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鴻泰電機談老舊電機為何要進行節能改造

作者: 18467 次瀏覽 時間:2020-12-29

信息摘要:小型防爆電機廣泛應用于化工、石化、煤炭等行業,已生產130系列2000多種規格,其中02系列、Y系列、Y2系列、YX、YX2系列是我國電機應用市場的主要組成部分。...

  鴻泰電機資料,電動機廣泛應用于各個領域,電動機的耗電量在世界各國的總耗電量中占有相當大的比例,。在中國,電動機的耗電量已經占到社會總耗電量的60%以上。為了滿足不同機械設備的傳動和動力需求,我國的小電機產品品種已發展到140多個系列、600多個品種、5000多個規格;小型防爆電機廣泛應用于化工、石化、煤炭等行業,已生產130系列2000多種規格,其中02系列、Y系列、Y2系列、YX、YX2系列是我國電機應用市場的主要組成部分。據中國電器工業協會電機分會統計,2001年我國大、中、小型交流電機總容量約為4.4萬兆瓦,其中大型電機占7.3%,小型電機占92.7%,小型電機占71.5%,中型電機占21.2%。在這些品種中,小型電機是中國電機市場的主導產品。我國已經具備生產高效電機(YX、YX2、Y2E等高效系列)的技術條件,但由于市場條件不成熟,產量和市場容量較小。1998年,高效電機市場主要出口到美國符合NEMA標準的電機,產出率不到2%。1999年,高效電機市場為2%;2000年為4.7%;2001年僅為6.5%。其中70%以上是出口,在中國市場上使用的產品很少。電機能效的提高對節能、環保、節資具有重要意義。中國2001年實際發電量為1.5萬億千瓦時,其中約50%由電機轉化為機械能。


  因此,電機的輸入功率為7325億千瓦時。如果電機效率提高2%,可以節約146億千瓦時,相當于兩座100萬千瓦電站的年發電量,從而大大降低了一次能源消耗和二氧化碳排放,相應節省了電站建設投資和電機用戶的電費支出。因此,高效電機的節能由于全世界電機的耗電量占全國發電量的大部分,因此提高電機的效率對于節約電能具有重要意義。那么,什么是高效電機呢?它的指數是多少?在中國,人們通常將高效電機稱為高效三相異步電機,即效率水平達到或超過標準規定的節能評估值的電機。與Y系列電機相比,總損耗降低20% ~ 30%,效率提高2% ~ 3%。在美國,根據“電氣設備制造商協會標準”,高效電機的效率比標準電機高2% ~ 6%,損耗降低20% ~ 30%。此外,美國已經出現了超高效率電機,其效率比上述標準電機高0.8% ~ 4%。企業使用的異步電動機根據其工作條件可分為三種:頻繁起動、間歇工作和連續工作。為了提高電機的運行效率,需要使生產機械所需的能量盡可能等于電機在各種狀態下的輸入能量,并有效利用電能。在設計制造部門,要盡量減少電機內部的功率損耗,提高電機的效率。高功率和功率因數是高效節能電機的主要特點。一般常規電機的效率曲線是不均勻的。隨著負載的降低,效率大大降低,使用中的電機都低于額定效率運行。因此,高效節能電機應滿足以下要求:1)功率損耗按額定功率降低30%。2)效率曲線應盡可能平坦。


  3)軸的中心高度和額定尺寸應符合標準。高效節能電機材料多,成本高,只有在較高的負荷率和利用率條件下運行,才能在短時間內收回投資。


  高效電機的應用高效電機的更佳節能效果是應用于連續工作定額、負載穩定、無特殊要求的設備,特別是負載率高(如70%以上)、連續運行時間長(如年運行時間超過3000小時)的設備。機械設備是電機的主要用戶類型。高效電機主要分布在泵、風機、氣體壓縮機,其次是石化設備、石油設備、礦山機械、冶金機械。此外,九大工業部門的用電量占全社會總用電量的35%,其中化工、建材、電力、冶金是更大的用戶,也是節能潛力更大的市場,電機用電量占整個企業用電量的68.9%。從各行業電機的使用情況來看,以Y/Y2系列電機為主,還有相當數量的JO系列電機,而YX高效電機主要用于石油和城市給排水行業。從行業需求來看,石油、石化、化工、紡織、電力、給排水等行業對高效電機應該有一定的市場需求。能耗越大,節能潛力越高,高效電機的應用越廣泛。因為石化、化工、紡織等行業耗能大,電機長時間連續運轉,所以是使用效率更高的行業。石油工業、電力工業、城市給排水次之。電機的調速和節能在20世紀70年代以前,工業上使用的電力驅動設備大多采用交流電機的恒速驅動。因此,長期以來,人們不得不保持交流電機的恒速驅動,在需要流量調節和控制的電驅動系統中,如工業生產中廣泛使用的風扇和泵,使用阻尼器和閥門來調節風速、流速和壓力。這種原始的方法不僅增加了系統的復雜性,而且造成了大量的能量浪費。


  隨著電力電子技術、微電子技術和控制理論的發展,以交流調速為中心的變頻調速技術取得了顯著的發展,并廣泛應用于工業生產的各個領域。以風扇泵為例,根據流體力學原理,流量與轉速成正比,風壓或水頭與轉速的平方成正比,所以軸功率與轉速的立方成正比。理論上,如果流量為額定流量的75%,感應電動機的轉速控制在額定轉速的3/4,其軸功率為額定功率的42%,比調節風門或閥門可降低功率58%;如果流量下降到額定流量的50%,感應電機的轉速將以額定轉速的1/2運行,其軸功率為額定功率的1/8,與調節風門或閥門相比,可降低功率7/8。由于調速的轉差功率損耗和控制裝置的附加功率損耗比調速降低的功率損耗小得多,實際節電效果相當明顯。因此,在低負荷率、大流量變化的風機、泵等流體設備的電氣傳動中應用調速技術可以取得顯著的節能效益,這是風機、泵成為調速技術節能應用的重點對象的主要原因。變頻調速系統的優點變頻器易于控制現有交流電機的速度。在工業生產中,如電廠、礦山、冶金、石油、化工、機械、電子、建材、紡織、輕工等諸多行業,有大量的場合需要電機變速和軟啟動。根據第三次全國工業普查公布的統計數據,我國風機、水泵、壓縮機等通用機械總裝機容量為1.6億千瓦,其中風機約為4900萬千瓦,水泵約為1000萬千瓦,年耗電量為3200億千瓦時,占我國總耗電量的三分之一,占工業耗電量的40%,在國民經濟中發揮著重要作用


  而且實踐證明,用變頻調速代替閥門和擋板控制節能效果明顯,特別是大中型交流電機驅動的風機和泵系統,如果采用變頻調速,節能效果更明顯,投資回收期短,一般為1 ~ 2年。速度范圍大,連續變頻調速系統通過不斷改變變頻器的輸出頻率來實現速度的連續變化,使電機工作在小的轉差范圍內,電機的速度范圍寬,運行效率明顯提高。一般來說,一般變頻器的調速范圍可達110以上,而高性能矢量控制變頻器的調速范圍可達11000。實現正反轉切換很容易,只需要改變相序就可以實現交流電機在電網電壓下運行的正反轉切換。如果在電機仍處于高速時切換相序,電機內會有較大的沖擊電流,甚至有燒毀電機的危險。在變頻調速系統中,通過改變變頻器的輸出頻率,可以將電機降低到低速,然后切換相序。這樣,開關電流可以相對較小,電機的功耗和發熱也大大降低。此外,變頻器有一個接口,與其他設備一起構成自動控制系統。起動電流小,可用于頻繁起動和制動的情況。異步電動機直接起動的起動電流一般是額定電流的5 ~ 6倍,電動機損耗大,所需供電容量也大,不宜頻繁啟停。異步電機由變頻器驅動時,變頻器輸出頻率降低到很低就可以啟動,電機的啟動電流很小,因此可以相應降低變頻器輸入端所需的配電容量。此外,還可以使用變頻器實現電動制動。制動時,變頻器的輸出頻率逐漸降低,負載儲存的機械能轉化為電能反饋給變頻器,要么以熱能的形式消耗,要么通過一定的制動電路反饋給電網。


  因此,變頻驅動交流電機調速系統可以在頻繁啟動和制動的情況下工作。結構簡單,運行安全可靠變頻調速系統中的異步電動機結構簡單,堅固耐用,通常不需要使用齒輪箱等變速裝置。保養維修相對簡單。根據不同的工作環境可以選擇不同的異步電機,但變頻器通常不需要更換。因此,變頻調速系統可用于易燃、易爆、腐蝕性等惡劣環境。鑒于上述變頻調速的一些優點,變頻調速是交流電機調速技術中應用最廣泛、效率更高的一種。交流變頻調速是集電力電子、微電子、自動控制、傳感器、電機等多項先進技術于一體的高科技。近20年的理論發展和應用實踐表明,調速性能好,節能效果明顯,是電力傳動的發展方向;它應用廣泛,為企業節能降耗、提高產品質量和生產效率,最終提高經濟效益提供了技術和物質手段。因此,所有發達都把發展交流電機變頻調速作為提高技術、提高效率、節約能耗的主要措施。所有應用該技術的機組都取得了良好的節電效益。變頻調速系統的投資成本和利潤都投資在節能項目上。是否有收益,回收期是長是短,是所有投資者都非常關心的問題。這個問題的答案是肯定的。但是,鑒于推廣的經驗和教訓


  如果輸出不需要調整而是頻繁啟動,可以購買軟啟動器,降低啟動和制動過程中的能耗,投資相對較小。根據系統的實際工況,選擇最合理的調速方案和最經濟的系統設備。2)變頻調速系統是一種非線性、非正弦的工作狀態,諧波多,會對電機造成電應力,導致電機工作壽命降低。在一些重要的應用場合,需要采用特殊的變頻調速電機,尤其是在1 ~ 10 kV電壓下。在大功率情況下,或者變頻器與電機之間的饋線電纜很長時,應選擇專用電機或輸出正弦波的專用變頻器。成本的增加是必要的。3)變頻器運行中的諧波也對電網造成污染,尤其是大功率電機調速系統,對電網的電能質量造成輕微損害,嚴重時造成供電變壓器或電力電容器燒毀甚至爆炸。而且諧波引起的畸變和無功會增加,系統的功率因數會降低,按照電網的規定會導致較大的罰款。低壓中小功率變頻器也需要采用有源功率因數校正。人們在慶祝節約有功功率時,不能消耗大量的無功功率;成功節能不會破壞電力系統的安全性。一定要慎重考慮一切,采取正確的措施。4)電機調速很多家用電器,電機功率只有幾十瓦或幾百瓦,更大單機1 ~ 2千瓦。在這種情況下,采用傳統的三相交流異步電機實現變頻調速,由于成本高,不一定是更佳的節能調速方法。在這里,永磁無刷電機或具有較低調速成本的改進的開關磁阻電機可以有很大的用途。


  5)采用交流電機變頻調速系統后,不僅可以達到節能效益,還可以達到增產、提質、提高勞動生產率、改善環境等綜合效果。所以在統計系統利潤的時候,也要看它的綜合效益。作為用戶,往往是因為存在更大的非節能效益,才會有更大的決心和動力去實施變頻調速的技術改造。此時,用戶應尊重客觀規律,控制諧波等電力危害。綜上所述,采用交流電機變頻調速節能系統能否在短期內收回投資,取決于綜合投資和綜合效益(利潤)的綜合考慮。變頻器價格每千瓦800 ~ 1500元左右。為了讓這樣一種高效節能的技術長期運行,一些配套技術和產品也要納入成本。該省的就省,不該省的就果斷花。“技術——經濟”的正確綜合決策是推廣應用變頻調速交流電機節能技術的難點。在相互學習的實踐中,要不斷總結經驗教訓,增強對這項技術的深入了解,迅速推進到節能的前沿。為了提高生產效率,節約能源,需要正確選擇系統配置,尤其是該系統中的電機和變頻器,這涉及到可靠性、性能和價格三個因素。變頻調速系統主要包括異步電動機、變頻器、控制環節、負載和傳動機構。在選擇電機時,不僅要考慮驅動機械負載并使其加速所需的電機容量,還要根據生產環境選擇相應的電機保護等級。此外,由于電機不是由電網供電而是由變頻器供電(即在變頻調速運行過程中,電機大部分時間不在電機設計制造的額定工況下工作


  選擇電機時,首先要選擇電機的形式、功率和各種技術參數,使其具有與其所驅動的生產機械相適應的負載特性,并能在各種狀態下穩定工作。電機功率的選擇電機的額定輸出功率理論上通常是根據更大負載來選擇的,但實際上有些電機的輸出功率是周期性變化的。電機的功率損耗多為銅損,與負載電流的平方成正比,功率因數不變時,與輸出功率的平方成正比。因此,如果想知道包括銅損和負載需求在內的電機輸出功率,只需要計算負載的均方根即可。對于負載率低于50%的電機,應根據經濟運行的原則選擇電機功率。如果不經分析計算就更換負載率小于50%的電機,可能會降低電機的效率,增加功率損耗。在確定電機所需的輸出功率時,應注意以下兩個問題:1)對于相關參數值(如摩擦系數、負載、速度、風量、風壓等)。計算功率所需,剩余容量不宜過大。2)選用的電機應滿足負載所需的起動轉矩、更大轉矩和更大負載。對于運行的電機,應確定負載系數。異步電動機的額定效率和功率因數一般根據負載率考慮在75% ~ 的范圍內。異步電動機效率和功率因數與負載變化的關系見下表數據。異步電動機效率、功率因數和負載的關系:負載空載25 PU  0%功率因數0.20.50.770.850.89效率00.780.850.880.87511。


  電機電壓等級的選擇對于中低壓高電壓的電機,仍然存在電壓等級選擇合理的問題,只要選擇合適,電機就會得到保證,我國常用的三相異步電機電壓等級有220伏、380伏、3000伏和6000伏。500伏以下叫低壓,500伏以上叫高壓。下表列出了功率為5千瓦時、極數相同、電壓等級不同的雙鼠籠三相異步電動機的性能指標。不同電壓等級異步電動機的性能指標模型功率/千瓦電壓/伏安電流/效率/%功率因數/COSkdknkmjs  125-8js  126-89595220/380300319/18424 . 891890 . 88888888886因為這種電機力和能量指標高,有利于省電;價格低廉,一次性投資減少,維修方便,一般低壓電器。當然,對于供電線路長、電網容量有限、起動轉矩高或過載能力大的場合,應選用高壓電機。電動機負載特性的選擇異步電動機應用廣泛,它驅動的負載種類很多。根據負荷特性,合理選擇電機對提高設備運行的安全性、可靠性和節能性具有現實意義。電機的運行特性受其驅動的機械負載特性的影響。一些機器,如大多數風扇、鼓風機、離心機、壓縮機等。要求較小的起動扭矩,但起動后所需的拖動扭矩隨著轉速的增加而增加,因此通常選擇具有一般機械特性的電機。其他機器,如往復式空氣壓縮機、帶負荷輸送機等,需要較大的啟動扭矩,因此往往選用高轉差率的電機。該電機也適用于沖擊負載或需要頻繁啟動的負載,如沖床、抽油泵和起重機械。


  因此,為了達到節能和安全運行的標準,只有電機的機械特性和它所支持的負載特性要合理匹配。


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