若電動(dòng)機(jī)輸出功率為P，根據(jù)公式選取電動(dòng)機(jī)額定功率。對(duì)負(fù)荷變化的電動(dòng)機(jī):先求出負(fù)荷變化周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率P，然后按選取電動(dòng)機(jī)額定功率。四、掌握重點(diǎn)

四、掌握重點(diǎn)

（二）電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的特點(diǎn)及節(jié)能分析

1.異步電機(jī)硬啟動(dòng)的危害

（1）啟動(dòng)電流很大，電壓瞬間下降很多，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,

（2）造成電機(jī)損耗增加，絕緣老化、影響壽命；

（3）對(duì)拖動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)造成沖擊，壓力突變?cè)斐娠L(fēng)機(jī)、泵系統(tǒng)管道閥門(mén)損傷，減少使用壽命。

2.軟啟動(dòng)的特點(diǎn)

（1）無(wú)沖擊電流。啟動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值。（2）恒流啟動(dòng)。可以引入電流閉環(huán)控制，使電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中保持恒流，確保電動(dòng)機(jī)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(guò)程的各種參數(shù)，保證電動(dòng)機(jī)處于最佳的啟動(dòng)狀態(tài)。四、掌握重點(diǎn)四、掌握重點(diǎn)

（4）降低了電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)的輸入電壓，提高了功率因數(shù)，減少了電動(dòng)機(jī)的損耗和線路損

耗（節(jié)電）。（5）具有過(guò)載、過(guò)流、缺相、過(guò)熱等齊全的保護(hù)功能，提高了設(shè)備的可靠性。四、掌握重點(diǎn)

（三）變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)分析

通常配置風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)時(shí)，其額定流量高于需要的實(shí)際流量。其次，生產(chǎn)狀況改變時(shí)對(duì)流量的需求也發(fā)生變化，因此，需要對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。若采用節(jié)流調(diào)節(jié)，會(huì)造成能量損失。若采用變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，可取得較好的節(jié)電效果。根據(jù)電動(dòng)機(jī)學(xué)理論，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速的，且隨著同步轉(zhuǎn)速的變化而變化。在p（定子繞組磁極對(duì)數(shù)）固定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于電源的頻率f。這種通過(guò)變頻器來(lái)改變電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的過(guò)程稱為變頻調(diào)速。四、掌握重點(diǎn)四、掌握重點(diǎn)以風(fēng)機(jī)為例假設(shè)：風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速為n1，軸功率為P1，通過(guò)變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低為n2，軸功率降低為P2。那么風(fēng)機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速之間存在下列關(guān)系，，即風(fēng)機(jī)兩種運(yùn)行工況下的軸功率之比是轉(zhuǎn)速之比的立方。假設(shè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降10%，則軸功率下降27.1%。（P83）四、掌握重點(diǎn)

（四）空氣壓縮機(jī)的節(jié)能措施（7個(gè)方面）

1.選用節(jié)能型電動(dòng)機(jī)。

2.提高傳動(dòng)效率。合理配置電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)裝置，減少機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中的能量損失，

選擇加工精度高質(zhì)量好的帶輪和皮帶；更換時(shí)要一次全部更換；提高安裝水平保證皮帶傳動(dòng)必須的包角和張緊力；采用同軸式連接；四、掌握重點(diǎn)

（四）空氣壓縮機(jī)的節(jié)能措施（7個(gè)方面）3.減少摩擦損耗?？諌簷C(jī)內(nèi)部的活塞與缸套之間保持良好的潤(rùn)滑。

嚴(yán)格控制活塞與缸套間的間隙；確保油液清潔、黏度適中；保證油液循環(huán)迅速，油池大小滿足散熱需要；盡量采用黏度潤(rùn)滑性能好的潤(rùn)滑劑，并注意隨季節(jié)變換更換不同牌號(hào)的潤(rùn)滑油。

4.減少壓力損失和泄漏。四、掌握重點(diǎn)

（四）空氣壓縮機(jī)的節(jié)能措施（7個(gè)方面）

4.減少壓力損失和泄漏設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，盡可能減少氣路的流動(dòng)阻力，減少管路及附件的壓強(qiáng)損失；采用大管徑低流速送氣方式；優(yōu)選安全高效的氣動(dòng)元件；選用新型空氣過(guò)濾器減少壓力損失；定期檢測(cè)管路漏風(fēng)情況，確保輸氣管路安全可靠運(yùn)行。四、掌握重點(diǎn)

5.提高冷卻器的交換熱性能。降低冷卻水入口溫度，提高冷卻水流量，及時(shí)清除冷卻器沉積物，采用軟化水等。

6.合理設(shè)定工作壓力。在滿足生產(chǎn)要求的前提下，適當(dāng)降低排氣壓力可節(jié)約電能。7.采用變頻調(diào)速節(jié)能控制。四、掌握重點(diǎn)

（五）制冷壓縮機(jī)的節(jié)能措施

1.根據(jù)實(shí)際溫度需要選取制冷機(jī)型號(hào)。選擇制冷機(jī)時(shí)應(yīng)從溫度范圍、制冷量、一次性投資、運(yùn)行管理費(fèi)用、安全與環(huán)保等方面綜合考慮。

2.運(yùn)行與管理中的節(jié)能措施。

a)蒸發(fā)溫度不變，冷凝溫度越高，制冷機(jī)的單位功耗越大,單位制冷量越小。在運(yùn)行中應(yīng)盡量降低冷凝溫度。

b)在冷凝溫度一定的情況下蒸發(fā)溫度越低，制冷機(jī)的單位制冷量越小，單位功耗越大，在運(yùn)行中應(yīng)適當(dāng)提高蒸發(fā)溫度。

四、掌握重點(diǎn)

3.采用就地?zé)o功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)。制冷工況是不斷變化的，其電機(jī)往往處于輕載狀態(tài)下運(yùn)行，功率因數(shù)很低，采用就地?zé)o功補(bǔ)償或選配電機(jī)節(jié)電器提高功率因數(shù)，減少線路和電動(dòng)機(jī)的損耗。

4.采用變頻控制節(jié)能技術(shù)。變頻控制通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的適時(shí)調(diào)節(jié)來(lái)改變制冷量的供給，制冷機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，通常以最大功率最大風(fēng)量進(jìn)行制冷，以便能迅速接近設(shè)定溫度。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度后，制冷機(jī)便進(jìn)入低速低能耗狀態(tài)運(yùn)行，可提高制冷機(jī)的制冷系數(shù)，有效節(jié)約電能。五、計(jì)算一臺(tái)額定功率為

37kW的三相異步電動(dòng)機(jī)，輸入功率為31.6kW，負(fù)載率為