电动机系统节能技术概述.docx
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电动机系统节能技术概述
电动机系统节能技术概述
电动机节能概念：
主要包括更新淘汰低效电动机及高耗电设备；节能电动机概念和技术，合理匹配电动机系统，提高电动机效率；以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械方式，实现被拖动装置控制和设备制造；推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统技术、优化电动机系统的运行和控制。
电动机的损耗和效率：
电动机在将电能转换为机械能的时候，本身也消耗一部分能量。
这些损耗一般可分为绕组损耗、铁芯损耗、风摩损耗和负载杂散损耗。
电动机的效率是有效输出功率与输入功率之比。
有效输出功率是输入功率与电动机本身功耗之差。
有效地减少自身功耗可以达到提高电动机效率的目的。
高效电动机：
高效电动机（YX、YX等系列）通常指高效率三相异步电动机。
效率水平能达到或超过电动机能效国家标准（GB18613-2002）所规定的节能评价值的电动机。
电动机能效国家标准：
电动机能效国家标准是“中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值”，国标号为GB18613-2002。
由国家质量监督检验检疫总局于2002年1月10日发布，2002年8月1日实施。
能效限定值是电动机最低效率允许值，是强制性指标；节能评价值是高效电动机的认定值，是推荐性指标。
高效电动机的选用:
下列情况下应该考虑选用高效电动机。
（1）在新上项目需要新的电动机时；
（2）旧电动机损坏或电动机需要进行重绕时；（3）在电动机长期运行于低负载或过负载状态下需要更新电动机时。
高效电动机节能效果：
高效电动机与普通电动机相比，优化了总体设计，选用了高质量的铜绕组和硅钢片，降低了各种损耗，损耗下降了20%-30%，效率提高2%-7%；投资回收期一般为1-2年，有的短至几个月。
（51）高效电动机节能原理和技术措施
1、电动机节能的基本原理：
电动机节能的过程就是提高其效率的过程。
电动机效率：
=×100%
=×100%
=（1—）×100%
P2：
电动机机械输出功率（kW）；
P1：
电动机从电网或供电装置中吸收的电功率；
△P：
电动机在能量转换中的损耗功率（kW）；
因此，电动机节能的关键是如何减小电动机在能量转换中的损耗功率△P。
2、电动机损耗功率构成
△P=P+P+P+P+P+P
P：
定子绕组铜损；P：
转子绕组铜损；P：
铁芯损耗；P：
杂散损耗；P：
机械摩擦损耗；P：
通风损耗。
3、有效降低电机损耗
（1）提高热传导效率；3.1电机损耗分类：
（1）发热损耗：
P=P+P+P；
（2）杂散损耗：
P；（3）风磨损耗：
P+P。
3.2降低发热损耗：
（1）优化电机内电与磁的合理匹配；
（2）选用优质的绕组材料；
（3）选用损耗与磁性能匹配合理的铁芯材料；
（4）有效增大铜面积。
3.3降低杂散损耗：
（1）合理设计齿槽关系和气隙；
（2）可靠的制造工艺减少磁场琦变。
3
.4降低风磨损耗：
3.4.1降低风磨损耗：
合理的轴承结构和滑设计；
3.4.2降低通风损耗：
（2）提高自然对流散热能力，减小通风量需求；
（3）提高冷却的热交换效率；
（4）提高冷却风扇的效率。
4、结论：
电动机节能的原理是通过对电动机的电、磁、机械和通风的优化，优质材料及先进制造工艺的使用，并结合先进全面的试验及测试手段，切实有效地降低电动机的各方面损耗。
（52）电动机的节能措施
电动机的节能方法多种多样，节能措施也有多项。
本文介绍了部分电动机节能措施，供同行参考。
1、新购电动机，应首先考虑选用高效节能电动机，然后再按需考虑其他性能指标，以便节能电能。
2、提高电动机本身的效率，如将电动机自冷风扇。
可在负荷很小或户外电动机在冬季时停用冷风扇，有利于降低能耗。
3、将定子绕组改线成星——三角形星混合串接绕组，按负荷大小转换星形接法或三角形接法，有利于改善绕组产生的磁动势波形及降低绕组工作电流，达到高效节能的目的。
4、采油其他连续调速运行方式，如使用调速器、变极电动机、电磁耦合调速器、变频调速装置等。
5、更换“大马拉小车”电动机，电动机“大马拉小车”除了浪费电能外，极易造成设备损坏。
另外，合理调整电动机配套使用，可使电动机运行在高效率工作区，达到节能的目的。
6、合理安装并联低压电容器进行无功补偿，有效地提高功率因数，减少无功损耗，节约电能。
7、从接火处通往电能表及通往电动机的导线截面应满足再流量，且导线应尽量缩短，减小导线电阻，降低损耗。
以上措施可以分别采用，也可以多项采用。
总之，对电动机采取一些必要的技术节能措施，有利于电网的承荷能力，也有利于用户节省电费。
（53）高效电动机经济技术分析
选择高效电动机将给你带来巨大经济效益：
（1）节省电费；
（2）投资回收期短；（3）总拥有费用低。
1、投资回收分析——以11kW/4极为例。
条件：
年运行4000小时，负荷率为75%，电费为0.60元/kWh，贴现率为6%。
电动机系列
电动机价格（元）
10年运行费用（元）
投资回收期（年）
标准电动机Y（η=88%）
2755
165600
/
高效电动机YX
（η=91%）
3305
160200
1.02
高效电动机比标准电动机
高550
节约5400
电2、总拥有成本分析——以11kW/4极为例
条件：
年运行4000小时，负荷率为75%，电费为0.60元/kWh，贴现率为6%。
3、案例分析——胜利油田孤东采油厂将原有的八台Y系列三相异步电动机更换为同功率的YX高效电动机；通过实际测量，得出以下结论：
替换前
替换后
总量
产液量（m
）
耗电量（kWh）
总量
产液量（m
）
耗电量（kWh）
12.297
44.779
12.400
38.869
单耗
3.64kWh/m
单耗
3.13kWh/m
以上数据表明：
胜利油田此次节能改造总投资为5.25万元，通过采用高效电动机，在保证采油产量的同时，年节电7.044万kWh，节省电费3.24万元（电价按0.46元/kWh计算）。
节电率为14%。
投资回收期1.61年。
（54）YX2型高效节能电动机
为了节约能源和保证企业的连续安全生产，要求企业装有的电动机均应处于合理、经济运行状态，即电动机在运行中要有高的效率和功率因数，且使用寿命长，性能良好，安全可靠。
但实际运行中的电动机等设备，绝大多数不能满足上述要求。
以我油田采油三厂为例，在增压注水系统中运行的电动机，绝大多数存在着匹配不合理、选用电动机容量裕度过大等问题，便“大马拉小车”的现象十分突出，造成电能大量浪费。
其原因既有电机设计，制造方面的问题，又有以往在电动机的选用上，忽视了设备的运行经济指标，使电动机的运行效率和功率因数偏低所致。
为了改变这一状况，现积极采用高效节能电动机。
下面以南阳防爆电机厂新开发设计的YX2-280S-4型75kW全封闭自扇冷笼型电动机为例，就其结构、性能，运行效果作一简介。
1、结构
（1）定子：
定子铁心采用高导磁、低损耗优质电工硅钢片；电磁线及绝缘采用聚醋亚胺漆包线及优质复合绝缘材料等，采用真空浸渍工艺，故具有良好的电气性能。
（2）转子：
转子铁心也采用高导磁，低损耗优质电工硅钢片，经铸铝后用热套法固定在铸轴上，并经动平衡校验，故电动机运行平稳、振动小:
转轴采用45号钢材料。
（3）接线盒接线盒具有较大的空腔，便于接线且有一个进线口。
其接线盒在电动机右侧（从驱动器端视之）。
（4）轴承采用低噪声轴承。
在联轴器传动时，轴承寿命在100000h以上。
（5）冈扇、风罩：
采用防静电塑料风扇，其转动惯量小，损耗低。
2、主要技术参数
2.1使用条件
电压为380V：
环境温度为随季节变化，但不超过40℃，:
工作方式为连续定额（SI）；海拔高度不超过1000m；频率为50Hz。
2.2电气性能指标
额定功率为75kW；额定电流为137.1A；额定转速为1480r/min；额定效率为94.5%；堵转转矩/额定转矩为2.0；额定功率因数为0.88；堵转电流/额定电流为7；最大转矩/额定转矩为2.3。
3、运行及测试情况
3.1运行情况：
2003年8月，将6号增压注水站的一台普通型75kW电动机，更换为75kW的YX2型高效节能电动机，经过试运行，效果较好。
噪声比同容量的普通电动机低4-6dB（A），改善了工人的工作环境，还设有不停机注排油装置，使用方便。
3.2测试情况：
采用加拿大生产的3720ACM电力监控智能仪表及传统的电工测试仪表测量，每次测试时间为5min。
测试结果见表1。
（表1）采油三厂6号增压注水站3号泵电动机更换前后空载，负载运行时测试值
电动机类型
电压/V
电动机额定功率/kW
空载电流/A
空载有功功率/kW
负载电流/A
1h实用有功电量/kWh
24h实用有功电量/kWh
YX2型
413.91
75
36
1.626
54.30
29.98
719.42
普通型
400.60
75
31
1.850
58.17
35.52
852.48
注：
l、表中负载有功电量数据为smin抽实测数据平均值；2、电量的采样频率为50次/s，其余参数为5次/s,3、电动机更换前后泵的出口压力等参数保持不变。
4、效果
根据实际测试结果，75kW的YX2型高效电动机与曾通75kW电动机相比较，平均每台每天节电约133kWh。
按目前电费0.5元/kWh计算，年开泵时间按6000h考虑，预计更换电动机后每年可节约电费开支1.66万元。
75kW的YX2型电动机综合投资为1.3万元，因此投资回收期短，节能效益十分显著。
（55）SRM系列 开关磁阻调速电机动
——调速突破，节能先锋
一、产品简介：
新一代开关磁阻电机及控制系统启动性能好，易于实现四象限运行，适于频繁启动场合，可以广泛用于机床设备（如龙门刨床、锯切机），牵引领域（如电动机车、地铁），矿山、冶金等设备，尤其是在电动汽车领域，更有无法代替的优势。
该公司在引进欧美先进技术的同时，结合国内各种工业需求，成功研发完成11kW、l5kW、18.5kW、22kW、30kW、37kW、45kW、55kW、75kW的开关磁阻电机及控制系统（并通过机电的统一设计满足各种特殊需求），分别用于车辆牵引、龙门刨床、油田和冶金行业，性能突出。
二、性能特点：
l、系统效率和功率因数高，调速范围宽，最高效率可达90%，并且在很宽调速范围内，都保持在80%以上，功率因数达到0.95以上，调速比超过1：
20。
2、低启动电流，高启动转矩，启动电流为额定电流的30%，启动转矩为额定值的150%。
3、可频繁起停及正反转运行。
4、控制系统电路结构简单，工作可靠性高，电机转子无绕组，机械强度高。
5、在额定转速内保持恒转矩运行，转矩转速稳定，转速波动小于0.15%。
6、如果在一个区域内推广使用该种电机，可建直流供电站统一供电。
三、典型应用：
用SRM开关磁阻电机调速系统配套及改造龙门刨铣床的优点：
l、产品已与国内多家刨床厂配套，通过全面考核，质量可靠。
2、可根据需要在旧机床上增加新功能。
3、高性能/价格比，适用于国内广大用户。
4、丰富的改造经验，已成功改造刨床近百台，提供售前售后全部技术服务资料，并可提供已有用户作参考。
5、电机的起动电流小，（为额定电流的30%），对电网无冲击，起动转矩大，（为额定的150%），故适合于频繁起动，每小时不少于1000次，（实测达40次/分）。
6、制动转矩大（不小于额定转矩），故换向时越位小，可提高加工效率。
7、具有多种保护功能，可靠性高，且动态响应快，转速闭环控制，不受电网电压影响
满载时无速降。
8、与F-D系统相比，可简化结构，减少占地面积约2/3，可节电30%一70%，且可根据负荷大小选择15-45KW电机，避免“大马拉小车”的情况，良好的节电效果及停机时间的减少便客户能尽快收回投资。
9、为用户配套新型电气柜，采用进口PLC控制，可降低故障率，结构简化，调试、维护方便。
10、特有断电制动功能，可避免床面在意外停电时冲出床身。
11、电机无电刷及整流子，维护工作量少。
电源
电压/频率
3-380V±10%，50Hz±5%
控
制
功
能
转速给定
1.1K
电位器2-10-±10V电压
起停控制
1.起动开关2.触头
转向控制
1.起动开关2.触头3.转速给定电压的极性
升降速时间（S）
0-10（电位器整定）
点动控制
开关或触头（150r/min）
保
护
功
能
电源过压
动作值不低于110%额定电压（人工恢复）
电源欠压
动作值不低于85%额定电压（人工恢复）
电源缺相
缺相停机（自恢复）
电动机过载
延时15秒动作（人工恢复）
电动机堵转
延时1秒动作（人工恢复）
电动机过流
动作值为160%额定电流（自动恢复）
控制器输出短路
延时10ms动作（人工恢复）
控制器过温度
动作值65℃（人工恢复）
电
动
机
绝缘等级
F
防护等级
Ip44
冷却形式
风冷强冷
控
制
器
安装形式
壁挂式
防护等级
Ip23
冷却形式
风扇自冷
环
境
标高/振动
1000m以下/0.6G以下
保存温度
-25℃-±65℃
使用温度
-5℃-±40℃
相对湿度
不大于90%，不结霜
显示
显示功能
电源显示，电动机运行显示，电动机转速显示，保护显示。
（56）SRD10系列开关磁阻电动机调速系统
一、适用范围简介：
主要技术参数及性能指标
输
入
参
数
额定转速（r/min）
1000
转速范围（r/min）
30-1300
输出转矩（N.m）
286
输出特性
额定转速以下为恒转矩，额定转速以上为恒功率
过载能力
120%（额定转矩）
起动转矩（N.m）
150%（额定转矩）
制动转矩（N.m）
100%（额定转矩）
转速精度（r/min）
±1.5
稳速精度
0.15%（最高转速）
相应时间（S）
0.2
通用机械：
风机、水泵、油泵、压缩机等；机床：
龙门机床（刨、铣、磨）、钻床等；塑料机械：
挤出机、注塑机等；压力机械：
螺旋压力机、模锻压力机、冲床等；铸造机械：
抛丸机等；油田机械：
抽油机等；纺织机械：
印花机、卷布机、浆纱机、织机等；造纸机械：
造纸机、压光机、卷纸机等；玻璃机械：
制瓶机等；食品加工机械:
搅拌机、混合机等；矿山、煤矿机械：
采煤机、掘进机、球磨机等；冶金机械：
轧钢机等；提升运输机械：
电梯、绞车、卷扬机、传送带等；辅助机械：
卷取机、开卷机、架线机等；家用电器：
风扇、空调、冰箱、洗衣机、吸尘器等；电动工具：
手钻等；交通工具：
车辆、机车、轮船、飞机等；发电设备：
风力发电。
二、技术产品性能特点：
1、开关磁阻调速电机系统SRD工作原理
开关磁阻调速电机系统由电动机和控制器组成。
如图1所示。
电动机内安装有位置传感器；控制器由功率电路和控制电路等单元组成。
图1 开关磁阻调速电机系统组成
2、电动机结构
SRD电动机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。
定子、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上即无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组（图2）。
图2定子、转子结构
图3中给出的是三相12/8极结构。
若以示意图中定、转子的相对位置作为起始位置，依次给B→C→A相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次给C→B→A相通电，则电动机会顺时针方向转动。
SRD电机的转向与相绕组的电流方向无关，而取决于相绕组通电的顺序。
通过控制相绕组的电子开关（IGBT）S1、S2的工作状态，就可以改变电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。
图3 SRD电机示意图
当定子相绕组通电时，电动机内建立起磁场，当两凸极位置不对齐时，磁力线是弯曲的（图4）。
转子受到弯曲磁力线的磁拉力，产生转矩，使转子转动，转子凸极向定子凸极趋近。
当两凸极位置对齐时，转子达到平衡位置。
图4SRD磁场磁力示意图
3、开关磁阻调速电机系统SRD特点
（1）效率高，节能效果好。
在所有的调速和功率范围内，SRD整体效率比交流异步电动机变频调速系统（简称变频调速）至少高3%以上，在低速工作的状态下其效率能够提高10%以上。
与直流调速、串级调速、电磁调速等系统相比，SRD节电效果更明显。
（2）起动转矩大，特别适合于那些需要重载起动和负载变化明显并且频繁的场合。
SRD控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧可得到较大的起动转矩，起动转矩达额定转矩的150%时、起动电流仅为额定电流的30%，比之交流电动机的300%电流获得100%的转矩的性能，优势非常明显。
（3）调速范围广（图8）。
SRD电机可以在低速下长期运行。
由于效率高，在低速下的温升程度比额定工况时还要低，解决了变频调速低速运行下电机发热问题。
此外，SRD电机最高转速不会像交流电动机那样受极数的限制，可以根据实际需要灵活地设定最高转速。
（4）可频繁正、反转，频繁起动、停止，系统调控性能好，四象限控制灵活（图9），因此，非常适合于龙门刨床、可逆轧机、油田抽油机、螺旋压力机等应用场合。
制动性能好，能实现再生制动，节约电能效果显著。
（5）起动电流小，避免了对电网的冲击。
SRD具有软起动特性，没有普通交流电动机起动电流大于额定电流5～7倍的现象。
（6）功率因数高，不需要加装无功补偿装置。
普通交流电动机空载时的功率因数在0.2～0.4，之间，满载在0.8～0.9之间；而开关磁阻电机调速系统在空载和满载下的功率因数均大于0.98。
（7）电机结构简单、坚固、制造工艺简单，成本低。
工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。
（8）缺相与过负载时仍可工作。
出现电源缺相、电机或控制器任一相出现故障时，SR电动机输出功率减小，但仍然可以运行。
当系统超过额定负载120%以上时，转速只会下降，而不会烧毁电机和控制器。
（9）由于控制器中功率变换器与电机绕组串联，不会出现变频调速系统功率变换器可能出现的直通故障，可靠性大为提高。
三、应用效果
开关磁阻调速电机系统SRD作为新一代调速产品，具有高效、调速范围宽，适用范围广，简单、可靠、成本低等一系列优点。
科汇公司与淄博牵引电机集团合作，已成功生产出1.1kW～90kW系列产品，在淄博机务段、淄博毛纺厂、山东新华药厂、张店热电厂、青岛益友锻压机械厂、汇丰塑料有限公司等单位相继应用，得到了用户的一致好评。
并于2004年9月顺利通过国家中小型电机质量监督检验中心的全面性能检验。
自2004年投入现场运行以来，最长的运行时间达到两年多，各种运行数据表明，该系统运行稳定可靠，极大的改善了所在系统的运行工况，提高了运行效率，降低了能耗，减轻了工人的劳动。
注：
有用户提供的用户报告提供的详细数据。
四、推广前景
2005年11月，该产品通过了山东省科技厅的鉴定。
2005年10月国家发改委、科技部、国家环保总局在联合发布的《国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术》公告中，明确将开关磁阻调速电动机作为电机行业重点推广技术。
科汇公司与华中科技大学、北京交通大学、山东理工大学等高校保持着密切的合作关系，同时具有国内一流的电力电子与微机控制技术开发队伍，牵引电机公司拥有一支经验丰富的电机开发和设计、生产队伍；遍布全国各地的电机推广销售网络，以及完善的电机生产、测试实施。
我们能够不断跟踪新技术的发展，保持技术上领先地位。
（57）开关磁阻调速电动机运行技术分析
摘要：
对开关磁阻电动机调速系统的组成、工作原理、使用情况和节能效果进行了总结分析。
关键词：
电动机；调速；分析
1引言
据统计,我国发电量的60%用于电动机,可以说电动机是“用电大户”,也是节能潜力最大的设备之一。
20世纪70年代开始,席卷全球的能源危机推进了交流电动机调速技术的发展,使直流调速、变频调速等技术得到广泛应用,但这些调速系统都存在结构复杂、价格昂贵、能耗高等不足。
随着计算机自动控制技术和电力电子技术的日趋成熟，国内近年来有相当数量的高等院校、科研单位和企业投入到开发磁阻电动机调速技术的开发，新设备已在纺
织、冶金、石油等行业陆续得到应用，正越来越显现出它在调速性能和节能方面的优势。
下面以某公司实际应用的开关磁阻调速电动机为例，对该系统作一个简要介绍。
2开关磁阻电动机调速系统（SAD）组成及工作原理
SAD主要由开关磁阻电动机和控制器两部分组成，电动机内包含位置传感器，控制器由功率电路和控制电路等电路单元组成，结构见图1。
图1开关磁阻电动机调速系统结构示意图
开关磁阻型电动机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。
其定子、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一个两极磁极，称为一相。
开关磁阻电动机可设计成多种不同的相数以及极数结构，且定子、转子的极数总是不相同，有多种不同的搭配9（图1中给出的是8/6极、四相结构）。
若以图l中定子、转子的相对位置作为起始位置，依次给D→a→b→c相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次给B→A→d→c相绕组通电，则电动机会顺时针方向转动。
可见，开关型电动机的转向与绕组的电流方向无关，而取决于相绕组通电的顺序。
通过控制与电动机每相绕组相串接的各组电子开关（IGBT）的工作状态，就可以改变电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。
3效果评价及分析
3.1配套设备选择
以莱芜市某公司空压站一台冷冻盐水泵上安装的开关磁阻调速电动机为例进行效果评价。
该电机由淄博汇海电力电子设备有限公司生产。
型号SRM225-30，功率等级45kW。
该公司冷冻盐水泵型号IS150-125一250，扬程80m，流量200m/h，转速2900r/min。
原配用电动机型号Y225M-2，额定功率45kW，额定电压380V，额定电流84A，转速2940r/min。
3.2安装运行状况
自2005年9月份安装运行以来，运行情况良好，达到了预期的效果，主要体现在以下几个方面：
（1）实现了恒压供水供气。
原来供水供气时间及用量极不稳定，压力波动较大。
生产用量大时，压力跟不上，影响生产；用量小时，压力过高，不但耗能，同时也损害供水供气设施。
使用开关磁阻调速电动机后，根据需要保持合适的压力，保障了车间生产正常进行。
（2）减少了值班人员劳动强度。
原来值班人员根据生产用量情况，随时调节阀门以及启停不同功率的电机，现在只需进行正常的设备巡视即可。
（3）达到了节能降耗的目的。
与原来使用的三相交流异步电动机耗电情况相比较，三相异步电机转速无法调节，压力不能调整，更不能自动控制。
而使用开关磁阻调速电动机，转速可以根锯生产量自动调节，电机运行效率在82%-93%，节电效果十分明显。
在保证生产用量一定的情况下，磁阻电机比普通电机节约电能约30%。
3.3改造前后的节电效果计算
改造前（从2005年7月29日18：
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