磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本技術(shù)研究

陳梓銘

摘 要：隨著我國電機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展，磁懸浮電機(jī)也受到了越來越多的關(guān)注。但是由于我國磁懸浮電機(jī)技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短，部分企業(yè)的磁懸浮電機(jī)運(yùn)行效率較低，造成了大量的資源浪費(fèi)。對此，本文從磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的角度出發(fā)，分析了磁懸浮電機(jī)節(jié)能的原理，同時(shí)從多個(gè)方面提出了磁懸浮電機(jī)節(jié)能的方法。期望通過本文的研究，能夠?yàn)槲覈髽I(yè)機(jī)電節(jié)能降本提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：磁懸浮電機(jī)；節(jié)能降本技術(shù)；降本技術(shù)；變頻節(jié)能降本

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.164

1 引言

中國是能源相對缺乏的國家，目前，各種設(shè)施的節(jié)能降本是每一個(gè)生產(chǎn)型企業(yè)的重要課題。對于磁懸浮電機(jī)方面而言，由于我國技術(shù)較為薄弱，檢測生產(chǎn)成本的方法落后，缺乏相應(yīng)的管理手段，以及節(jié)能降本意識不強(qiáng)等其他原因。導(dǎo)致了電機(jī)功耗大以及運(yùn)行效率較低的問題。在這種情況下，充分的開發(fā)磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的潛能從而找到一個(gè)有效的降本點(diǎn)，對于我國磁懸浮電機(jī)行業(yè)的發(fā)展而言是重中之重。

2 磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的相關(guān)因素分析

電機(jī)的效率能夠通過電流效率曲線反映出來，一般而言，其特性隨電流的變化而變化。對此，我們通過對Y系列電機(jī)的分析，可以得知不同類型的電動(dòng)機(jī)在額定工況下效率不同，并且其電阻的最大值也不相同這一結(jié)論。電動(dòng)機(jī)的效率S關(guān)系式如下所示：

式中，S為電機(jī)運(yùn)行總效率；

P1為電機(jī)輸出總功率；

P2為電機(jī)輸入總功率；

P3為電機(jī)的各負(fù)載類型消耗總額。

當(dāng)電機(jī)的總輸出功率P1=0時(shí)，電機(jī)總效率也為0，隨著電流增加，電機(jī)的工作效率會不斷增加，但是增加幅度會有明顯的下降，直到最大值。在電機(jī)的負(fù)載P3值增加較為緩慢時(shí)，效率曲線會保持較快的增長速度，但是隨著負(fù)載值的增加，S也會相應(yīng)降低，造成曲線的上升速度下降。綜上所述，進(jìn)行磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的技術(shù)最有效的方法就是從降低電機(jī)的負(fù)載消耗方面入手。

3 磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本技術(shù)分析

3.1 電機(jī)類型的選擇

根據(jù)磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的需求，需要以效率較高電機(jī)來進(jìn)行電力的提供，從而降低所選電機(jī)的浮力，避免出現(xiàn)“大材小用”的情況，讓電機(jī)的實(shí)際負(fù)載率維持在75%左右。例如，我國設(shè)計(jì)的Y型以及Z型磁懸浮電動(dòng)機(jī)相對于老式系列的JO電機(jī)具有更高的效率。一般來說，普通電機(jī)的損耗為輸入功率在5% -25%之間，平均損耗為13%，但是Y系列在效率上比JO型電機(jī)高出了超過1%的效率，Z型電機(jī)的平均效率在其他條件相同的情況下比Y系列電機(jī)還要高出3%。為了減少銅和鐵在電機(jī)運(yùn)行過程中的損耗，使用低損耗和導(dǎo)磁率較高的磁性材料是十分有效的辦法。除此之外，還可以改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造工藝來減少雜散的損失。雖然在短期內(nèi)會增加30%左右的電機(jī)制造成本，但是從長期運(yùn)行和高負(fù)載率的情況下進(jìn)行考慮，進(jìn)行這種前期的投資是較為劃算的。由于轉(zhuǎn)子效率的差異，鼠籠電機(jī)優(yōu)于直線電機(jī)；由于功率因數(shù)的不同，高速電機(jī)優(yōu)于低速電機(jī)；當(dāng)電壓等級不同時(shí)，高壓電機(jī)優(yōu)于低壓電機(jī)。

3.2 “無功補(bǔ)償”方法的運(yùn)用

磁懸浮電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)與負(fù)載呈反比關(guān)系，在額定負(fù)載數(shù)值提高時(shí)，負(fù)載功率因數(shù)數(shù)值就會下降，其數(shù)值通常在0.2～0.85之間。在磁懸浮電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，會從電網(wǎng)中吸收大量的感應(yīng)無功功率，從而使功率因數(shù)降低，造成系統(tǒng)效率降低的情況。這種時(shí)候，可以對電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。最為常見的方法就是無功補(bǔ)償，在保證磁懸浮電機(jī)能夠正常運(yùn)行的情況下，提高電流線路的效率數(shù)值，減少電阻來降低變壓器的消耗。目前，無功補(bǔ)償方法主要有以下幾種：

（1）進(jìn)行電容器的相互并聯(lián)。將于電機(jī)的出口端并連接到電容器上。在電容器沒有得到電流補(bǔ)償前將電流滯后，在接入電容器得到補(bǔ)償后，輸出端適當(dāng)?shù)碾娙菘梢栽黾哟艖腋‰妱?dòng)機(jī)的功率因數(shù)。由于電機(jī)的端電壓沒有發(fā)生變化，不會對電機(jī)的正常運(yùn)行造成影響，電容器本身消耗的功率可以忽略不計(jì)。（2）大容量繞線轉(zhuǎn)子磁懸浮電動(dòng)機(jī)可同步運(yùn)行。（3）安裝功率因數(shù)靜態(tài)補(bǔ)償器，主要由交流濾波器和感應(yīng)無功設(shè)備組成，容量可連續(xù)調(diào)節(jié)。改進(jìn)電網(wǎng)功率因數(shù)，降低系統(tǒng)電流，降低供電系統(tǒng)損耗，有效實(shí)現(xiàn)磁懸浮節(jié)能降本的效果。

3.3 變頻節(jié)能的利用

企業(yè)的日常生產(chǎn)過程離不開電機(jī)的使用，包括水泵、風(fēng)扇以及傳熱等多種設(shè)備。但是這些設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過程中并不會24小時(shí)的處于滿負(fù)荷運(yùn)作狀態(tài)，與之相反，受到多方面因素的影響，這些設(shè)備的電機(jī)往往只需要以50%左右的額定功率進(jìn)行使用就完全能夠滿足正常運(yùn)作的需求了。但是在企業(yè)改變生產(chǎn)目標(biāo)時(shí)，一般不會對設(shè)備恩電機(jī)的功率進(jìn)行更改，只是通過改變節(jié)流控制的方法。這樣不僅浪費(fèi)了大量的電力資源，同時(shí)也讓電機(jī)的使用年限大大降低。對此，我們可以通過調(diào)整所需軸功率，發(fā)揮變頻節(jié)能的效果。通過變頻技術(shù)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的公式如下所示：

式中，S為電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

f為電機(jī)的頻率；

n為轉(zhuǎn)速差；

p為電機(jī)極對數(shù)。

通過公式我們可以看出，要想提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速只需要改變電源的頻率就能夠?qū)崿F(xiàn)。在設(shè)備變頻的效率基本不發(fā)生變化的情況下，只用過改變電源的頻率，根據(jù)電機(jī)實(shí)際輸出量來改變輸出功率，來達(dá)到提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。

對于風(fēng)機(jī)和水泵而言，從流體力學(xué)的相關(guān)理論上來看，風(fēng)量和轉(zhuǎn)速在一種情況下呈正比關(guān)系，風(fēng)壓與速度值的平方成正比，軸功率轉(zhuǎn)速S的三次方呈正比關(guān)系。當(dāng)所需的風(fēng)量減小并且風(fēng)扇速度降低時(shí)，功率的旋轉(zhuǎn)速度會呈現(xiàn)出三次方的速率降低。當(dāng)所需風(fēng)量下降到70%以下時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速S也下降到額定轉(zhuǎn)速的70%，而軸功率則下降為45%。如果采用阻尼器方法的，管網(wǎng)阻力增大，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)從A變?yōu)樾碌倪\(yùn)行點(diǎn)B，軸功率PZ和B區(qū)域必須與XB成比例；采用速度控制模式。通過實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)和水泵轉(zhuǎn)速控制可節(jié)約30%左右。因此，當(dāng)磁懸浮電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于風(fēng)扇和拖曳等負(fù)載變化時(shí)，如果采用頻率的方法控制來調(diào)節(jié)電機(jī)功率，則可以有效的節(jié)省大量電能資源。傳統(tǒng)的節(jié)能降本方法是改變電機(jī)通電時(shí)間的比例，雖然在一定時(shí)間內(nèi)電機(jī)停止使用會減少電能資源的消耗，但是隨著電機(jī)不斷在停止和起動(dòng)之間切換，也會加大電機(jī)的電能消耗，沒有辦法達(dá)到變頻節(jié)能的效果。

3.4 通過新型材料增加銅線截面積

（下轉(zhuǎn)第142頁）

（上接第190頁）

對于帶有浸漬絕緣瀝青云母的高壓電機(jī)，在進(jìn)行定子線圈的檢修過程中，可以使用環(huán)氧玻璃粉云母帶（B級帶）絕緣來實(shí)現(xiàn)節(jié)省電力的效果。由于瀝青云母帶絕緣被浸漬，槽絕緣在一側(cè)具有厚的厚度，并且B級帶被熱成型到地絕緣，并且槽絕緣在一側(cè)上變薄。因此，在槽絕緣厚度變薄的同時(shí)，銅線的截面面積會有一定的增加。一般來說，在進(jìn)行電機(jī)進(jìn)行絕緣后，銅線平均截面積可增加30%左右。這樣不僅可以讓磁懸浮電機(jī)的溫升也降低，還能夠降低功率損耗。對于在技術(shù)不成熟之前生產(chǎn)的低壓電動(dòng)機(jī)來說，當(dāng)定子線圈在檢修過程中可以重新燒制，以此來保證槽內(nèi)的絕緣層厚度下降。在其它因素不發(fā)生變化的前提下，通過加粗導(dǎo)線的方法能夠讓電機(jī)的運(yùn)行效率提高3%左右。這個(gè)提升率對于常年運(yùn)行的磁懸浮電機(jī)的節(jié)能降本效果來說是非常可觀的。

4 結(jié)束語

進(jìn)行磁懸浮電機(jī)技能降本的研究十分有意義，它不僅能夠節(jié)約社會資源，同時(shí)還是我國電機(jī)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。在進(jìn)行磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的過程中，企業(yè)需要從多個(gè)角度出發(fā)，運(yùn)用多種方法，從源頭上、方法上、技術(shù)上以及材料上對磁懸浮電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行剖析。只有這樣才能夠提高磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本技術(shù)的發(fā)展，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，為我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展創(chuàng)造出良好的內(nèi)外部環(huán)境。

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