风机水泵电动机的节能.pdf

第3 2 卷2 0 1 4 年第 1 期 总第 1 6 9 期 问题研究 问题研究 风机水泵 电动机的节能 高辉李国军 鞍钢集团工程技术有限公司 鞍凌钢铁集团有限公司能源动力厂鞍山 1 1 4 0 2 1 【 摘要】 分析了风机、 水泵类电动机的节能原理 ， 介绍了电动机节能改造的一些方法， 探讨 了 在电力电子 新技术条件下的节能新途径。 【 关键词】 节能原理损耗软起动变频P L C控制 En e r g y S a v i n g o f t h e M o t o r f o r W a t e r Pu mp G A O H u i ， L I G u o - j u n A n s t e e l E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y CO． ， L t d ． ； E n e r g yP o w e r P l a n t o f A n l i n gI r o nS t e e l G r o u p C o ． ， L t d ． ， A n s h a n 1 1 4 0 2 【 A b s t r a c t ] A n a ly z e t h e p ri n c i p l e o f m o t o r e n e r g y s a v i n g f o r t h e f a n a n d w a t e r p u m p ， a n d d e s c ri b e s o me me t h o d s o f e n e r gy s a v i n g r e c o n s t r u c t i o n ．Di s c u s s t h e n e w e n e r gy s a v i n g a p p r o a c h e s i n t h e n e w t e c h ni c a l c o n ． d i t i o n o f e l e c t ric p o we r a n d e l e c t r o n i c ． 【 K e y w o r d s ] E n e r gy s a v i n g p ri n c i p l e ， l o s s ， s o ft s t a r t w i t h v a r i a b l e e q u e n c y ， P L C c o n t r o l 0 引言 在冶金及化工工业的用电设施中， 风机水泵 占很大比例， 国家规定风机效率不能低于7 0 ％， 水 泵效率不能低于6 0 ％ ， 但由于选型不当、 安装维 护检修不良、 设备陈旧等实际运行效率不到7 0 ％， 最低的只有 1 5 ％左右 ， 水泵的使用效率也普遍低 于泵的最高效率 1 0 ％～ 2 0 ％ 一般设计的平均效率 为8 7 ％ ， 电力浪费严重。钢企节电工作主要是对 其负载设备进行全面综合的节电改造， 节电率有 望达到 4 0 ％以上。 国家鼓励企业使用高效节能电动机 ， 限制并 禁止落后低效电动机产品的生产销售和使用。对 冶金、 化工和电力行业， 用变频技术及计算机控制 技术改造风机水泵是重点的改造领域。 1 风机水泵的节能原理 风机水泵运行的动力都是电动机， 只是输送 的介质不同， 因此在电动机设计及制造上要给予 考虑 ， 以便延长寿命 ， 提高效率 ， 减少能量损失。 风机水泵类一般采用异步电动机。异步电动机转 速公式为 n n o 1 一 6 0 1 一 s ．7 式中 n 电动机转速 ； 46 ． iZ 。 电动机同步转速； P 电动机极对数； s 转差率； 厂 电源频率 。 按流体力学原理可知， 在控制水泵转速时， 水 泵的输出流量与转速成正比， 水泵的供水压力与 转速的平方成正比。所消耗的功率等于流量与压 力的乘积， 具体关系为 Q k , n Pk 2 n Pk j k 2 n 式中 Q流量 ； P压力 ； P功率 ； k ． ， ， k ， 比例系数。 由于轴功率与转速的立方成正比， 当水泵速 度下降时， 其功率将大幅度下降， 因此 ， 调节水泵 转速即可充分节能。 2 风机水泵的节能方法 风机水泵电动机的节能方法可分为以下几种。 栏目编辑 孙维宁 问题研究 第3 2 卷2 0 1 4 年第1 期 总第 1 6 9 期 2 ． 1 改进 电动 机 星三角变换是因电动机经常处于轻载和空载 状态而进行的改变， 它可以提高功率因数。适应 于电动机三角形接线的相电压与星形接线的线电 压相等时才允许变换使用。改接线和变极也是在 电动机改造中常用的手段， 磁楔和磁泥应用于高 压大功率电动机， 它可以减少由于电动机定子、 转 子槽齿效应产生的高频涡流损耗和磁滞损耗， 从 而节约电能。永磁电动机是新型节能技术， 可以 节能 1 5 ％ 3 0 ％。 2 ． 2 改进技术管理 许多企业 由于管理 、 工艺、 技术等方面的原 因， 电力利用率普遍低， 节能潜力巨大， 应通过各 种技术手段来降低电费成本、 提高利润率。 1 降低电动机电能消耗最简便易行的方法是 淘汰落后的高耗能旧系列电动机， 大力推广Y系列 小型异步电动机， 尽量采用高效电动机及永磁电动 机。在更换时应参考厂家给出的对应关系对容量 进行考虑。防护等级、 工作电压 、 工作制等要满足 负载要求。更换后， 应能在2 ～ 3 a 内收回成本。 2 在新项 目和新工程上要合理选择电动机 型式和容量， 选型按照功率 、 型式、 极数、 效率 、 功 率因数和使用条件等几方面考虑。功率相同的电 动机 ， 优先考虑少极电动机 ， 然后考虑运行方式、 效率和功率因数。如需增大减速比， 则将降低传 动系统总效率。如连续运行、 负载率大、 且不经常 启制动时， 应优先考虑高效率电动机。如需选用 多速异步电动机时， 应注意单绕组多速电动机比 双绕组多速电动机效率高、 成本低， 可优先采用。 可用大功率电动机代替多个小型电动机。在容 量 、 转速、 形式相同的情况下， 笼型电动机的效率 和功率因数比绕线型电动机可高4 ％～ 5 ％。环境条 件允许时， 优先选用开启式电动机 ， 因为它比封闭 式电动机 、 防爆式电动机造价低， 各种参数也优 越。其他考虑因素为维护保养难易、 可靠性、 设备 费、 运行费以及负载条件等。 2 ． 3 电动机电压等级的选择 在电压等级方面， 大于3 1 5 k W的电动机， 宜采 用高压电动机 ， 可降低损耗2 0 ％。Y X型高压异步 电动机， 比Y型电动机提高效率3 ％， 损耗降低 2 0 ％ ～3 0 ％ 。对于一个实施完成的工程， 风机、 水泵及 输送系统的特性就确定了， 而外部条件却总在变 化， 因此， 会出现损耗。在工程上可采用多种调速 技术。负载比较小， 可采用高低方案， 即电网是高 压， 电动机是低压。如果负载比较大， 推荐高高方 案， 即直接用高压变频， 下面带高压电动机。 3 电动机节能新技术 采用新设计新材料可以减少损耗 ， 有些可以 大幅度节能降耗 ， 比如高效电动机和永磁电动机。 1 永磁电动机 电动机转子采用永磁技术可 减少 1 5 ％～ 3 0 ％的电动机损耗 ， 永磁转子比铜更优 越p 。它用稀土钕铁硼永磁材料， 而永磁体不必励 磁 ， 功率因数几乎为 1 ， 可以消除所有的转子损 耗， 使电动机小型化。 ． 2 高效电动机是采用机翼型轴式风扇 ， 配以 空气动力性很好的风罩， 可以不必再对生产系统 进行节能和变频改造。 3 软启动器 是电力电子技术与自动控制技 术相结合的电气装置， 它主要 由串接于电源与被 控电动机之间的三相反并联晶闸管及其控制电路 构成。软启动器的工作原理见图1 。 旁路接触器正常运行 图1 软启动器工作原理 它运用移相控制原理， 在启动过程中， 控制晶 闸管的导通角逐渐增大， 使电动机的端电压从零 以设定的函数关系逐渐上升 ， 启动转矩及转速亦 逐渐增高， 实现无冲击启动。启动完毕后自动转 入全电压运行。 4 变频器 它是将固定频率的交流电 三相 或单相 变换成频率连续可调的三相交流电源。 变频器输入端接至频率固定的交流电源， 输 出端输出的是频率在一定范围内连续可调的三相 交流电源， 接至电动机。当频率 连续可调时， 电 动机的同步转速 n 。 也连续可调。因为异步电动机 的转子转速 总是 比同步转速 n 。 略低一些。所 当 n 。 连续可调时， n 也连续可调， 它的原理是这 样的， 对于恒转矩负载类 ， 即不管转速如何变化 ， 负载转矩是恒定的。P K T n， j 是系数， 是负 载转矩 ， n 是转速 。从以上公式可以看出， 轴功 ． 4 7 ． 第3 2 卷2 0 1 4 年第 1 期 总第1 6 9 期 问题研究 率与电动机的转速成正比， 当由于工艺的需要而 调整电动机转速时 ， 自然可以达到相应比例的节 电的目的。 变频器的发展对与之配套的电动机提出了新 的要求， 以往对配套电动机的研究， 主要在减少变 频器供电电源的谐波分量所引起的电动机损耗增 加、 温升升高、 振动加大、 噪声增大以及谐波转矩 增大等方面。但高频变频器的高频脉冲严重影响 电动机的绝缘和寿命 ， 因此， 要合理选用变频器， 减轻电动机过热现象 ， 可增加电动机绕组绝缘和 安装冷却风扇。 变频器不是节能器， 在对单个设备进行改造 后， 为了进一步节能， 可对整个系统进行无功补 偿， 因为变频调速器、 半导体整流设备、 不间断电 源、 计算机、 节能灯和复印机等负载具有显著的非 线性特征， 可导致电网电压波形畸变， 使电能质量 恶化， 从而产生电能损耗 ， 对其补偿将会节约大部 分电能。 ． 5 P L C 可编程序控制器 控制 P L C 结合变 频器可以在风机水泵中实现节能， P L C 主要用于对 风机水泵电动机的信号采集 、 计算 以及控制变频 器输出频率， 以此来控制电动机。把用电设备回 路所使用的接触器上的点输人P L C ， 用P L C 对设备 运行条件及环境因素的判断来实现变频器的多段 速度控制 ， 从而调整风机水泵的 自动运行 ， 或控制 ；、 f ； [ 上接第4 5 页] 面， 如有水垢 ， 改用细砂纸擦拭 ， 特别是铜管的上 端面向下3 5 0 m m区域内要仔细擦拭 ， 如垢膜不易 擦落时， 可用手提式布砂轮机抛光 ， 以保证铜管良 好的导热性。 2 长期存放的结晶器在投人使用前， 必须重 新解体， 清除氧化皮 ， 并用压缩空气吹扫， 保持结 晶器壳体内腔洁净。 3 结晶器装配后， 需对铜管内腔锥度二次检 测， 如变形量超过0 ．3 ra m时必须重新装配， 必要时 进行金加工处理， 以校正中心。另外可选用质地 48 ． 设备的投入或切除， 这样对风机转速和水泵的出 水回水进行调控， 可在不同的风量和水量的需求 下运转， 从而达到节能的目的。 4 结论 1 根据 电动机 的工况进行 星三角变换和改 接线变极、 对于大型电动机采用磁楔和磁泥、 积极 采用永磁电动机和高效电动机 ， 都可以达到节能 的目的。 2 推广变频调速技术， 采用P L C 控制来改造 风机水泵类系统调节方式， 都提高机组本体及系 统运行效率。以先进的电力电子技术传动方式改 造传统机械传动方式， 逐步采用交流调速取代直 流调速 ， 通过优化电动机系统的运行和控制 也可 以实现系统经济运行。 3 风机水泵类改造后， 应建立完善的电动机 系统能耗、 效率等强制性标准和淘汰更新制度， 对 于因变频没备过多导致非线形谐波分量增加 ， 引 起电能质量下降， 可以考虑进行系统无功补偿。 参考文献 ⋯姚志松， 吴军． 电动机节能方法与P L C变频器应用 实例 ． 中国电力 出版社 ， 2 0 1 0 ． 【 2 】 钢铁企业电力设计手册编委会． 钢铁企业电力设计 钢铁企业电力设计手册． 北京 冶金1 7 - - J k 出版社， 1 9 9 6 ． 2 0 1 2 1 2 2 5 收稿 较软的密封件， 以减小对铜管的挤压力， 将变形量 控制在 0 ． 3 ram内。 3 结束语 ． 重视维修细节、 提高维修质量是结晶器高效长 寿命使用的重要保证， 是连铸机稳产、 高产的关键。 参考文献 【 1 1 蔡开科， 程士富琏 续铸钢原理与工艺． 冶金工业出 版社 ． 2 0 0 3 ． 2 0 1 2 0 9 1 7 收稿