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感应电动机的节能

2018-08-03 09:51:53 阅读()

       1感应电动机能量损耗的组成
       感应电动机的能量损耗主要由以下三部分构成:
       (1)铜损耗。包括定子铜损、转子铜损、杂散损耗。
       (2)铁心损耗。
       (3)机械损耗。包括通风损耗、摩擦损耗。
        铜损耗与电动机的负载率有关。杂散损耗目前还没有一个准确实用的计算公式,一般均根据具体情况和经验选取。机械损耗与所采用的轴承、润滑剂、冷却风扇和电动机的装配质量等有关,可根据实测值或参考其他电动机机械损耗的计算方法计算。
       铁心损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。
       磁滞损耗是指铁磁材料置于交流电磁场中时,磁性材料被反复交变磁化,与此同时,磁畴相互不停地摩擦、消耗能量,造成损耗。分析表明,磁滞损耗与磁场的交变频率f、铁心的体积V、磁滞回线的面积、磁密最大值Bm的平方成正比。
      电机的铁心是导电的,故当通过铁心的磁通随时间变化时,根据电磁感应定律,铁心中将产生感应电动势,并引起环流。这些环流在铁心内部围绕磁通作旋涡状流动,故称作涡流。涡流在铁心中引起的损耗,称作涡流损耗。
       分析表明,频率越高,磁通密度越大,感应电动势就越大,涡流损耗就越大;铁心的电阻率越大,涡流所流过的路径就越长,涡流损耗就越小。对于由硅钢片叠成的铁心,涡流损耗为
                                                                      
  式中 Ce——涡流损耗系数,其大小取决于材料的电阻率;
           △——硅钢片厚度,为减小涡流损耗,电动机铁心常用O.35mm厚的硅钢片叠成;
            f一一磁场交变频率, Hz;
         Bm一一磁通密度, T;
           V一一铁心的体积, mm3
       综上,铁心损耗是磁滞损耗和涡流损耗之和。对于一般的电工钢片,在正常的工作磁通密度范围内(1TζBm ~1. 8T),铁心损耗可以近似写为
                                                                     
       从式中可以看出,铁心损耗与频率(f)的1.3次方、磁通密度(Bm)
的平方和铁心质量(G)成正比
        2运行中减小铁心损耗的方法
       众所周知,交流电动机的铁心损耗与感应电动势(近似等于外加电压)的平方成正比。当电动机运行在轻载情况下,适当降低输入电压运行,可以显著提高电动机的运行效率。
       3减少电动机机械损耗的方法
       减少电动机机械损耗可以从以下六方面着手解决:
       (1)采用高效率的风扇(如机翼型轴流风扇)。
       (2)调整风罩与扇叶外圆之间的间隙。
       (3)适当缩小轻载电动机风扇外径。
       (4)采用高质量的轴承。
       (5)采用优质润滑剂。
       (6)提高电动机装配质量。
       4减少电动机机械损耗的具体措施
       一、调整电机风扇以降低机械损耗
        电动机是把电能转变成机械能的设备,在转换过程中要产生损耗,这些损耗以热的形式出现,它使电动机发热。定子绕组有电流流过后产生铜损耗,经槽绝缘材料把热传导给定子铁心,再由定子铁心传给电动机外壳散发到空间。转子的热量是由转子铝耗及其摩擦产生的,它传给转子铁心和内风扇表面,靠内风扇搅拌使热量散发在电动机内空间,再传给定子铁心、端盖、机座。定、转子的两股热量均由外风扇吹散。因此,外风扇风量的大小是决定电动机温度是否超过其绝缘材料等级所允许温度的关键。
        国家标准规定了各种绝缘等级的电动机在额定运行条件下的允许温升,要求电动机中最热点温度不允许超过其绝缘等级的允许极限温度,见下表。
 
绝缘等级 允许温度极限 环境温度规定值 热点温差 允许温升
A 105 40 5 60
E 120 40 5 75
B 130 40 10 80
F 155 40 15 100
H 180 40 15 125
 
       在这里,允许温升=允许温度极限一环境温度规定值一热点温差。
       绕组的热点温差是指当电动机带额定负载时,绕组热点的稳定温度与绕组平均温度之差。
       当电动机处于空载或轻载时,电动机总损耗要比额定时小,而风量与电动机总损耗成正比关系,所以风扇处于“大马拉小车”状态。因为通风损耗与电动机转速恒定,故通风损耗不随负载变化,所以这时应降低风量来减少电动机的通风损耗。改变风扇扇叶形状可以降低风量,但比较困难,不如直接减少外风扇扇叶直径简便。风扇本身的机械损耗与扇叶直径的4~5次方成比例,而风量与扇叶直径的平方成正比,所以减小扇叶直径时,风量降低不多,而通风损耗却可以降低很多。
       由于外风扇的冷却风量减少,使电动机温升上升,但仍能保持电动机温升在绝缘等级允许的范围内。同时还要看到,由于外扇叶直径缩小电动机机械损耗降低,又会使电动机温升进一步降低。尤其对于2, 4级这样高转速的电动机,当风扇外径缩小14%~16%时,通风损耗可下降20%~40%。另外,改变扇叶直径时,要相应改变挡风板或风扇罩尺寸,使它们互相配合的尺寸符合规定。风扇扇叶与风扇罩的间隙不可过大,一般在10~15mm之间,过大会增大高压区回流到低压区的漏风损耗。同时要保持扇叶与风扇罩之间原有的角度,其作用是使进风的一部分动压力转变为静压力而减少损耗。当然,在温升许可的范围内,为了降低风扇的风量,还可以降低风扇的等级来使用。例如, 8号机座用的风扇经过调整和修整可使用在9号机座轻载的电动机上,这样就可使9号机座轻载的电动机降低机械损耗,并使温升提高些来提高电动机的效率和功率因数。
       二、减少摩擦以降低机械损耗
       电动机轴承的正常运转、噪声、振动、过热、寿命等因素均与合理选择润滑脂有关,目前通常是选用3号铿基脂,可以降低机械损耗。不过当前随着科学技术的飞速发展,又出现了许多性能优越的润滑脂。例如:国产“中小型电动机轴承润滑脂”的性能经有关部门测试,达到日本JIS2220-80型滚动轴承润滑脂的标准,接近瑞士SKF65C润滑脂的水平,含杂质极低,价格与3号锂基脂相当;当前市场上出现的美国艾索润滑脂性能也不错。我们完全可以使用这些性能更好的润滑脂来改善电动机的运行状况,以降低机械损耗。作为电动机专业检修人员,还可以在合理选用轴承上下工夫,也可以节能降耗。由于已知极数少的电动机机械损耗大,极数多的电动机机械损耗小,则在高转速的电动机上可以使用进口轴承或国产高级别的B、C级优质轴承,而在低转速的电动机上可以使用国产中高级的轴承C、D级,以使损耗降到最小。
       三、提高功率因数以降低机械损耗
       发电厂里的转机拖动设备95%是交流异步电动机,而交流异步电动机是低功率因数的设备。如果提高其功率因数,就可以充分发挥供电设备潜力,同时又可降低生产成本和节约电能。下面就如何提高功率因数的问题进行讨论。
       (一〉合理调整运行设备,提高功率因数
       在未进行人工补偿前,应考虑对电厂现有设备进行检查和调整,使其合理运行,从而提高功率因数。
       一般电厂内的设备都是配套的,无需在容量和选型上考虑,我们只需考虑运行中的电动机,避免出现“大马拉小车”现象。当负载率低于40%时,可以考虑更换小容量的电动机;当负载率低于30%时,可将三角接线的绕组改为星形
接线,这样电动机的效率和功率因数均会提高。
       对老系列的电动机,如JO、JO2系列的老式电动机进行改造或淘汰,更换Y系列的节能电动机
      正确使用和维护电动机,注意控制其频繁起动(频繁起动时功率因数很低)。精心检修,在电动机安装时调整好中心线及电动机转、定子间隙,因为气隙不均会造成空载电流增大、功率因数降低。
       (二)加装变频器,提高功率因数
       使用变频器,即在普通的交流异步电动机上加装变频器进行调速来提高功率因数,也是常用的节能方法。此方法安装简单,操作方便,节能效果显著。
       变频器在国外早已大量使用,我国也开始普及,下面分析一下普通电动机采用变频器后的损耗情况。
       感应电动机投入电源后要吸收电功率,即输入功率P1,经过内部电磁转化,变成转轴上的机械功率输出,即输出功率P2。在转化过程中要产生损耗,则电动机采用频率变换器供电后并以恒转矩运行时,电动机的损耗会有以下变化:
       (1)电动机的转、定子铜损是与频率变化无关的常数,但是在实际拖动中,为了补偿定子绕组电压降,要适当降低频率或者适当提高外施电源电压,因此U1/f不能保持比值不变。再有,为了令电动机处于最佳运行状态,也要求改变U1/f的比值,所以实际电流也会有些变化。因此,铜耗也会随频率改变而改变,但变化不大。
       (2)铁损耗。铁损耗随频率的降低而降低,但是由于采用电压型逆变器的变频电源供给电动机,电源电压波形中含有高次谐波分量,与具有正弦波的电源相比,铁损耗要增加。并且所有杂散损耗也均随高次谐波分量的增大而增大。
       (3)机械损耗。通常轴承摩擦损耗与电动机转速的1~2次方成正比,而通风损耗与电动机转速的3次方成正比,所以当电源频率降低时,机械损耗也降低。但由于机械损耗在整个电动机的损耗中只占总损耗的5%以下,所以其变化
量可忽略不计。
       综合以上分析可以看出,使用变频电源后电动机总的损耗降低了。
 

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