工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造技術(shù)及應(yīng)用探討

張?zhí)煊?/p>

摘 要：當(dāng)前大多數(shù)工廠用電設(shè)備主要是電動(dòng)機(jī)，而且工廠內(nèi)主要負(fù)荷電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于整體負(fù)荷率較低的狀態(tài)，能源浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重，只有少部分風(fēng)機(jī)利用變頻節(jié)能外，其余負(fù)載工作周期均無(wú)法改變?；诖宋恼聦?duì)工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討，包括選用節(jié)能設(shè)備、對(duì)配供電系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造、加強(qiáng)電力計(jì)量的精細(xì)化管理，利用“削峰填谷”平衡設(shè)備負(fù)荷，節(jié)約用電成本等方面，為工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能降耗技術(shù)的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機(jī)電設(shè)備 節(jié)能改造 變頻技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（c）-0051-02

1 節(jié)能改造技術(shù)

節(jié)能改造技術(shù)即利用半導(dǎo)體元件及其通電作用調(diào)整和改變機(jī)電設(shè)備電源電流工作頻率，以實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備能耗降低的目的，所以節(jié)能改造技術(shù)也稱為變頻節(jié)能技術(shù)，其中由電源板、電極電容和控制面板、鍵盤等組成的變頻器是變頻節(jié)能改造技術(shù)的核心，通過(guò)運(yùn)用微電子技術(shù)和變頻技術(shù)，改變電動(dòng)機(jī)電源做功頻率，從而加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)機(jī)能耗的控制。電動(dòng)機(jī)安裝變頻器后能夠在流量、風(fēng)速等輸出條件的約束下實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)能源消耗的有效降低。相反，未安裝變頻器的電動(dòng)機(jī)因無(wú)法進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)而始終處于額定工作狀態(tài)，既無(wú)法滿足不同工況對(duì)電動(dòng)機(jī)功率和效率的要求，又引起極大的效能損耗和能源浪費(fèi)。變頻節(jié)能改造技術(shù)的應(yīng)用能根據(jù)工況有效調(diào)整電動(dòng)機(jī)負(fù)載和輸出頻率，有效達(dá)到節(jié)能降耗的目的。例如在工廠生產(chǎn)中采用合適的變頻器替換閥控制，提升電動(dòng)機(jī)設(shè)備的輸出功率，有效降低損失的電力馬達(dá)輸出功率，節(jié)能降耗；安裝逆變器進(jìn)行發(fā)電機(jī)的自動(dòng)化調(diào)整，同時(shí)可以有效降低能源消耗。

（1）

式中：n為電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速（r/min）；f為交流電源頻率（Hz）；p為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極對(duì)數(shù)；k為滑差系數(shù)。

變頻技術(shù)是當(dāng)前工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中不產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)差損耗的有效的變速技術(shù)，通過(guò)式（1）可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率正向變動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)電源頻率f及磁極對(duì)數(shù)p變動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)改變，通過(guò)控制和改變交流電頻率便可進(jìn)行工廠機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制，確保機(jī)電設(shè)備使用過(guò)程中無(wú)極調(diào)速或軟啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，提高生產(chǎn)效能[1]。傳統(tǒng)的工廠機(jī)電設(shè)備運(yùn)行模式下，交流電源頻率不可變，但應(yīng)用變頻技術(shù)后可以通過(guò)濾波、整流、逆變等作用改變和調(diào)整交流電源頻率，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和調(diào)壓，以提升機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效能和工作效率。

交-交變頻器主要借助電力半導(dǎo)體元件的通斷作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備工頻電源電能控制裝置電流頻率的轉(zhuǎn)換，交-直-交變頻器主要利用整流器將交流電轉(zhuǎn)變成直流電，并借助直流中間電流進(jìn)行整流電流輸出功率的濾波平緩處理，經(jīng)由濾變器將直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都調(diào)整可變的交流電，以提高工廠機(jī)電設(shè)備的節(jié)能降耗效果。

2 工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造技術(shù)的應(yīng)用

2.1 節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用

（1）節(jié)能型照明設(shè)備。

照明設(shè)備是工廠常見(jiàn)的機(jī)電設(shè)備，與其他機(jī)電設(shè)備相比耗電量較小，但使用數(shù)量多而頻繁，所以節(jié)能照明設(shè)備的使用對(duì)工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造意義重大且效果顯著。常用的節(jié)能型照明設(shè)備包括節(jié)能燈、熒光燈和LED燈等，節(jié)能燈有較強(qiáng)的穿透力，熒光燈有較高的發(fā)光效果，LED燈電能損耗低，三種節(jié)能照明設(shè)備在工廠節(jié)能方面均應(yīng)用廣泛。

（2）節(jié)能型電動(dòng)機(jī)設(shè)備。

電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中隨處可見(jiàn)，包括機(jī)床、排風(fēng)扇等在內(nèi)的許多機(jī)電設(shè)備都需要電動(dòng)機(jī)供給動(dòng)力，所以節(jié)能型電動(dòng)機(jī)的普遍應(yīng)用有助于降低生產(chǎn)能耗。YEⅢ型電動(dòng)機(jī)的磁芯為高導(dǎo)磁低損耗的冷軋硅鋼片，工作效率高且電能消耗低，維修過(guò)程簡(jiǎn)便。

（3）節(jié)能型變壓器。

工廠生產(chǎn)過(guò)程中，不同機(jī)電設(shè)備有不同等級(jí)的額定工作電壓，所以電壓升降難題普遍存在，這就需要用到變壓器進(jìn)行電壓升降的調(diào)整與控制。變壓器是影響電力成本的重要元件，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，我國(guó)電力消耗量中電流消耗約占10%，變壓器具有阻抗匹配和電壓升降等多種功能，如果型號(hào)容量功能選擇錯(cuò)誤則會(huì)加重電能損耗，所以必須根據(jù)實(shí)際情況在滿足負(fù)荷指標(biāo)的情況下，選擇容量相對(duì)小的變壓器設(shè)備，以防止不必要的電能損耗。同時(shí)可以配套性地選擇單相自補(bǔ)償變壓器和三相四線變壓器以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)負(fù)荷的平衡[2]，有效降低電流波動(dòng)可能引發(fā)的電能額外損失。

（4）應(yīng)用低阻電纜。

電纜電阻在提高電力傳輸質(zhì)量和降低傳輸能耗方面起重要作用，作為各種用電設(shè)備之間電力傳輸?shù)幕就ǖ?，電纜電阻的大小與機(jī)電設(shè)備電力傳輸速度之間呈反向關(guān)系，即電纜電阻越大則電力傳輸速率越慢，單位時(shí)間內(nèi)所消耗的電能也越多。為此工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中必須選擇電阻較小的電纜并適當(dāng)增大電纜導(dǎo)線截面以降低熱輻射和電能的無(wú)謂損耗。

2.2 工廠配供電系統(tǒng)的節(jié)能改造

在工廠電力系統(tǒng)和分配系統(tǒng)中應(yīng)用節(jié)能改造技術(shù)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)可以確保工廠機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常、穩(wěn)定工作性能，確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

（1）合理確定供電電壓。

供電電壓的合理選取可以確保合理用電的實(shí)現(xiàn)，也是對(duì)機(jī)電設(shè)備電容、供電距離、電網(wǎng)安全等綜合考慮的結(jié)果，當(dāng)用電設(shè)備平均電壓為6kV且設(shè)備電容較大時(shí)，如果技術(shù)上可行且經(jīng)濟(jì)上合理，則可以考慮選擇該級(jí)別電源電壓以降低用電設(shè)備電耗。

（2）擴(kuò)大使用無(wú)功補(bǔ)償裝置。

電氣功率因數(shù)是進(jìn)行工廠設(shè)備用電估計(jì)的重要指標(biāo)，功率因數(shù)的提高意味著電氣設(shè)備用電效率的提升，無(wú)功補(bǔ)償裝置的安裝使用有利于提高用電設(shè)備的無(wú)功補(bǔ)償，滿足工廠機(jī)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程對(duì)無(wú)功功率的需求，充分利用發(fā)電設(shè)備容量和變壓器設(shè)備，并提高設(shè)備電能使用效率，降低電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，這都意味著機(jī)電設(shè)備電能消耗量的減少。

2.3 進(jìn)行電力計(jì)量的精細(xì)化管理

精細(xì)化管理的概念自提出以來(lái)其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，對(duì)工廠機(jī)電設(shè)備進(jìn)行電力計(jì)量的精細(xì)化管理旨在加強(qiáng)對(duì)機(jī)電設(shè)備和電能計(jì)量裝置運(yùn)行的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)與定期追蹤調(diào)查，以便獲取機(jī)電設(shè)備電力計(jì)量裝置質(zhì)量等方面的數(shù)據(jù)資料，加強(qiáng)節(jié)能改造技術(shù)管理。精細(xì)化管理理念的 應(yīng)用可以有效規(guī)避企業(yè)機(jī)電設(shè)備電力計(jì)量方面的隱患，提高電力計(jì)量裝置的準(zhǔn)確度與運(yùn)營(yíng)效率，并以此為契機(jī)制訂和實(shí)施工廠機(jī)電設(shè)備電力計(jì)量精細(xì)化管理的長(zhǎng)效機(jī)制。

2.4 通過(guò)“削峰填谷”平衡設(shè)備負(fù)荷，節(jié)約用電成本

工廠生產(chǎn)過(guò)程具有明顯的時(shí)段性，即白天生產(chǎn)任務(wù)重、用電量大，而夜間電力消耗小，所以其電能的使用表現(xiàn)出明顯的高峰和低谷交替的“峰谷效應(yīng)”，這種峰谷變化對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行存在不利影響，可以考慮將高峰期電力部分或全部轉(zhuǎn)移至低谷時(shí)段，以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)期電力耗用量的平衡，同時(shí)峰谷時(shí)期電價(jià)不同，可以利用峰谷效應(yīng)降低電力成本，從而降低用電成本，促使節(jié)能改造目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造技術(shù)的推廣應(yīng)用可以提高工廠生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能降耗和資源的集約化利用，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，并確保工廠生產(chǎn)的安全性。工廠生產(chǎn)往往存在許多安全隱患，既影響正常的生產(chǎn)進(jìn)度，又威脅生產(chǎn)人員人身安全，為此必須引進(jìn)節(jié)能降耗新技術(shù)，以不斷提高工廠生產(chǎn)的安全性和生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 王鳳.變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造中的應(yīng)用探究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2017（23）：97-98.

[2] 郭成鑫.工廠機(jī)電設(shè)備節(jié)能改造技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（4）：88.