(5)當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率經(jīng)常在40%以下,應(yīng)選擇定子繞組接線Δ /Y的自動(dòng)切換。以100kW異步電動(dòng)機(jī)為例,設(shè)每天有10 h負(fù)載率在40%以下,設(shè)負(fù)載率低于40%時(shí)平均負(fù)載率為30%,電動(dòng)機(jī)繞組為Δ 接法,電動(dòng)機(jī)平均效率為85%左右,功率因數(shù)為0.65左右。若在負(fù)載率低于40%時(shí),將電動(dòng)機(jī)繞組切換為Y接法,則平均負(fù)載率提高到90%,電動(dòng)機(jī)平均效率提高到93%左右,功率因數(shù)提高到0.85左右。由于電動(dòng)機(jī)效率的提高,每天節(jié)電1 0 0 × 0 . 3 × ( 0 . 9 3 - 0 . 8 5 ) ×10=24 kWh。

3.電動(dòng)機(jī)調(diào)速節(jié)電

三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,運(yùn)行維護(hù)方便,因此它使用廣泛,遍及各行各業(yè)的各個(gè)角落,在生產(chǎn)、生活過程中發(fā)揮著極其重要的作用。因此,選用經(jīng)濟(jì)、合理、高可靠性、高效的調(diào)速手段就能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)可采用多種方式來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。根據(jù)電機(jī)調(diào)速經(jīng)典公式可知,調(diào)速方式大致可通過改變磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)p,轉(zhuǎn)差率S,電源頻率f 都可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。因此,其調(diào)速方法有變極調(diào)速,變轉(zhuǎn)差率調(diào)速及變頻調(diào)速三種。

3.1變極調(diào)速

變極調(diào)速是改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)調(diào)速,變極調(diào)速電動(dòng)機(jī)其定子通常裝有1～ 2套三相交流繞組,可獲得2～ 4種成倍數(shù)的轉(zhuǎn)速,只能有級(jí)調(diào)速,而且等級(jí)有限。因此,三相異步電動(dòng)機(jī)本省調(diào)速性能差。但具有接線簡(jiǎn)單、控制方便、價(jià)格低;可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用,獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。該方法適用于不需要無級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械,如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)等。

3.2變頻調(diào)速方法

變頻調(diào)速是通過改變定子電源頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。變頻器實(shí)質(zhì)上是一種頻率可調(diào)的交流電源裝置,在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在水泥生產(chǎn)中,三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速逐步替代了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式。目前國(guó)內(nèi)大都使用交-直-交變頻器,主要具有調(diào)速平滑,啟動(dòng)電流小,運(yùn)行平穩(wěn);效率高,調(diào)速過程中沒有附加損耗;應(yīng)用范圍廣,可用于籠型異步電動(dòng)機(jī);調(diào)速范圍大,特性硬,精度高;技術(shù)復(fù)雜,造價(jià)高,維護(hù)檢修困難等特點(diǎn)。對(duì)于流量變化的離心式風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載均具有轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比、功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比的機(jī)械特性。當(dāng)流量變化時(shí),調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可使軸上功率大大減小,從而獲得顯著的節(jié)電效益。

當(dāng)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速下降到額定值的80%時(shí),風(fēng)機(jī)功率降低到額定功率的51%;當(dāng)風(fēng)量和轉(zhuǎn)速下降到額定值的60%時(shí),風(fēng)機(jī)功率則降低到額定值的21%。對(duì)于變頻器電壓選擇的問題,500 V以下小于300 kW的一般可選用低壓變頻器,3 kV以上大于500 kW一般選用高壓變頻器,300 kW～ 500 kW的,高、低壓變頻器都可以使用,低壓電網(wǎng)短路容量大的可選低壓變頻,低壓短路容量小的可選高壓變頻器。另外,變頻器持續(xù)低于25 Hz運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致冷卻風(fēng)扇風(fēng)量不足,1/2轉(zhuǎn)速運(yùn)行,輸出轉(zhuǎn)矩降10%,1/3轉(zhuǎn)速運(yùn)行,輸出轉(zhuǎn)矩降20%;電磁噪聲和高次諧波含量增大等不利影響。對(duì)于工作頻率大于50 Hz;工作頻率小于10 Hz,長(zhǎng)期工作,負(fù)載較大;調(diào)速比大于10,且變化頻繁;調(diào)速比較大,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大,工作周期短,正反交替要求實(shí)現(xiàn)能量回饋制動(dòng)的工作方式建議使用變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。

3.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(1)繞線式異步電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速。

在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中通過滑環(huán)串接一只可變電阻器,增加轉(zhuǎn)子電阻式轉(zhuǎn)子電流減小,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也隨之下降,同時(shí)也產(chǎn)生反轉(zhuǎn)矩,當(dāng)反轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)矩時(shí),電動(dòng)機(jī)便以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行,在串接不同的電阻,改變了轉(zhuǎn)差率來達(dá)到調(diào)速的母的。繞線式轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻就是降低激磁電流,轉(zhuǎn)速下降,只能降速,不能提速。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單,控制方便,但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級(jí)調(diào)速,機(jī)械特性較軟。

(2)變定子電壓調(diào)速。

當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)為恒定時(shí),在一定的轉(zhuǎn)差率下,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與加在其定子繞組上電壓的平方(即輸入電壓)成正比,因此,改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓就可改變其機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系,從而改變電動(dòng)機(jī)在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比,因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多,其調(diào)速范圍較小,使一般籠型電動(dòng)機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍,調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī),如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī),或者在繞線式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制;調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中,效率較低,一般適用于100 kW以下的生產(chǎn)機(jī)械。

(3)串級(jí)調(diào)速。

串級(jí)調(diào)速作為異步電動(dòng)機(jī)十分經(jīng)典的調(diào)速方法之一,長(zhǎng)期以來人們進(jìn)行了大量研究與實(shí)踐。近年,隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用,串級(jí)調(diào)速技術(shù)產(chǎn)生飛躍的發(fā)展,在高壓大中型電動(dòng)機(jī)節(jié)能調(diào)速應(yīng)用方面以其控制電壓低、控制功率小,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,節(jié)電率高而展現(xiàn)出光明的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速是將電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路通過串級(jí)調(diào)速控制裝置及逆變變壓器與電網(wǎng)連接。為了便于在轉(zhuǎn)子回路中串入合適的附加電勢(shì),往往將轉(zhuǎn)子交流整流成直流,在直流回路中串入可變直流電勢(shì)來實(shí)現(xiàn)。裝置將轉(zhuǎn)子三相交流整流成直流并平波后,由有源逆變器提供串入的直流反電勢(shì)同時(shí)將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率再逆變?yōu)楣ゎl交流,通過逆變變壓器回饋至電網(wǎng)吸收。由于傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速是通過調(diào)整逆變器的逆變角(移相觸發(fā))來實(shí)現(xiàn)對(duì)等效反電勢(shì)的調(diào)節(jié)的。這種移相觸發(fā)的方法存在著功率因數(shù)低及可靠性差的缺點(diǎn)?，F(xiàn)代串級(jí)調(diào)速則把逆變角固定下來并設(shè)在最小值,產(chǎn)生一恒定的附加直流反電勢(shì),等效電勢(shì)大小的調(diào)節(jié)由斬波器來完成。通過調(diào)節(jié)斬波器導(dǎo)通時(shí)間與斬波周期的比率(即占空比或PWM調(diào)制脈寬),來改變串入轉(zhuǎn)子回路的等效電勢(shì)的大小,從而改變轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)差率,達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的?，F(xiàn)代串級(jí)調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速范圍寬,無級(jí),平滑;具有良好的硬機(jī)械特性;電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)施加控制,控制電壓低,變流裝置控制容量小,總控制容量?jī)H為電機(jī)額定容量的14.815%;自身功耗小,諧波分量小,系統(tǒng)簡(jiǎn)單等突出的優(yōu)點(diǎn)。

(4)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。

電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)由籠型電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵(lì)磁電源(控制器)三部分組成。直流勵(lì)磁電源功率較小,通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成,改變晶閘管的導(dǎo)通角,可以改變勵(lì)磁電流的大小。運(yùn)行時(shí),電磁調(diào)速電機(jī)部分是全速運(yùn)行的,輸出軸部分是通過電磁調(diào)速器調(diào)節(jié)改變可控硅的導(dǎo)通角,使輸出直流電壓的高低被改變,即控制了滑差離合器(與輸出軸相連)的激磁電流,滑差離合器的轉(zhuǎn)速隨著激磁電流(耦合)的改變而改變。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)主要為裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維修方便;調(diào)速平滑、無級(jí)調(diào)速,對(duì)電網(wǎng)無諧影響等特點(diǎn),本方法適用于中、小功率,要求平滑動(dòng)、短時(shí)低速運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械。

(5)液力耦合器調(diào)速。

液力耦合器是一種利用液體介質(zhì)傳遞轉(zhuǎn)速得機(jī)械設(shè)備,通過連續(xù)改變液體的壓力來進(jìn)行調(diào)速。壓力越大,輸出轉(zhuǎn)速越高。這是高壓電機(jī)領(lǐng)域中最傳統(tǒng)的調(diào)速方式,但這種方式能耗大,效率低。原因是存在嚴(yán)重的耦合損失和轉(zhuǎn)差損失。耦合損失是由于液壓油內(nèi)摩擦造成的,轉(zhuǎn)差損失是由于調(diào)速時(shí)輸出軸和輸入軸存在轉(zhuǎn)差造成的。這種損失隨轉(zhuǎn)差的增加而上升,即效率η=1-S,其中S為轉(zhuǎn)差率,這兩部分都轉(zhuǎn)為熱量消失。另外,受執(zhí)行機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)限制,調(diào)速精度差,同時(shí)還存在嚴(yán)重的非線性,只在15%-85%之間調(diào)節(jié)線性區(qū),但存在在增速與減速間逆差間隙,造成自動(dòng)系統(tǒng)很難投入運(yùn)行。并且需要一整套油系統(tǒng),維護(hù)工作量大。對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載,由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速平方率變化,原傳動(dòng)輸入功率則轉(zhuǎn)速的平方率降低,損耗功率相對(duì)小一些,但輸出功率是按轉(zhuǎn)速得立方率減小,調(diào)速效率仍然很低。液力耦合器的調(diào)速平均效率在50%左右。

4 降低電動(dòng)機(jī)的基波與諧波損耗

7 電動(dòng)機(jī)無功補(bǔ)償技術(shù)

電機(jī)功率因數(shù)降低原因可能由如下原因造成。

①電機(jī)安裝問題。

氣隙調(diào)整不均,空載電流增大,功率因數(shù)降低。中心定位不準(zhǔn),電機(jī)竄動(dòng)引起磁場(chǎng)變化,使空載電流增大,功率因數(shù)降低。

②電壓質(zhì)量問題。

電壓過高,鐵芯飽和,空載電流增大,功率因數(shù)降低。電壓過低,對(duì)于恒負(fù)載電機(jī),轉(zhuǎn)差率上升,功率因數(shù)降低。

③電機(jī)輕載運(yùn)行。

空載時(shí),功率因數(shù)0.2～ 0.3。額定負(fù)載時(shí),功率因數(shù)0.7～ 0.9。輕載運(yùn)行時(shí),功率因數(shù)0.3～ 0.7。

④電機(jī)啟動(dòng)。

電機(jī)啟動(dòng)電流是額定電流的3～ 8倍,功率因數(shù)為0.15～ 0.30。

電機(jī)功率因數(shù)低的危害主要表現(xiàn)在增加變壓器和線路損耗,使線路末端電壓降低,影響供電質(zhì)量。當(dāng)無功波動(dòng)較大時(shí),無功補(bǔ)償裝置則由若干支路濾波器組成,并根據(jù)無功大小自動(dòng)控制各支路濾波器的投切。無功波動(dòng)越大,濾波支路越多,在滿足無功波動(dòng)時(shí)不過補(bǔ)和功率因數(shù)達(dá)到要求的前提下,濾波支路越少越好,自動(dòng)投切頻度越低越好。(見圖1)

8 結(jié)論

積極發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)是節(jié)約能源、改善環(huán)境質(zhì)量的有效措施,由于熱電廠熱效率均能超過常規(guī)火電廠的熱效率一倍以上,那么熱電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要表現(xiàn)在有效節(jié)能上,節(jié)能思想應(yīng)貫穿在熱電廠的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理等各方面,那么對(duì)于電機(jī)節(jié)能降耗的考慮在我廠熱電項(xiàng)目中也得到了很好的應(yīng)用。首先,項(xiàng)目設(shè)計(jì)綜合廠用電率為18.20%,供熱廠用電率為7.82 kWh/GJ,發(fā)電廠用電率為3.77%。電氣主接線為擴(kuò)大單元接線,兩臺(tái)25 MW發(fā)電機(jī)組并列接至63 MVA主變,通過110 kV向外送電。廠用電系統(tǒng)采用10 kV中性點(diǎn)非有效接地方式,兩臺(tái)機(jī)組各自帶一段10 kV廠用電,中間通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行兩段母線的聯(lián)絡(luò)。項(xiàng)目200 kW以上的主要工藝電機(jī)都采用10 kV電源,并按照實(shí)際工藝負(fù)荷要求分配在兩端廠用電母線上,盡可能地提高了電機(jī)的負(fù)荷率。同時(shí)在電機(jī)選擇和調(diào)速方式的問題上,給水泵電機(jī)(1600 kW)采用了湘潭電機(jī)YX系列高效電機(jī),采用了液力耦合器調(diào)速, 主要考慮啟動(dòng)性能的問題; 送風(fēng)機(jī)(315 kW)調(diào)速范圍較廣,采用了高壓變頻調(diào)速方式,并配套采用了湘潭電機(jī)高效變頻電機(jī);引風(fēng)機(jī)(630 kW)調(diào)速范圍較窄,采用了內(nèi)饋式斬波串級(jí)調(diào)速方式,并配套采用了湘潭電機(jī)高效內(nèi)饋電機(jī)等,基本做到了按需規(guī)劃電機(jī)的運(yùn)行工況及調(diào)速方式,并盡可能考慮以后運(yùn)行維護(hù)的方便。由于發(fā)電機(jī)本身也是一個(gè)無功電源,所以在無功補(bǔ)償方面基本可以滿足要求。盡管我們提前做了一些工作,但是真正做到電機(jī)的節(jié)能降耗還在于以后加強(qiáng)生產(chǎn)管理,嚴(yán)格能源管理來實(shí)現(xiàn)降低廠用電率的要求。雖然熱電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不僅僅表現(xiàn)在異步電機(jī)的節(jié)能降耗上,還可以從改善燃煤質(zhì)量,降低制粉系統(tǒng)單耗,提鍋爐燃燒效率,提高汽輪機(jī)效率,改善蒸汽質(zhì)量和增加熱用戶等方面去實(shí)現(xiàn),但至少它是一條重要的實(shí)現(xiàn)途徑也是我們應(yīng)該重視的一項(xiàng)工作,對(duì)于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也有很大的作用。

作者：江煉強(qiáng)  來源：《科技資訊》