節能降耗的“長(cháng)電方案”:變頻調速系統與高效電機


隨著(zhù)環(huán)境惡化、資源匱乏,節能環(huán)保理念越來(lái)越深入到經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展中,各國都在節能環(huán)保技術(shù)及推廣方面加大投資。隨著(zhù)我國《“十二五”節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)規劃》的出臺,節能環(huán)保被推上了一個(gè)新高度。

電機高效節能的兩種重要方式:變頻調速系統與高效電機。

本文闡述了變頻調速系統在風(fēng)機與泵類(lèi)負載中的節能原理與特點(diǎn);高效電機提高效率降低損耗的措施;高效電機與普通電機區別的特點(diǎn)。

1.引言

隨著(zhù)環(huán)境惡化、資源匱乏,節能環(huán)保理念越來(lái)越深入到經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展中,各國都在節能環(huán)保技術(shù)及推廣方面加大投資。隨著(zhù)我國《“十二五”節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)規劃》的出臺,節能環(huán)保被推上了一個(gè)新高度。

目前我國電動(dòng)機裝機總容量已達4億多KW,年耗電量達1.2萬(wàn)億KWh,占全國總用電量的60%,占工業(yè)用電量的80%,其中風(fēng)機、水泵、壓縮機的裝機總容量已超過(guò)2億KW,年耗電量8000億KWh,占全國總用電量的40%左右。這些電動(dòng)機大多在較低的電能利用率下運行,只要將這些電動(dòng)機電能利用率提高10~15%,全年至少可節電100億KW以上。足以看出電機節能的市場(chǎng)巨大潛力和重要性。

電機耗能現象嚴重,不僅增加了企業(yè)生產(chǎn)成本,造成了電力能源的極大浪費,更與我國推行的節能減排戰略不相符。目前提高電機運行效率可以有效地改變電機的高能耗現象,節能效果十分明顯,能耗可比普通電機降低20%至30%。

電動(dòng)機節能的主要途徑,一是通過(guò)變頻調速系統,改善變頻電機的運行效率;二是使用高效電機。

2.變頻調速節能

變頻調速技術(shù)用于節能,目前用得最多的是對風(fēng)機、泵類(lèi)負載設備的調速節能,原因是風(fēng)機、泵類(lèi)負載的轉矩與轉速的平方成正比。用調速的方法改變其負載流量,節電率可達20%~60%等。

我國電廠(chǎng)大部分風(fēng)機和水泵都采用定速驅動(dòng),靠調節風(fēng)門(mén)、風(fēng)道擋板或閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)調節風(fēng)機風(fēng)量,水泵流量來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝對風(fēng)量和水泵流量的要求,造成的電能浪費很?chē)乐?。只有少數風(fēng)機和水泵增設了液力偶合器等裝置調速,雖然改變了負載轉速,但是電動(dòng)機轉速不變,部分能量損耗在液力偶合器中,其運行效率較低,節能效果不明顯。若采用高壓變頻器對風(fēng)機水泵進(jìn)行改造,通過(guò)改變風(fēng)機水泵轉速,從而改變風(fēng)機風(fēng)量,水泵流量以適應生產(chǎn)工藝的需要,運行能耗最省,節能效果非常明顯?,F在變頻調速技術(shù)已成為最理想的一種調速節能方式。

2.1原理。

(1)變頻調速就是通過(guò)改變輸入電源頻率來(lái)調節變頻電動(dòng)機的轉速。

2.2特點(diǎn)。

(1)變頻調速可以實(shí)現變頻起動(dòng),啟動(dòng)時(shí)間短,啟動(dòng)電流小,拖動(dòng)更大的負載轉動(dòng)慣量,并且啟動(dòng)平穩,可無(wú)極平滑調速,對電網(wǎng)及電機無(wú)損害,延長(cháng)機電設備使用壽命。

(2)操作方便維護簡(jiǎn)單,無(wú)需設置調節擋板,避免了節流帶來(lái)的能量損耗。需要調節流量、壓力時(shí),根據前面公式可知,只要改變頻率來(lái)改變電動(dòng)機轉速即可。

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

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

總之,變頻調速作為新型調速節能手段,有利于風(fēng)機、水泵的安全經(jīng)濟運行。不足之處是對電源的質(zhì)量、變頻器的工作環(huán)境以及電機要求比較高,維修費用高等。

3.高效電機

高效電機是指效率較高的電機,其效率應該滿(mǎn)足相關(guān)的能效等級要求。高效電機將新制造工藝及新材料完美運用到核心部件上,通過(guò)電機線(xiàn)圈優(yōu)化設計,有效降低電磁能、熱能和機械能的損耗,提升運轉效率,電機發(fā)熱量小、運行壽命長(cháng)。

3.1降低損耗優(yōu)化措施

眾所周知,電動(dòng)機的損耗主要由定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗、機械損耗和雜散損耗組成,高效、超高效電動(dòng)機的開(kāi)發(fā),必須從降低這五大損耗著(zhù)手,采取多種措施,挖掘潛力,降低損耗,提高電動(dòng)機的效率。

3.1.1增加有效材料,降低銅耗和鐵耗。

對于高效電機,由于效率指標提高較大,為降低繞組損耗和鐵心損耗,需要適當降低電流密度和磁感應強度,因此相應放大了導線(xiàn)截面和增加了鐵心長(cháng)度,部分機座放大了沖片外徑,從而相應增加了有效材料用量。

3.1.2采用相對較高牌號的磁性材料,降低鐵耗。

由于受到軸向尺寸和中心高的限制, 單純的增加有效材料達不到大幅降低鐵耗的目的,因此必須選用更低損耗的冷軋硅鋼片,這對中、大功率規格的電動(dòng)機尤為重要。

3.1.3合理控制電動(dòng)機溫升。

由于溫升受使用材料的多少和機械損耗的影響,在材料不變的情況下,通過(guò)增大冷卻風(fēng)量降低溫升,隨著(zhù)溫升的下降,定、轉子銅耗下降,機械損耗上升,如果定、轉子銅耗下降大于機械損耗上升,效率就會(huì )提高,反之,效率就會(huì )下降。因此合理控制溫升對高效電機提高效率起到關(guān)鍵作用。

3.1.4降低雜散損耗的措施。

(1)改變槽配合當諧波磁場(chǎng)對鐵心表面發(fā)生相對運動(dòng)時(shí),就在鐵心鋼片的表面層附近產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗,因此稱(chēng)為表面損耗,其中主要是渦流損耗。這部分損耗與諧波磁場(chǎng)的幅值和頻率有關(guān),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(guān)。

(2)增大電動(dòng)機氣隙,進(jìn)而減小定、轉子諧波磁通的幅值,可以有效地減少雜散損耗。

3.2高效電機特點(diǎn):

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

(2)需使用更多高質(zhì)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)由于運行溫度較低,電機壽命更長(cháng),可降低維護成本。

(4)典型設計情況下起動(dòng)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。

從節約能源、保護環(huán)境出發(fā),高效電機是現今國際發(fā)展趨勢。2013年工信部將從推廣高效電機、淘汰低效電機以及既有電機系統節能技術(shù)改造等6個(gè)方面入手,推廣、淘汰和節能改造電機及電機系統1億千瓦,擴大高效電機市場(chǎng)份額,促進(jìn)電機產(chǎn)品升級換代和產(chǎn)業(yè)升級。

4.結束語(yǔ)

本文詳細的分析了變頻調速系統在風(fēng)機與水泵負載中通過(guò)改變頻率進(jìn)行速度控制,達到節能的目的,高效電機降低損耗等措施,有效提高電動(dòng)機效率。這對于我國貫徹節能減排國策,節約能源,提高企業(yè)經(jīng)濟效益無(wú)疑具有巨大的意義。 

附表:國內外電機能效標準對應關(guān)系