(5)當(dāng)電動機負載率經(jīng)常在40%以下,應(yīng)選擇定子繞組接線Δ /Y的自動切換。以100kW異步電動機為例,設(shè)每天有10 h負載率在40%以下,設(shè)負載率低于40%時平均負載率為30%,電動機繞組為Δ 接法,電動機平均效率為85%左右,功率因數(shù)為0.65左右。若在負載率低于40%時,將電動機繞組切換為Y接法,則平均負載率提高到90%,電動機平均效率提高到93%左右,功率因數(shù)提高到0.85左右。由于電動機效率的提高,每天節(jié)電1 0 0 × 0 . 3 × ( 0 . 9 3 - 0 . 8 5 ) ×10=24 kWh。

3.電動機調(diào)速節(jié)電

三相異步電動機機構(gòu)簡單,成本低,運行維護方便,因此它使用廣泛,遍及各行各業(yè)的各個角落,在生產(chǎn)、生活過程中發(fā)揮著極其重要的作用。因此,選用經(jīng)濟、合理、高可靠性、高效的調(diào)速手段就能實現(xiàn)電動機正常運轉(zhuǎn)。三相異步電動機可采用多種方式來實現(xiàn)調(diào)速。根據(jù)電機調(diào)速經(jīng)典公式可知,調(diào)速方式大致可通過改變磁場極對數(shù)p,轉(zhuǎn)差率S,電源頻率f 都可以改變電動機的轉(zhuǎn)速n。因此,其調(diào)速方法有變極調(diào)速,變轉(zhuǎn)差率調(diào)速及變頻調(diào)速三種。

3.1變極調(diào)速

變極調(diào)速是改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)來實現(xiàn)調(diào)速,變極調(diào)速電動機其定子通常裝有1～ 2套三相交流繞組,可獲得2～ 4種成倍數(shù)的轉(zhuǎn)速,只能有級調(diào)速,而且等級有限。因此,三相異步電動機本省調(diào)速性能差。但具有接線簡單、控制方便、價格低;可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用,獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。該方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械,如金屬切削機床、升降機等。

3.2變頻調(diào)速方法

變頻調(diào)速是通過改變定子電源頻率來實現(xiàn)調(diào)速。變頻器實質(zhì)上是一種頻率可調(diào)的交流電源裝置,在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在水泥生產(chǎn)中,三相異步電動機變頻調(diào)速逐步替代了直流電動機調(diào)速方式。目前國內(nèi)大都使用交-直-交變頻器,主要具有調(diào)速平滑,啟動電流小,運行平穩(wěn);效率高,調(diào)速過程中沒有附加損耗;應(yīng)用范圍廣,可用于籠型異步電動機;調(diào)速范圍大,特性硬,精度高;技術(shù)復(fù)雜,造價高,維護檢修困難等特點。對于流量變化的離心式風(fēng)機和泵類負載均具有轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比、功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比的機械特性。當(dāng)流量變化時,調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速可使軸上功率大大減小,從而獲得顯著的節(jié)電效益。

當(dāng)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速下降到額定值的80%時,風(fēng)機功率降低到額定功率的51%;當(dāng)風(fēng)量和轉(zhuǎn)速下降到額定值的60%時,風(fēng)機功率則降低到額定值的21%。對于變頻器電壓選擇的問題,500 V以下小于300 kW的一般可選用低壓變頻器,3 kV以上大于500 kW一般選用高壓變頻器,300 kW～ 500 kW的,高、低壓變頻器都可以使用,低壓電網(wǎng)短路容量大的可選低壓變頻,低壓短路容量小的可選高壓變頻器。另外,變頻器持續(xù)低于25 Hz運行時會導(dǎo)致冷卻風(fēng)扇風(fēng)量不足,1/2轉(zhuǎn)速運行,輸出轉(zhuǎn)矩降10%,1/3轉(zhuǎn)速運行,輸出轉(zhuǎn)矩降20%;電磁噪聲和高次諧波含量增大等不利影響。對于工作頻率大于50 Hz;工作頻率小于10 Hz,長期工作,負載較大;調(diào)速比大于10,且變化頻繁;調(diào)速比較大,轉(zhuǎn)動慣量大,工作周期短,正反交替要求實現(xiàn)能量回饋制動的工作方式建議使用變頻調(diào)速電動機。

3.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(1)繞線式異步電動機串電阻調(diào)速。

在繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路中通過滑環(huán)串接一只可變電阻器,增加轉(zhuǎn)子電阻式轉(zhuǎn)子電流減小,電動機的轉(zhuǎn)矩也隨之下降,同時也產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩,當(dāng)反轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)矩時,電動機便以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行,在串接不同的電阻,改變了轉(zhuǎn)差率來達到調(diào)速的母的。繞線式轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻就是降低激磁電流,轉(zhuǎn)速下降,只能降速,不能提速。此方法設(shè)備簡單,控制方便,但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速,機械特性較軟。

(2)變定子電壓調(diào)速。

當(dāng)異步電動機定子與轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)為恒定時,在一定的轉(zhuǎn)差率下,電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與加在其定子繞組上電壓的平方(即輸入電壓)成正比,因此,改變電動機的定子電壓就可改變其機械特性的函數(shù)關(guān)系,從而改變電動機在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比,因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多,其調(diào)速范圍較小,使一般籠型電動機難以應(yīng)用。為了擴大調(diào)速范圍,調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機,如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機,或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點是線路簡單,易實現(xiàn)自動控制;調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中,效率較低,一般適用于100 kW以下的生產(chǎn)機械。

(3)串級調(diào)速。

串級調(diào)速作為異步電動機十分經(jīng)典的調(diào)速方法之一,長期以來人們進行了大量研究與實踐。近年,隨著電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的應(yīng)用,串級調(diào)速技術(shù)產(chǎn)生飛躍的發(fā)展,在高壓大中型電動機節(jié)能調(diào)速應(yīng)用方面以其控制電壓低、控制功率小,系統(tǒng)簡單,運行可靠,節(jié)電率高而展現(xiàn)出光明的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)串級調(diào)速是將電機的轉(zhuǎn)子回路通過串級調(diào)速控制裝置及逆變變壓器與電網(wǎng)連接。為了便于在轉(zhuǎn)子回路中串入合適的附加電勢,往往將轉(zhuǎn)子交流整流成直流,在直流回路中串入可變直流電勢來實現(xiàn)。裝置將轉(zhuǎn)子三相交流整流成直流并平波后,由有源逆變器提供串入的直流反電勢同時將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率再逆變?yōu)楣ゎl交流,通過逆變變壓器回饋至電網(wǎng)吸收。由于傳統(tǒng)串級調(diào)速是通過調(diào)整逆變器的逆變角(移相觸發(fā))來實現(xiàn)對等效反電勢的調(diào)節(jié)的。這種移相觸發(fā)的方法存在著功率因數(shù)低及可靠性差的缺點?，F(xiàn)代串級調(diào)速則把逆變角固定下來并設(shè)在最小值,產(chǎn)生一恒定的附加直流反電勢,等效電勢大小的調(diào)節(jié)由斬波器來完成。通過調(diào)節(jié)斬波器導(dǎo)通時間與斬波周期的比率(即占空比或PWM調(diào)制脈寬),來改變串入轉(zhuǎn)子回路的等效電勢的大小,從而改變轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)差率,達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的?，F(xiàn)代串級調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速范圍寬,無級,平滑;具有良好的硬機械特性;電機轉(zhuǎn)子側(cè)施加控制,控制電壓低,變流裝置控制容量小,總控制容量僅為電機額定容量的14.815%;自身功耗小,諧波分量小,系統(tǒng)簡單等突出的優(yōu)點。

(4)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。

電磁調(diào)速電動機由籠型電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源(控制器)三部分組成。直流勵磁電源功率較小,通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成,改變晶閘管的導(dǎo)通角,可以改變勵磁電流的大小。運行時,電磁調(diào)速電機部分是全速運行的,輸出軸部分是通過電磁調(diào)速器調(diào)節(jié)改變可控硅的導(dǎo)通角,使輸出直流電壓的高低被改變,即控制了滑差離合器(與輸出軸相連)的激磁電流,滑差離合器的轉(zhuǎn)速隨著激磁電流(耦合)的改變而改變。電磁調(diào)速電動機的調(diào)速特點主要為裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運行可靠、維修方便;調(diào)速平滑、無級調(diào)速,對電網(wǎng)無諧影響等特點,本方法適用于中、小功率,要求平滑動、短時低速運行的生產(chǎn)機械。

(5)液力耦合器調(diào)速。

液力耦合器是一種利用液體介質(zhì)傳遞轉(zhuǎn)速得機械設(shè)備,通過連續(xù)改變液體的壓力來進行調(diào)速。壓力越大,輸出轉(zhuǎn)速越高。這是高壓電機領(lǐng)域中最傳統(tǒng)的調(diào)速方式,但這種方式能耗大,效率低。原因是存在嚴(yán)重的耦合損失和轉(zhuǎn)差損失。耦合損失是由于液壓油內(nèi)摩擦造成的,轉(zhuǎn)差損失是由于調(diào)速時輸出軸和輸入軸存在轉(zhuǎn)差造成的。這種損失隨轉(zhuǎn)差的增加而上升,即效率η=1-S,其中S為轉(zhuǎn)差率,這兩部分都轉(zhuǎn)為熱量消失。另外,受執(zhí)行機構(gòu)和液壓機構(gòu)限制,調(diào)速精度差,同時還存在嚴(yán)重的非線性,只在15%-85%之間調(diào)節(jié)線性區(qū),但存在在增速與減速間逆差間隙,造成自動系統(tǒng)很難投入運行。并且需要一整套油系統(tǒng),維護工作量大。對于風(fēng)機泵類負載,由于負載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化,原傳動輸入功率則轉(zhuǎn)速的平方率降低,損耗功率相對小一些,但輸出功率是按轉(zhuǎn)速得立方率減小,調(diào)速效率仍然很低。液力耦合器的調(diào)速平均效率在50%左右。

4 降低電動機的基波與諧波損耗

7 電動機無功補償技術(shù)

電機功率因數(shù)降低原因可能由如下原因造成。

①電機安裝問題。

氣隙調(diào)整不均,空載電流增大,功率因數(shù)降低。中心定位不準(zhǔn),電機竄動引起磁場變化,使空載電流增大,功率因數(shù)降低。

②電壓質(zhì)量問題。

電壓過高,鐵芯飽和,空載電流增大,功率因數(shù)降低。電壓過低,對于恒負載電機,轉(zhuǎn)差率上升,功率因數(shù)降低。

③電機輕載運行。

空載時,功率因數(shù)0.2～ 0.3。額定負載時,功率因數(shù)0.7～ 0.9。輕載運行時,功率因數(shù)0.3～ 0.7。

④電機啟動。

電機啟動電流是額定電流的3～ 8倍,功率因數(shù)為0.15～ 0.30。

電機功率因數(shù)低的危害主要表現(xiàn)在增加變壓器和線路損耗,使線路末端電壓降低,影響供電質(zhì)量。當(dāng)無功波動較大時,無功補償裝置則由若干支路濾波器組成,并根據(jù)無功大小自動控制各支路濾波器的投切。無功波動越大,濾波支路越多,在滿足無功波動時不過補和功率因數(shù)達到要求的前提下,濾波支路越少越好,自動投切頻度越低越好。(見圖1)

8 結(jié)論

積極發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)是節(jié)約能源、改善環(huán)境質(zhì)量的有效措施,由于熱電廠熱效率均能超過常規(guī)火電廠的熱效率一倍以上,那么熱電廠的經(jīng)濟運行主要表現(xiàn)在有效節(jié)能上,節(jié)能思想應(yīng)貫穿在熱電廠的規(guī)劃、設(shè)計、運行、管理等各方面,那么對于電機節(jié)能降耗的考慮在我廠熱電項目中也得到了很好的應(yīng)用。首先,項目設(shè)計綜合廠用電率為18.20%,供熱廠用電率為7.82 kWh/GJ,發(fā)電廠用電率為3.77%。電氣主接線為擴大單元接線,兩臺25 MW發(fā)電機組并列接至63 MVA主變,通過110 kV向外送電。廠用電系統(tǒng)采用10 kV中性點非有效接地方式,兩臺機組各自帶一段10 kV廠用電,中間通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)進行兩段母線的聯(lián)絡(luò)。項目200 kW以上的主要工藝電機都采用10 kV電源,并按照實際工藝負荷要求分配在兩端廠用電母線上,盡可能地提高了電機的負荷率。同時在電機選擇和調(diào)速方式的問題上,給水泵電機(1600 kW)采用了湘潭電機YX系列高效電機,采用了液力耦合器調(diào)速, 主要考慮啟動性能的問題; 送風(fēng)機(315 kW)調(diào)速范圍較廣,采用了高壓變頻調(diào)速方式,并配套采用了湘潭電機高效變頻電機;引風(fēng)機(630 kW)調(diào)速范圍較窄,采用了內(nèi)饋式斬波串級調(diào)速方式,并配套采用了湘潭電機高效內(nèi)饋電機等,基本做到了按需規(guī)劃電機的運行工況及調(diào)速方式,并盡可能考慮以后運行維護的方便。由于發(fā)電機本身也是一個無功電源,所以在無功補償方面基本可以滿足要求。盡管我們提前做了一些工作,但是真正做到電機的節(jié)能降耗還在于以后加強生產(chǎn)管理,嚴(yán)格能源管理來實現(xiàn)降低廠用電率的要求。雖然熱電廠的經(jīng)濟運行不僅僅表現(xiàn)在異步電機的節(jié)能降耗上,還可以從改善燃煤質(zhì)量,降低制粉系統(tǒng)單耗,提鍋爐燃燒效率,提高汽輪機效率,改善蒸汽質(zhì)量和增加熱用戶等方面去實現(xiàn),但至少它是一條重要的實現(xiàn)途徑也是我們應(yīng)該重視的一項工作,對于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益也有很大的作用。

作者：江煉強  來源：《科技資訊》