電動機是一種將電能轉化成機械能的設備,應用量多、使用範圍廣的高耗能動力設備。在工業生產中據統計,我國的總裝機容量約為4億千瓦,年耗電量約為6000億kwh,約占工業用電的70%—80%。我國以中小型電機為主,約占80%,而中小型電機耗損的電量卻占總損耗量的90%。電機在我國的實際應用中,同國外相比差距很大,機組效率為75%,比國外低10%;係統運行效率為30%—40%,比國際先進水平低20%—30%。因此在我國中小型電機具有極大的節能潛力,推行電機節能勢在必行。
1 電動機的工作原理
三(san)相(xiang)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)定(ding)子(zi)鐵(tie)芯(xin)上(shang)按(an)一(yi)定(ding)的(de)規(gui)律(lv)均(jun)勻(yun)布(bu)置(zhi)著(zhe)三(san)組(zu)繞(rao)組(zu),接(jie)通(tong)三(san)相(xiang)電(dian)源(yuan)時(shi)定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)中(zhong)產(chan)生(sheng)旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)場(chang),磁(ci)場(chang)切(qie)割(ge)轉(zhuan)子(zi)導(dao)條(tiao),導(dao)條(tiao)中(zhong)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi),在(zai)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)的(de)作(zuo)用(yong)下(xia),閉(bi)合(he)導(dao)條(tiao)中(zhong)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)電(dian)流(liu),旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)極(ji)的(de)磁(ci)場(chang)對(dui)該(gai)電(dian)流(liu)作(zuo)用(yong),產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)力(li),轉(zhuan)子(zi)便(bian)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)轉(zhuan)矩(ju),順(shun)著(zhe)旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)極(ji)方(fang)向(xiang)轉(zhuan)動(dong)起(qi)來(lai)。當(dang)轉(zhuan)子(zi)速(su)度(du)和(he)旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)場(chang)速(su)度(du)相(xiang)同(tong)時(shi),導(dao)條(tiao)不(bu)發(fa)生(sheng)相(xiang)對(dui)切(qie)割(ge),而(er)沒(mei)有(you)力(li)的(de)作(zuo)用(yong),導(dao)致(zhi)永(yong)遠(yuan)趕(gan)不(bu)上(shang)旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)場(chang)速(su)度(du)而(er)叫(jiao)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)。三(san)相(xiang)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)運(yun)行(xing)平(ping)穩(wen),可(ke)靠(kao),結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan),結(jie)實(shi)耐(nai)用(yong),便(bian)於(yu)製(zhi)造(zao),價(jia)格(ge)低(di)廉(lian)等(deng)優(you)點(dian)使(shi)之(zhi)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)。
單相異步電機一般有兩副或四副繞組,通過電容移相,把相位相差90°,從cong而er產chan生sheng脈mai動dong磁ci場chang,使shi電dian動dong機ji轉zhuan子zi旋xuan轉zhuan起qi來lai,但dan與yu同tong容rong量liang的de三san相xiang電dian動dong機ji相xiang比bi較jiao,體ti積ji較jiao大da,運yun行xing性xing能neng差cha,效xiao率lv低di。因yin此ci,隻zhi製zhi造zao成cheng小xiao功gong率lv係xi列lie。
2 變頻調速的工作原理
變頻器是將固定頻率的交流電變換成頻率連續可調的交流電,由三相交流電動機轉速公式n=(1-s)60f/p可知,調節電動機轉差率s和磁極對數p和改變頻率f,一個量或者多個量變化時,電動機轉速也隨之變化。
2.1 調節轉差率調速
1)geiyibudiandongjizhuanziyinruqitadiandongshilaitiaojieyibudiandongjidezhuansuchengweichuanjitiaosu,yinrudiandongshidefangxiangyuzhuanzidiandongshibutonghuoxiangtong,danpinlvxiangtong,tongguogaibianyinrudiandongshidedaxiaokegaibianyibudiandongjidezhuansu。2)給gei繞rao線xian異yi步bu電dian動dong機ji的de轉zhuan子zi串chuan聯lian電dian阻zu來lai調tiao節jie異yi步bu電dian動dong機ji的de轉zhuan速su,引yin入ru電dian阻zu越yue大da,轉zhuan速su越yue低di。上shang述shu兩liang種zhong方fang法fa沒mei有you改gai變bian同tong步bu轉zhuan速su,隻zhi改gai變bian轉zhuan差cha率lv,原yuan因yin在zai轉zhuan子zi回hui路lu的de電dian流liu發fa生sheng了le變bian化hua,從cong而er使shi電dian動dong機ji轉zhuan子zi轉zhuan矩ju發fa生sheng改gai變bian而er引yin起qi電dian動dong機ji轉zhuan速su的de變bian化hua。3)給電動機的電源電壓發生改變,同步轉速沒有改變,但電動機轉矩因電壓的降低而降低,使得電動機轉速而降低。
2.2 改變磁極對數調速
磁極對數的改變直接使電動機的轉速發生改變,但電動機的磁極對數隻能是正整數,所以不能無級調速。
2.3 改變頻率調速
通過改變電動機電源的頻率使電動機的轉速發生改變。由上述都可以使電動機的轉速發生改變,轉差率調速一般會有效率低、發熱、平滑性差等缺點,而變頻調速恰好可以改變這些,使得電動機效率高、性能好、無級變速等。
3 變頻調速的特點
1)保護功能完善。具有過載、過流、過電壓和欠電壓等功能,在這些保護中,保證負載在正常情況下避免出現故障而引起的電能浪費。
2)控製功能簡單。具有麵板、外部兩方麵整體控製,正反轉、多段速、外部信號給定等,使其操作簡單,效率提升。
3)參數設置多樣化。加減速、製動、頻率跳變、程序運行等,從根本上調節啟動電流,啟動轉矩等,減少對電網的衝擊,能量的浪費。
4)控製方式多樣。
①U/f控(kong)製(zhi),在(zai)實(shi)現(xian)調(tiao)頻(pin)的(de)同(tong)時(shi)改(gai)變(bian)電(dian)壓(ya),這(zhe)樣(yang),在(zai)不(bu)損(sun)壞(huai)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),利(li)用(yong)鐵(tie)芯(xin)發(fa)揮(hui)轉(zhuan)矩(ju)的(de)能(neng)力(li),補(bu)償(chang)電(dian)壓(ya)的(de)大(da)小(xiao)可(ke)調(tiao)節(jie),便(bian)可(ke)應(ying)用(yong)於(yu)不(bu)同(tong)負(fu)載(zai)。②矢量控製,該控製使電動機有很硬的機械特性,有很好的動態響應。
4 變頻器調速的經濟效益
我國經濟持續高速增長了25年。黨的十六大提出2020年全麵建成小康社會的目標,要求GDP年均增長7.2%,這在世界工業化國家中是前所未有的,是人類曆史上空前的社會實踐。2005年,國內生產總值已達到182321億元,經濟總量已達到22 500億美元(按彙率),占世界第四位,國內生產總值、工業增加值、固定資產投資都在高速增長,但在增長的同時也要減少損失,通過變頻調速係統後,節能效果使經濟效益得到全麵提高。
4.1 故障率的減少提高經濟效益
在直流係統中,調速性能好,但故障多。1)每次在加工中零件的損失。2)修理過程中耽擱的時間造成的損失。3)本身修理的損失等。
4.2 設備壽命的延長提高經濟效益
1)有些設備全速運行時阻矩大,摩損嚴重,使用變頻調速後,運行平穩,磨損大大減少,壽命延長。2)在電動機直接啟動和停止過程中,設備衝擊大而使壽命減少,變頻調速後啟動停止過程得到改善而使壽命延長。3)在水力管網中,水泵直接控製而導致水錘效應減少水泵和管網的壽命,變頻的恒壓控製使壓力變化平穩而提高壽命。
4.3 質量的提升提高的經濟效益
1)變頻器無極調速能使質量提升。2)接受反饋能使質量提升。3)檢測的準確是質量提升。
節能是我國的基本國策其中之一。經濟的發展離不開能源,能源的緊缺是世界性問題。
近20年來變頻調速的發展,普及應用大約10年(nian)的(de)時(shi)間(jian),在(zai)這(zhe)期(qi)間(jian),變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)在(zai)節(jie)能(neng)中(zhong)發(fa)揮(hui)著(zhe)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong),已(yi)成(cheng)為(wei)交(jiao)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)調(tiao)速(su)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi),所(suo)以(yi)節(jie)能(neng)貫(guan)穿(chuan)於(yu)以(yi)後(hou)的(de)經(jing)濟(ji)生(sheng)活(huo)當(dang)中(zhong),如(ru)軋(zha)鋼(gang)、紡織、空調、洗衣機等,在各個領域都得到廣泛應用。
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