大功率電動(dòng)機(jī)節(jié)能改造應(yīng)用方法

摘 要：本文提出了大功率電動(dòng)機(jī)的技術(shù)改造應(yīng)用中方法、性能指標(biāo)、節(jié)能同類技術(shù)比較，分析了節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī);改造應(yīng)用;方法

1 引言

變頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，從工業(yè)到交通運(yùn)輸及家用電器，變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，是理想的調(diào)速方法，但目前我們應(yīng)用得較多的是它的節(jié)能特性及社會(huì)效益，因?yàn)橹袊?guó)是能耗大國(guó)，能源儲(chǔ)備不足且利用率不高，而電動(dòng)機(jī)用電在電力消耗中占很大比例，應(yīng)用變頻調(diào)速可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，可以提高負(fù)載運(yùn)行時(shí)的工作效率，尤其對(duì)電能耗量較大的企業(yè)使用，節(jié)能效果非常顯著，變頻技術(shù)的應(yīng)用為企業(yè)及地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到了重要作用。

2 節(jié)能技術(shù)改造應(yīng)用方法

從流體力學(xué)的原理得知，使用感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)，軸功率P與風(fēng)量q，風(fēng)壓h的關(guān)系為：P∝q×h。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由h1變化到h2時(shí)，q、h、P與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下。

q2=q1×h2/h1（1）

h2=h1×h2/h1（2）

P2=p1×h2/h1（3）

可見風(fēng)量P和電機(jī)的轉(zhuǎn)速h是成正比關(guān)系的，而所需的軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系。所以當(dāng)需要80%的額定風(fēng)量時(shí)，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速的80%即調(diào)節(jié)頻率到40Hz即可，這時(shí)所需功率將僅為原來的51.2%。當(dāng)所需風(fēng)量從q1減小到q2時(shí)，如果采用調(diào)節(jié)閥門的辦法，管網(wǎng)阻力將會(huì)增加，管網(wǎng)特性曲線上移，系統(tǒng)的運(yùn)行工況從A點(diǎn)變到新的運(yùn)行工況點(diǎn)B點(diǎn)運(yùn)行，所需軸功率P2與面積h2×q2成正比;如果采用調(diào)速控制方式，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由h1下降到h2，其管網(wǎng)特性并不發(fā)生改變，但風(fēng)機(jī)的特性曲線將下移，因此其運(yùn)行工況點(diǎn)由A點(diǎn)移至C點(diǎn)，此時(shí)所需軸功率P3與面積hB×q2成正比，從理論上分析，所節(jié)約的軸功率Deit（p）與（h2-hB）×（C-B）的面積成正比?？紤]減速后效果下降和調(diào)速裝置的附加損耗，通過實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)類負(fù)載通過調(diào)節(jié)控制節(jié)約電可達(dá)20%-50%。

3 性能指標(biāo)

煉鐵廠高爐熱風(fēng)助燃風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為一對(duì)一配置，無備用，風(fēng)機(jī)為24h連續(xù)運(yùn)行，在熱風(fēng)爐出口設(shè)有調(diào)壓閥，用于調(diào)節(jié)供給高爐熱風(fēng)的壓力和流量，壓力一般控制在34-44kPa。兩座高爐羅茨風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期以來均通過調(diào)節(jié)調(diào)壓閥的方法，來實(shí)現(xiàn)流量控制，故系統(tǒng)效率低，功耗大，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。由于生產(chǎn)正常時(shí)要求供風(fēng)持續(xù)并且穩(wěn)定，因此風(fēng)量，風(fēng)壓變化不大，故可通過變頻器準(zhǔn)確調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，消除節(jié)流損失，同時(shí)提高風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率。雖然由于電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的下降會(huì)使其運(yùn)行效率降低，但因風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率的下降幅度很大，電動(dòng)機(jī)的損耗也有所減少最終使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率大幅下降，從而達(dá)到節(jié)電的目的。

4 主要工作內(nèi)容

4.1 項(xiàng)目方案的制定

項(xiàng)目改造技術(shù)方案分為為以下四個(gè)階段：一是空載試運(yùn)行階段：頻率50Hz，電壓380V，主要觀察電氣設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及各種技術(shù)參數(shù)是否正常，一次電流150A，cos?=0.92;時(shí)間：24h，設(shè)備運(yùn)行正常，電動(dòng)機(jī)溫度58℃。采錄24h耗電量及系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)。三是超負(fù)載試運(yùn)行階段：根據(jù)高爐故障懸料時(shí)需要的風(fēng)壓（400-420水銀汞柱）進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間1h，以便高爐發(fā)生懸料故障時(shí)設(shè)備能滿足風(fēng)壓需要，觀察記錄了重負(fù)載時(shí)電氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)及技術(shù)參數(shù)。頻率50Hz，電壓380V，一次電流460A，電動(dòng)機(jī)溫度71℃，溫度已接近極限，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生尖銳的電磁噪音，其他設(shè)備運(yùn)行正常。采錄24h耗電量及系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：四是交付正常運(yùn)行階段：變頻在通過以上三個(gè)試運(yùn)行階段后，頻率調(diào)至43Hz，電壓380V，一次電流350A，溫度65℃，交付生產(chǎn)部正常運(yùn)行，觀察記錄設(shè)備的運(yùn)行狀況及單位（24h）耗電量。COS?=0.92。采錄24h耗電量及系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：

4.2 研究過程中各階段工作的主要技術(shù)工作及技術(shù)關(guān)鍵

通過變頻技術(shù)應(yīng)用以后，在各階段工作的主要技術(shù)工作中，解決了以下六大主要技術(shù)工作及技術(shù)關(guān)鍵問題：一是低壓電動(dòng)機(jī)中頻單機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)容易。二是電網(wǎng)波動(dòng)引起全廠大功率電氣同時(shí)跳閘的故障現(xiàn)象消失。三是高爐放散時(shí)產(chǎn)生的噪音、粉塵同時(shí)消失。四是耗電量顯著下降，生產(chǎn)成本降低。五是羅茨風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)工作溫度下降至了10℃～13℃。六是由于降低了設(shè)備轉(zhuǎn)速，延長(zhǎng)了設(shè)備使用時(shí)間，降低了維修費(fèi)用。

4.3 解決關(guān)鍵技術(shù)中遇到的問題及所采取的主要措施

此次變頻技術(shù)應(yīng)用改造雖然取得成功，但是出現(xiàn)了變頻輸出側(cè)產(chǎn)生諧波引起電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁噪音的關(guān)鍵技術(shù)問題，經(jīng)論證、諧波具有降低電氣系統(tǒng)絕緣程度，產(chǎn)生非正常熱量、降低設(shè)備使用壽命，污染電網(wǎng)系統(tǒng)。為此再次投資采購了兩臺(tái)500kVa交流電抗器，分別加裝在變頻器輸入、輸出側(cè)，解決了諧波污染電源等問題。

4.4 達(dá)到的目的與研究結(jié)果

實(shí)踐證明，變頻技術(shù)的應(yīng)用節(jié)能效果非常明顯，生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、正常，即解決了能源浪費(fèi)的問題，也解決了高爐放散時(shí)粉塵對(duì)環(huán)境的污染，達(dá)到了預(yù)期目的，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為公司及其他地方工業(yè)的節(jié)能方面起到了帶頭示范作用。通過對(duì)高爐的大功率電機(jī)設(shè)施節(jié)能技術(shù)改造后，使高爐的設(shè)備整體能耗下降10%～20%，實(shí)現(xiàn)提出的降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)高爐生產(chǎn)運(yùn)行工況穩(wěn)定，設(shè)備故障率明顯下降，不僅減低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，單位耗電量也顯著下降，項(xiàng)目改造取得初步成功，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，設(shè)備正常運(yùn)行至今，因此變頻技術(shù)是解決能耗問題的根本。

4.5 節(jié)能同類技術(shù)比較

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲悉，采用常規(guī)運(yùn)行（中頻降壓?jiǎn)?dòng)）與變頻運(yùn)行，在條件相同的情況下，由電度表讀數(shù)得知，320kW電機(jī)在常規(guī)運(yùn)行時(shí)耗電275kW·h，變頻運(yùn)行時(shí)為220kW·h，節(jié)電率達(dá)20%。運(yùn)行頻率43Hz，壓力44kPa。為了高爐操作方便，輸出頻率基本不變，可通過放散閥所留有的余量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。采用常規(guī)運(yùn)行（中頻降壓?jiǎn)?dòng)）與變頻運(yùn)行，在條件相同的情況下，由電度表讀數(shù)得知，一臺(tái)320kW電機(jī)在常規(guī)運(yùn)行時(shí)月耗電量113668kW·h，變頻運(yùn)行時(shí)為81599.4kW·h，月耗電量下降32068.6kW·h。一臺(tái)320kW電機(jī)在常規(guī)運(yùn)行時(shí)月電價(jià)為50224.02元，變頻運(yùn)行時(shí)為36054.69元，下降14169元，節(jié)電率達(dá)28%。一臺(tái)320kW電機(jī)在常規(guī)運(yùn)行時(shí)年電價(jià)為502242元，變頻運(yùn)行時(shí)為360546.95元，下降141690元，節(jié)電率達(dá)28%。

4.6 結(jié)束語

至2014年8月，全廠月耗電量由改造前的200萬kW·h下降到170萬kW·h，取得了理想的節(jié)能效果。改造前采用常規(guī)運(yùn)行（減壓?jiǎn)?dòng)），在條件相同的條件下，由電度表讀數(shù)得知，320kW電機(jī)在常規(guī)運(yùn)行時(shí)耗電275kW·h。改造后經(jīng)過變頻運(yùn)行新技術(shù)配置，320kW電機(jī)在變頻運(yùn)行時(shí)耗電220kW·h。相同的設(shè)備，經(jīng)過新技術(shù)配置，運(yùn)行效果截然不同，耗電量由改造前的3692kW·h下降到2681kW·h。不僅如此，在容量利用方面也取得了意想不到的效果，四號(hào)爐前期使用的S11-800/10電力變壓器由于條件限制，工作溫度60℃，高壓保護(hù)開關(guān)經(jīng)常發(fā)生跳閘現(xiàn)象。改造后，由于控制了負(fù)載電流，總電流由前期的780A下降到685A，工作溫度由60℃下降到40℃。為了合理用用資源，2009年10月，將800kVa變壓器更換為630kVa，至今設(shè)備運(yùn)行正常，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：

王煜民（1979- ），男，助理工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，畢業(yè)于張掖河西學(xué)院，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，工作于甘肅省張掖市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，從事電梯、起重機(jī)械、場(chǎng)內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛檢驗(yàn)工作。