隨著電氣化和自動化程度的不斷提高,對電動機的整體運行要求也越來越嚴格,尤其是在對電動機各種性能的選擇上更是精細,它可以根據現(xiàn)場實際要求來選擇不同種類、不同規(guī)格、不同型號的電動機來滿足要求。而在眾多的電動機產品當中,三相異步電動機有著廣泛的應用空間,它將作為電動機的代表有著越來越重要的地位。筆者認為,異步電機的節(jié)能降耗主要涉及合理選擇運行工況和如何進行節(jié)能降耗等應用問題,本文從七個方面來分析一下目前企業(yè)在電機節(jié)能方面所面臨的一些問題,并從中摸索如何指導我廠熱電項目經濟運行的思路。
1 采用高效電動機
1.1 必要性
國家發(fā)展和改革委員會在2006年至2020年的《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中將電機系統(tǒng)節(jié)能工程列為十大節(jié)能重點工程之一。規(guī)劃指出,目前我國各類電動機總容量 4.2億千瓦,用電量約占全國用電量的60%、“十一五”期間要重點推廣高效節(jié)能電動機等產品,使運行效率提高2個百分點,年節(jié)電200億kWh。因此,開發(fā)我國的高效電動機是提高能源利用率的重要措施,符合我國經濟發(fā)展的需要。大多數(shù)的發(fā)達國家包括美國、英國、德國、日本等,正在強有力地推動高效電動機的應用,正如他們所確信的那樣,這樣做能夠節(jié)約能源、保護環(huán)境。在其他一些國家里,如加拿大、墨西哥、巴西、澳大利亞、新西蘭、印度等,也已經開始推廣高效電動機。
1.2 高效電機的特點及現(xiàn)狀
根據相關研究部門統(tǒng)計數(shù)據可知,高效電動機較普通電機平均損耗減少30%,轉矩平均高30%,體積平均縮小15%,重量平均減輕12%,高效電動機效率曲線較平坦,負載率大于40%以上時,效率變化很小。按照美國“全國電氣設備制造商協(xié)會標準”(NEMA標準)規(guī)定,高效電動機要比標準電動機效率提高2%~6%,損耗下降20%~30%。美國通過1997年10月頒布的EPAct能源法案開始使“NEMA標準”作為最低能效標準。此外,美國還出現(xiàn)了超高效電動機NEMA Premium,效率高于“NEMA標準”電動機0.8~4%?!皻W洲電動機和電力電子制造協(xié)會—— 歐盟能源組織協(xié)議”對每一個規(guī)格的電動機規(guī)定了高低兩檔效率指標。產品的效率值低于低指標的稱為eff3電動機,介于低指標和高指標之間的稱為eff2電動機(較高效率電機),高于高指標的稱為eff1電動機(高效率電動機)。中國國家標準電動機的效率規(guī)定了三個指標,即:等級1、2、3。等級3為能效限定值,相當于歐洲eff2標準,等級2為節(jié)能評價值,相當于歐洲eff1標準。等級1是在等級2的基礎上電動機損耗降低15%左右,效率最高。凡是達到節(jié)能價值的電動機可稱為高效電動機。
1.3 國產高效電機的選用
高效電動機YX、Y2-E兩個系列與普通Y系列電動機相比,雖然制造的耗銅量、耗鋁量、鐵心的硅鋼片消耗量增多,費用有所增加,但效率高出0.58%~1.7%。YX系列電動機是Y系列電動機的派生產品,其總損耗平均較Y系列下降20%~30%,效率提高約3%。該系列電動機起動轉矩大、噪聲小、振動小、溫升低、壽命長,但價格比Y系列電動機約高30%。對年運行時間大于3000 h、負載率大于50%的情況,應選用YX系列高效電動機。高壓異步電動機按照國家標準GB12497-1990《三相異步電動機經濟運行》的要求,單臺容量200 kW以下的選用低壓電動機;容量200~355 kW之間的應進行技術經濟分析后選用高壓電動機或低壓電動機;容量大于355kW的選用高壓電動機。
2 合理選擇電動機功率和電壓等級
(1)避免長時間空載運行,空載運行時,基波功率因數(shù)只有0.2~0.3,但吸取的無功功率約為滿載的65%左右。
(2)平均負載率β應大于50%,70%≤β≤100%為最佳負載率。
(3)合理地選擇電動機的電壓等級:供電線路短:電網容量允許,負載小于300 kW的一般選用低壓電動機;供電線路長,電網容量有限,負載大于500 kW的一般選用高壓電動機。
?。?)電壓變化對異步電機性能的影響根據現(xiàn)場運行經驗可總結如下(見表1)。
三相感應電機運行經濟性取決于輸出功率與運行電壓的合理配合。輸出功率越小,經濟運行電壓越低。對于輕載運行的電機,適當降低運行電壓可提高電機效率和改善功率因數(shù)。
?。?)當電動機負載率經常在40%以下,應選擇定子繞組接線Δ/Y的自動切換。以100kW異步電動機為例,設每天有10 h負載率在40%以下,設負載率低于40%時平均負載率為30%,電動機繞組為Δ接法,電動機平均效率為85%左右,功率因數(shù)為0.65左右。若在負載率低于40%時,將電動機繞組切換為Y接法,則平均負載率提高到90%,電動機平均效率提高到93%左右,功率因數(shù)提高到0.85左右。由于電動機效率的提高,每天節(jié)電100×0.3×(0.93-0.85)×10=24 kWh。
3 電動機調速節(jié)電
三相異步電動機機構簡單,成本低,運行維護方便,因此它使用廣泛,遍及各行各業(yè)的各個角落,在生產、生活過程中發(fā)揮著極其重要的作用。因此,選用經濟、合理、高可靠性、高效的調速手段就能實現(xiàn)電動機正常運轉。三相異步電動機可采用多種方式來實現(xiàn)調速。根據電機調速經典公式可知,調速方式大致可通過改變磁場極對數(shù)p,轉差率S,電源頻率f 都可以改變電動機的轉速n。因此,其調速方法有變極調速,變轉差率調速及變頻調速三種。
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