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维修技术
异步电机运转中风机的作用。
内容简介:该风机电机采用变频调速技术控制运转后,在正常生产时把风机进口风门全部打开,并根据生产需要,对风机电机的运转速度进行调节,以满足生产时的风量需要。
  1概述 
  三相异步电动机,在厂矿企业中得到广泛应用。根据国家技术监督局统计,我国中小型电动机耗电占全国总发电量的40~50,其中70年代以前生产的J系列三相异步电动机占总装机容量的85左右,而80年代生产的Y型节能型三相异步电动机只占总装机容量的15左右。因此,如何促进三相异步电动机经济运行,提高在线电机的能源利用率,是节约能源的一项重要研究课题。 
  2三相异步电动机经济运行的指标 
  三相异步电动机的经济运行,是指电机(电机监控系统结构)在满足被拖动机械的运行要求时,以节能和提高综合经济效益为原则,合理选择电机的类型、运行方式及功率匹配,使电动机在效率高、损耗低、经济效益好的状态下进行。根据国家技术监督局和国家电力部批准的GB-12497和DB-5102K22的规定,判断三相异步电动机是否为经济运行,主要依据以下2个指标。 
  211电机负荷率 
  电机负荷率为电动机实际输出功率与电动机额定功率之比,即: 
  β=P2PN×100(1)式中,P2为电动机实际输出功率;PN为电动机额定功率。 
  根据规定:当β≥40,表明电机是处于经济运行状态;当β<40,为非经济运行状态。 
  212电机运行效率电机运行效率为电动机实际输出功率与电动机输入功率之比,即: 
  η=P2P1×100(2)式中,P1为电动机输入功率。 
  设电机在实际负载时电机的总损耗为ΔP,则P1=P2 ΔP(3)将式(3)代入式(2)得η=1-ΔP2 ΔP(4)根据规定:当η≥019ηN时,电机处于经济运行状态,ηN为电机额定效率;当η<019ηN时,电机处于非经济运行状态。 
  3电动机非经济运行的原因分析 
  分析各类设备中的电机处于非经济运行状态的原因,主要有以下几个方面。 
  (1)旧式的J系列电机空载损耗大,使运行效率降低空载损耗: 
  PO=PFe Pm Pcuo Ps(5)式中,PFe为铁耗;Pm为机械损耗;Pcuo为空载定子铜耗;Ps为附加损耗。 
  对于旧式电机,由于它的结构所致PFe,Pm,Pcuo和Ps这4个损耗都比Y系列新型节能电机高,因此造成空载损耗大。当电机所带负载不变时,即电机输出功率P2不变时,电动机的空载损耗越大,则电动机所需的输入功率P1越大,据式(2),则电动机效率越低,经济性越差。 
  (2)设备陈旧,造成电机运行效率低电机是否经济运行,虽然表现在电机,但实际上是电网设备2电机2负载整个系统所决定。因此,设备作为电机的负载,运行状况也是重要原因之一。当设备本身的运行状况不良时,会使电机实际用于生产的能力减弱。 
  电机的输出功率转换为机械能由2部分组成: 
  P2=K1Ec K2Ef(6)式中,Ec为设备运行机械耗能;Ef为设备生产耗能;K1,K2为转换系数。 
  对于陈旧的机械设备,由于设备的机械设计性能较差,加之使用多年机械性能变差,使设备运行的机械耗能Ec加大,因此,造成损耗增大,生产能力减弱。 
  (3)设备选用不当,造成电机运行负荷率低根据式(6),当负荷减小时,使设备的耗能Ef减少,输出功率P2下降,从而使电机的负荷率降低。如选用大容量电动机拖动小负载,使设备未能发挥其应有的能力,是造成电机处于非经济运行的重要原因之一。 
  (4)电机的电源电压过高,也将造成能耗增大,效率降低对电机工作而言,电源电压变化在95~105的范围仍在正常工作,但电压过高对节能是不利的。根据式(2)和电机运行时的功率因数,即: 
  COSψ=P1/3U1? 
  I1(7)式中,U1为电机的相电压;I1为电机的相电流。 
  当电源电压的增高超过规定范围时,使电机的功率因数和效率均下降。因此造成无功损耗的增大,使能耗损失增加。 
  4促进三相异步电动机经济运行的措施 
  411减少电动机损耗 
  (1)用Y系列新型节能型电动机逐步取代旧式J系列电机,提高电机自身性能,降低电能损耗。 
  (2)采用磁性槽泥技术对旧式电机进行技术改造,此方法可降低高次谐波对电机产生损耗,改善电机的节能性能。 
  (3)应用电机调速运行方式,可降低变负载或者轻负载设备电机的电能损耗,使运行效率得以提高。此方法是根据电机运行负载的变化,调节电机的转速,使其输出功率能匹配负载的变化,从而使电机始终处于经济运行状态。 
  现以煤矿中使用的风机为例,风机的轴功率与转速的立方成正比,若煤矿生产需要的风量减少时,用降低电动机转速的方法就可实现,同时消耗的轴功率会显著地减少。绘出风机在不同转速下的典型输出特性H(n1),H(n2),图中曲线R1、R2分别表示由输送气体通路所决定的管路特征曲线。 
  风机调速节能原理当风机转速为n1,管路阻力为R1时;输送的流量Q1由点Ⅰ决定,此时风机输出压力为HⅠ,所需轴功率NⅠ=Q1HⅠ/η(η为风机效率). 
  若所需流量为Q2,在管路阻力不变的情况下,实际需要的压力为HⅢ,比HⅠ下降。但如果此时的风机转速没有改变,那么风机的输出压力不但不能从HⅠ降到HⅢ,反而要增加到HⅡ,这个压头差值通常就是通过调节风门,从而增加管路阻力,使管路特性由R1变为R2来实现。此时风门上的损耗Ns用公式来表示为: 
  Ns=Q2(HⅠ-HⅢ)/η=Q2HS/η(8)但如果此时不采用调节风门的办法而是将风机的转速调低到n2,使风机的输出特性变成H(n2),那么显而易见,随着风机输出风量的减少,在输送同样流量Q2的情况下,原来损耗在风门上的功率Ns就完全可以避免了,这样既满足了生产的需要,又达到了节能的目的。 
  (4)采用电机无功功率就地补偿,降低线路损耗。因为,电动机是电感性负载,它在运行时,须从供电线路中吸取无功功率,用于建立旋转磁场,而无功电流在线路中的流动会造成线路损耗。另外,无功电流与功率因数成反比,因此对电机进行就地无功功率补偿,则可提高其功率因数,减小无功电流,从而使线路损耗降低。 
  412降低设备的能耗 
  设备作为电机的负载,它包括设备自身的能耗和用于生产的机械能耗2部分。对于那些陈旧的设备,以及即将报废的设备,其机械性能变差,使自身能耗增大。因此,必须逐步对此类设备进行更新改造,才能降低设备自身的能耗。我国企业中还有相当数量的40~50年代的老设备,这些设备普遍存在自身能耗高、效率低等问题,对其进行更新改造,可取得显著的节能效益。 
  413提高设备的负荷率 
  电机是根据设备的使用能力而配置的,要使电机处于经济运行,就必须充分发挥设备的能力。从运行效率η与负荷率β的关系曲线可知: 
  η与β的关系只有当β≥40时,才能符合经济运行的标准η≥019ηN,因此,通过合理的组织生产,尽可能提高设备负荷率,是使电机处于经济运行的重要措施。 
  5三相异步电动机经济运行实例 
  511实例一 
  某矿一采区配置一台离心式抽风机,风机主要参数如下:风量:38000m3/h风压:4000Pa电动机型号:Y280S-4电动机转速:1480r/min该风机设计风量为38000m3/h,而实际满足生产需要的风量为14200~17100m3/h,这个区段,电能损耗较大。因此,该矿决定应用变频调速技术对这台风机进行节能技术改造。 
  该风机电机采用变频调速技术控制运转后,在正常生产时把风机进口风门全部打开,并根据生产需要,对风机电机的运转速度进行调节,以满足生产时的风量需要。经检测,发现当满足生产需要的风量为14200~17100m3/h时,变频调速器只需向75kW电动机输入频率f为33~34Hz的电流即可达到要求,风机转速降低,此时其轴功率为:当Q=14200m3/h时,N=1715kW,f=33Hz当Q=17100m3/h时,N=20kW,f=34Hz而采用风门挡板控制风量时,风机轴功率为:当Q=14200m3/h时,N=57kW当Q=17100m3/h时,N=59kW可见,应用电动机调速方式对风机进行控制时,比非调速状态下用风门控制风量,其轴功率可降低66左右,节能效果十分显著。 
  512实例二 
  某矿生活供水泵房装用DF85-45×7型离心水泵2台,用于供水水泵配用电动机功率为125kW/台,另装设6sh-6A型水泵2台,用于排污,配用电动机功率为45kW/台。正常情况下,供水和排污泵各运转1台。由于供电距离较长,电动机运行时,电压降较大,线路电能损耗也较多。为此,该矿于1996年5月在该泵装设了电动机无功就地补偿装置4台,经检测,功率因数由补偿前的017提高到补偿后的0192,从而降低了电能损耗,促进了电动机的经济运行。 
  6结语 
  三相异步电动机经济运行,对工矿企业节能降耗,提高效益有积极意义。可通过选用Y系列新型节能型电机,逐步淘汰旧式J系列电机;对旧式J系列电机进行技术改造,采用电机调速运行方式,应用电动机无功就地补偿技术降低电机负载能耗及提高设备负荷率等措施,来促进三相异步电动机经济运行。
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