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YRKS6301-8鸿泰电机谈老旧电机为何要进行节能改造

作者: 9363 次浏览 时间:2020-12-29

信息摘要:小型防爆电机广泛应用于化工、石化、煤炭等行业,已生产130系列2000多种规格,其中02系列、Y系列、Y2系列、YX、YX2系列是我国电机应用市场的主要组成部分。...

  鸿泰电机资料,电动机广泛应用于各个领域,电动机的耗电量在世界各国的总耗电量中占有相当大的比例,。在中国,电动机的耗电量已经占到社会总耗电量的60%以上。为了满足不同机械设备的传动和动力需求,我国的小电机产品品种已发展到140多个系列、600多个品种、5000多个规格;小型防爆电机广泛应用于化工、石化、煤炭等行业,已生产130系列2000多种规格,其中02系列、Y系列、Y2系列、YX、YX2系列是我国电机应用市场的主要组成部分。据中国电器工业协会电机分会统计,2001年我国大、中、小型交流电机总容量约为4.4万兆瓦,其中大型电机占7.3%,小型电机占92.7%,小型电机占71.5%,中型电机占21.2%。在这些品种中,小型电机是中国电机市场的主导产品。我国已经具备生产高效电机(YX、YX2、Y2E等高效系列)的技术条件,但由于市场条件不成熟,产量和市场容量较小。1998年,高效电机市场主要出口到美国符合NEMA标准的电机,产出率不到2%。1999年,高效电机市场为2%;2000年为4.7%;2001年仅为6.5%。其中70%以上是出口,在中国市场上使用的产品很少。电机能效的提高对节能、环保、节资具有重要意义。中国2001年实际发电量为1.5万亿千瓦时,其中约50%由电机转化为机械能。


  因此,电机的输入功率为7325亿千瓦时。如果电机效率提高2%,可以节约146亿千瓦时,相当于两座100万千瓦电站的年发电量,从而大大降低了一次能源消耗和二氧化碳排放,相应节省了电站建设投资和电机用户的电费支出。因此,高效电机的节能由于全世界电机的耗电量占全国发电量的大部分,因此提高电机的效率对于节约电能具有重要意义。那么,什么是高效电机呢?它的指数是多少?在中国,人们通常将高效电机称为高效三相异步电机,即效率水平达到或超过标准规定的节能评估值的电机。与Y系列电机相比,总损耗降低20% ~ 30%,效率提高2% ~ 3%。在美国,根据“电气设备制造商协会标准”,高效电机的效率比标准电机高2% ~ 6%,损耗降低20% ~ 30%。此外,美国已经出现了超高效率电机,其效率比上述标准电机高0.8% ~ 4%。企业使用的异步电动机根据其工作条件可分为三种:频繁起动、间歇工作和连续工作。为了提高电机的运行效率,需要使生产机械所需的能量尽可能等于电机在各种状态下的输入能量,并有效利用电能。在设计制造部门,要尽量减少电机内部的功率损耗,提高电机的效率。高功率和功率因数是高效节能电机的主要特点。一般常规电机的效率曲线是不均匀的。随着负载的降低,效率大大降低,使用中的电机都低于额定效率运行。因此,高效节能电机应满足以下要求:1)功率损耗按额定功率降低30%。2)效率曲线应尽可能平坦。


  3)轴的中心高度和额定尺寸应符合标准。高效节能电机材料多,成本高,只有在较高的负荷率和利用率条件下运行,才能在短时间内收回投资。


  高效电机的应用高效电机的更佳节能效果是应用于连续工作定额、负载稳定、无特殊要求的设备,特别是负载率高(如70%以上)、连续运行时间长(如年运行时间超过3000小时)的设备。机械设备是电机的主要用户类型。高效电机主要分布在泵、风机、气体压缩机,其次是石化设备、石油设备、矿山机械、冶金机械。此外,九大工业部门的用电量占全社会总用电量的35%,其中化工、建材、电力、冶金是更大的用户,也是节能潜力更大的市场,电机用电量占整个企业用电量的68.9%。从各行业电机的使用情况来看,以Y/Y2系列电机为主,还有相当数量的JO系列电机,而YX高效电机主要用于石油和城市给排水行业。从行业需求来看,石油、石化、化工、纺织、电力、给排水等行业对高效电机应该有一定的市场需求。能耗越大,节能潜力越高,高效电机的应用越广泛。因为石化、化工、纺织等行业耗能大,电机长时间连续运转,所以是使用效率更高的行业。石油工业、电力工业、城市给排水次之。电机的调速和节能在20世纪70年代以前,工业上使用的电力驱动设备大多采用交流电机的恒速驱动。因此,长期以来,人们不得不保持交流电机的恒速驱动,在需要流量调节和控制的电驱动系统中,如工业生产中广泛使用的风扇和泵,使用阻尼器和阀门来调节风速、流速和压力。这种原始的方法不仅增加了系统的复杂性,而且造成了大量的能量浪费。


  随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展,以交流调速为中心的变频调速技术取得了显著的发展,并广泛应用于工业生产的各个领域。以风扇泵为例,根据流体力学原理,流量与转速成正比,风压或水头与转速的平方成正比,所以轴功率与转速的立方成正比。理论上,如果流量为额定流量的75%,感应电动机的转速控制在额定转速的3/4,其轴功率为额定功率的42%,比调节风门或阀门可降低功率58%;如果流量下降到额定流量的50%,感应电机的转速将以额定转速的1/2运行,其轴功率为额定功率的1/8,与调节风门或阀门相比,可降低功率7/8。由于调速的转差功率损耗和控制装置的附加功率损耗比调速降低的功率损耗小得多,实际节电效果相当明显。因此,在低负荷率、大流量变化的风机、泵等流体设备的电气传动中应用调速技术可以取得显著的节能效益,这是风机、泵成为调速技术节能应用的重点对象的主要原因。变频调速系统的优点变频器易于控制现有交流电机的速度。在工业生产中,如电厂、矿山、冶金、石油、化工、机械、电子、建材、纺织、轻工等诸多行业,有大量的场合需要电机变速和软启动。根据第三次全国工业普查公布的统计数据,我国风机、水泵、压缩机等通用机械总装机容量为1.6亿千瓦,其中风机约为4900万千瓦,水泵约为1000万千瓦,年耗电量为3200亿千瓦时,占我国总耗电量的三分之一,占工业耗电量的40%,在国民经济中发挥着重要作用


  而且实践证明,用变频调速代替阀门和挡板控制节能效果明显,特别是大中型交流电机驱动的风机和泵系统,如果采用变频调速,节能效果更明显,投资回收期短,一般为1 ~ 2年。速度范围大,连续变频调速系统通过不断改变变频器的输出频率来实现速度的连续变化,使电机工作在小的转差范围内,电机的速度范围宽,运行效率明显提高。一般来说,一般变频器的调速范围可达110以上,而高性能矢量控制变频器的调速范围可达11000。实现正反转切换很容易,只需要改变相序就可以实现交流电机在电网电压下运行的正反转切换。如果在电机仍处于高速时切换相序,电机内会有较大的冲击电流,甚至有烧毁电机的危险。在变频调速系统中,通过改变变频器的输出频率,可以将电机降低到低速,然后切换相序。这样,开关电流可以相对较小,电机的功耗和发热也大大降低。此外,变频器有一个接口,与其他设备一起构成自动控制系统。起动电流小,可用于频繁起动和制动的情况。异步电动机直接起动的起动电流一般是额定电流的5 ~ 6倍,电动机损耗大,所需供电容量也大,不宜频繁启停。异步电机由变频器驱动时,变频器输出频率降低到很低就可以启动,电机的启动电流很小,因此可以相应降低变频器输入端所需的配电容量。此外,还可以使用变频器实现电动制动。制动时,变频器的输出频率逐渐降低,负载储存的机械能转化为电能反馈给变频器,要么以热能的形式消耗,要么通过一定的制动电路反馈给电网。


  因此,变频驱动交流电机调速系统可以在频繁启动和制动的情况下工作。结构简单,运行安全可靠变频调速系统中的异步电动机结构简单,坚固耐用,通常不需要使用齿轮箱等变速装置。保养维修相对简单。根据不同的工作环境可以选择不同的异步电机,但变频器通常不需要更换。因此,变频调速系统可用于易燃、易爆、腐蚀性等恶劣环境。鉴于上述变频调速的一些优点,变频调速是交流电机调速技术中应用最广泛、效率更高的一种。交流变频调速是集电力电子、微电子、自动控制、传感器、电机等多项先进技术于一体的高科技。近20年的理论发展和应用实践表明,调速性能好,节能效果明显,是电力传动的发展方向;它应用广泛,为企业节能降耗、提高产品质量和生产效率,最终提高经济效益提供了技术和物质手段。因此,所有发达都把发展交流电机变频调速作为提高技术、提高效率、节约能耗的主要措施。所有应用该技术的机组都取得了良好的节电效益。变频调速系统的投资成本和利润都投资在节能项目上。是否有收益,回收期是长是短,是所有投资者都非常关心的问题。这个问题的答案是肯定的。但是,鉴于推广的经验和教训


  如果输出不需要调整而是频繁启动,可以购买软启动器,降低启动和制动过程中的能耗,投资相对较小。根据系统的实际工况,选择最合理的调速方案和最经济的系统设备。2)变频调速系统是一种非线性、非正弦的工作状态,谐波多,会对电机造成电应力,导致电机工作寿命降低。在一些重要的应用场合,需要采用特殊的变频调速电机,尤其是在1 ~ 10 kV电压下。在大功率情况下,或者变频器与电机之间的馈线电缆很长时,应选择专用电机或输出正弦波的专用变频器。成本的增加是必要的。3)变频器运行中的谐波也对电网造成污染,尤其是大功率电机调速系统,对电网的电能质量造成轻微损害,严重时造成供电变压器或电力电容器烧毁甚至爆炸。而且谐波引起的畸变和无功会增加,系统的功率因数会降低,按照电网的规定会导致较大的罚款。低压中小功率变频器也需要采用有源功率因数校正。人们在庆祝节约有功功率时,不能消耗大量的无功功率;成功节能不会破坏电力系统的安全性。一定要慎重考虑一切,采取正确的措施。4)电机调速很多家用电器,电机功率只有几十瓦或几百瓦,更大单机1 ~ 2千瓦。在这种情况下,采用传统的三相交流异步电机实现变频调速,由于成本高,不一定是更佳的节能调速方法。在这里,永磁无刷电机或具有较低调速成本的改进的开关磁阻电机可以有很大的用途。


  5)采用交流电机变频调速系统后,不仅可以达到节能效益,还可以达到增产、提质、提高劳动生产率、改善环境等综合效果。所以在统计系统利润的时候,也要看它的综合效益。作为用户,往往是因为存在更大的非节能效益,才会有更大的决心和动力去实施变频调速的技术改造。此时,用户应尊重客观规律,控制谐波等电力危害。综上所述,采用交流电机变频调速节能系统能否在短期内收回投资,取决于综合投资和综合效益(利润)的综合考虑。变频器价格每千瓦800 ~ 1500元左右。为了让这样一种高效节能的技术长期运行,一些配套技术和产品也要纳入成本。该省的就省,不该省的就果断花。“技术——经济”的正确综合决策是推广应用变频调速交流电机节能技术的难点。在相互学习的实践中,要不断总结经验教训,增强对这项技术的深入了解,迅速推进到节能的前沿。为了提高生产效率,节约能源,需要正确选择系统配置,尤其是该系统中的电机和变频器,这涉及到可靠性、性能和价格三个因素。变频调速系统主要包括异步电动机、变频器、控制环节、负载和传动机构。在选择电机时,不仅要考虑驱动机械负载并使其加速所需的电机容量,还要根据生产环境选择相应的电机保护等级。此外,由于电机不是由电网供电而是由变频器供电(即在变频调速运行过程中,电机大部分时间不在电机设计制造的额定工况下工作


  选择电机时,首先要选择电机的形式、功率和各种技术参数,使其具有与其所驱动的生产机械相适应的负载特性,并能在各种状态下稳定工作。电机功率的选择电机的额定输出功率理论上通常是根据更大负载来选择的,但实际上有些电机的输出功率是周期性变化的。电机的功率损耗多为铜损,与负载电流的平方成正比,功率因数不变时,与输出功率的平方成正比。因此,如果想知道包括铜损和负载需求在内的电机输出功率,只需要计算负载的均方根即可。对于负载率低于50%的电机,应根据经济运行的原则选择电机功率。如果不经分析计算就更换负载率小于50%的电机,可能会降低电机的效率,增加功率损耗。在确定电机所需的输出功率时,应注意以下两个问题:1)对于相关参数值(如摩擦系数、负载、速度、风量、风压等)。计算功率所需,剩余容量不宜过大。2)选用的电机应满足负载所需的起动转矩、更大转矩和更大负载。对于运行的电机,应确定负载系数。异步电动机的额定效率和功率因数一般根据负载率考虑在75% ~ 的范围内。异步电动机效率和功率因数与负载变化的关系见下表数据。异步电动机效率、功率因数和负载的关系:负载空载25 PU  0%功率因数0.20.50.770.850.89效率00.780.850.880.87511。


  电机电压等级的选择对于中低压高电压的电机,仍然存在电压等级选择合理的问题,只要选择合适,电机就会得到保证,我国常用的三相异步电机电压等级有220伏、380伏、3000伏和6000伏。500伏以下叫低压,500伏以上叫高压。下表列出了功率为5千瓦时、极数相同、电压等级不同的双鼠笼三相异步电动机的性能指标。不同电压等级异步电动机的性能指标模型功率/千瓦电压/伏安电流/效率/%功率因数/COSkdknkmjs  125-8js  126-89595220/380300319/18424 . 891890 . 88888888886因为这种电机力和能量指标高,有利于省电;价格低廉,一次性投资减少,维修方便,一般低压电器。当然,对于供电线路长、电网容量有限、起动转矩高或过载能力大的场合,应选用高压电机。电动机负载特性的选择异步电动机应用广泛,它驱动的负载种类很多。根据负荷特性,合理选择电机对提高设备运行的安全性、可靠性和节能性具有现实意义。电机的运行特性受其驱动的机械负载特性的影响。一些机器,如大多数风扇、鼓风机、离心机、压缩机等。要求较小的起动扭矩,但起动后所需的拖动扭矩随着转速的增加而增加,因此通常选择具有一般机械特性的电机。其他机器,如往复式空气压缩机、带负荷输送机等,需要较大的启动扭矩,因此往往选用高转差率的电机。该电机也适用于冲击负载或需要频繁启动的负载,如冲床、抽油泵和起重机械。


  因此,为了达到节能和安全运行的标准,只有电机的机械特性和它所支持的负载特性要合理匹配。