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維修技術(shù)
電機(jī)調(diào)速方式選擇與節(jié)能分析
內(nèi)容簡介:從事電廠技術(shù)管理工作多年,在生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到對于電機(jī)調(diào)速控制方式的選擇,本文就常用的兩種調(diào)速節(jié)能進(jìn)行了分析,以期達(dá)到同行交流提高的目的。對于選擇調(diào)速需要的設(shè)備,初選調(diào)速方式,宜選目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟的變頻調(diào)節(jié)方式為宜。
  許多企業(yè)從事生產(chǎn)的過程中,幾乎免不了在變頻與液力耦合器之間做出選擇。本文結(jié)合實(shí)際就風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的耦合器與變頻器的選用與節(jié)能做了分析,更同行參考。
  從事電廠技術(shù)管理工作多年,在生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到對于電機(jī)調(diào)速控制方式的選擇,本文就常用的兩種調(diào)速節(jié)能進(jìn)行了分析,以期達(dá)到同行交流提高的目的。
  1 變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的工作原理
  電動機(jī)采用變頻調(diào)速后,電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù)載直接相連,電動機(jī)由變頻器直接供電,而不再通過電網(wǎng)供電,這樣就減小了對電網(wǎng)的沖擊,變頻器啟動是通過改變電動機(jī)的供電頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,可實(shí)現(xiàn)電流從零開始啟動,然后平緩升到電機(jī)的額定電流工作,從而實(shí)現(xiàn)在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)對電機(jī)無級調(diào)速控制,從而減小了機(jī)械振動,減小了對電機(jī)及相關(guān)設(shè)備的損害,調(diào)速過程中變頻器具有優(yōu)異的功率因數(shù)特性,有利于提高電機(jī)設(shè)備使用壽命。
  通過變頻調(diào)速后,異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為:
  n=60f(l-s)/p
  式中f為變頻器輸出頻率,s為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率,p為電動機(jī)極對數(shù)。
  液力偶合器的實(shí)質(zhì)是離心泵與渦輪機(jī)的組合,主要由輸入軸、輸出軸、泵輪、渦輪、輔室及安全保護(hù)裝置等構(gòu)成。液力耦合器的泵輪和渦輪組成一個可使液體循環(huán)流動的密閉工作腔,泵輪裝在輸入軸上,渦輪裝在輸出軸上。液力耦合器工作原理通過控制偶合器工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化,改變電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,液力耦合器靠液體與泵輪、渦輪的葉片相互作用產(chǎn)生動量矩的變化來傳遞扭矩。泵輪象離心泵一樣使工作腔的油液獲得液體能(包括動能和位能)使油液自泵輪內(nèi)緣沖向外緣,液流穿過兩輪間的間隙到達(dá)渦輪,而渦輪的作用就象透平機(jī),當(dāng)液流在渦輪葉片間的通道由外緣向中心流動時,就將液流的液體能轉(zhuǎn)變成了渦輪的機(jī)械能。液流在返回泵輪時就開始了下一個循環(huán),這樣旋轉(zhuǎn)著的液流就把電機(jī)的動力傳到了所帶負(fù)載上,達(dá)到控制負(fù)載轉(zhuǎn)速的目的。液力偶合器也可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié),但電動機(jī)仍是電網(wǎng)直接供電,且全速運(yùn)行。
  2 變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的節(jié)能比較
  2.1 功率損耗的原因
  無論采用變頻控制還是液力耦合控制,除電動機(jī)本身的機(jī)械性能功率損耗外,均存在著額外功率損耗,液力耦合器通過液力變送,加上電動機(jī)輸出軸的機(jī)械損耗,其效率應(yīng)小于1,同樣通過變頻器調(diào)速,逆變后送入電動機(jī)電樞,效能也會小于1。而且在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),兩種方式的效率曲線也不一樣。
  “兩種調(diào)速方式效率曲線”為典型的變頻器和液力偶合器的效率-轉(zhuǎn)速曲線,隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低,液力偶合器的效率基本上正比例關(guān)系降低,而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高。
  從曲線數(shù)據(jù)看,當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時,液力偶合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多,因此變頻調(diào)速的低速特性比液力偶合器要好。當(dāng)然,有一點(diǎn)我們應(yīng)該看到,就是用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載時,由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比,當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時,雖然液力偶合器效率正比下降,但電動機(jī)綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降,因此也能起到節(jié)能作用。
  變頻調(diào)速通過電力電子整流和脈寬調(diào)制逆變技術(shù)改變電動機(jī)電樞的電壓和頻率,自身消耗功率很少,器件損耗與輸出功率成正比,因此變頻調(diào)速可保持高效運(yùn)行。而液力偶合器依靠泵和渦輪往復(fù)循環(huán)液流產(chǎn)生能量,然后傳輸給電機(jī),從而帶動負(fù)載,綜合利用效率較低。
  2.2 理論計算節(jié)能比較
  從理論上進(jìn)行計算,舉例說明如下:1000 KW風(fēng)機(jī)風(fēng)量從100%降低到70%,由于流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比,因此轉(zhuǎn)速可以降低70%,負(fù)載功率理論上降為34.3%,如果采用直接高高變頻調(diào)速,其效率按0.95算,再考慮電動機(jī)效率在低功率時有所下降、和管道系統(tǒng)效率有所下降,電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.95/0.85/0.95=44.71%,即447.1 KW,節(jié)能55.29%,全年按300日計算,年節(jié)電398萬度。如果采用液力偶合器,其效率按0.665計算,電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.665/0.85/0.95=63.87%,即638.7 KW,節(jié)能36.13%,年節(jié)電260萬度。
  2.3 實(shí)測節(jié)能比較
  以實(shí)測一臺20萬千瓦機(jī)組引風(fēng)機(jī)改裝液力偶合器及變頻調(diào)速為例:該異步電動機(jī)額定值為1250 KW,6 KV、142 A、額定效率95%、額定轉(zhuǎn)速742 rpm、額定功率因數(shù)0.85。
  按機(jī)組年運(yùn)行300日7200小時計,應(yīng)用變頻調(diào)速年節(jié)電385萬度,而應(yīng)用液力藕合器年節(jié)電268萬度。雖然電動機(jī)功率不一致,但實(shí)測的節(jié)電比例與理論計算值基本一致。
  3 變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的其他性能比較
  變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速在節(jié)能方面有明顯的差異之外,另外還在功率因數(shù)、起動性能、維護(hù)可靠性方面都存在著一定的差異,其主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
  3.1 功率因數(shù)
  通過變頻器調(diào)速能夠保持較高的功率因數(shù),當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到20%以上時,功率因數(shù)一般都在0.95以上運(yùn)行,而液力耦合器功率因數(shù)相對較小,在70%以下轉(zhuǎn)速運(yùn)行時,功率因數(shù)大約為0.7左右,如需提高功率因數(shù),必須采取增加功率補(bǔ)償裝置。
  3.2 起動性能
  通過變頻調(diào)速裝置啟動電機(jī)時,電動機(jī)保持額定轉(zhuǎn)矩起動,電網(wǎng)輸入電流很小,對電網(wǎng)沖擊較小,不影響同電網(wǎng)下其他設(shè)備的運(yùn)行,而且起動過程中電流可控,起動點(diǎn)和爬坡時間可設(shè)置,可很好的控制起動電流,達(dá)到平緩起動。而液力耦合器起動電流一般是負(fù)載的6倍左右,即便增加額外裝置后,起動電流也較大,將會對電網(wǎng)沖擊較大,同時會干擾其他設(shè)備運(yùn)行,嚴(yán)重會造成設(shè)備損壞,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
  3.3 運(yùn)行可靠性、運(yùn)行維護(hù)
  變頻器裝置采用的電子線路技術(shù)比較成熟,高壓變頻具有單元自動切換和盈余運(yùn)行的特性,可連續(xù)高速運(yùn)行,可靠性得到保障,維護(hù)簡單易行,只需更換過濾網(wǎng)即可,而液力偶合器機(jī)械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)比較復(fù)雜,維護(hù)難度較大,長期運(yùn)行比較困難,一旦出現(xiàn)故障,將無法運(yùn)行,必須停機(jī)處理,給生產(chǎn)造成一定的損失。
  因此,對于選擇調(diào)速需要的設(shè)備,初選調(diào)速方式,宜選目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟的變頻調(diào)節(jié)方式為宜。
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西瑪電機(jī)維修在生活中尤為重要。
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