工廠機電設備節能改造技術及應用探討

張天佑

摘 要：當前大多數工廠用電設備主要是電動機，而且工廠內主要負荷電動機長期處于整體負荷率較低的狀態，能源浪費相當嚴重，只有少部分風機利用變頻節能外，其余負載工作周期均無法改變?；诖宋恼聦S機電設備節能改造技術的應用進行了探討，包括選用節能設備、對配供電系統進行節能改造、加強電力計量的精細化管理，利用“削峰填谷”平衡設備負荷，節約用電成本等方面，為工廠機電設備節能降耗技術的應用提供了理論基礎。

關鍵詞：機電設備 節能改造 變頻技術 應用

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0051-02

1 節能改造技術

節能改造技術即利用半導體元件及其通電作用調整和改變機電設備電源電流工作頻率，以實現機電設備能耗降低的目的，所以節能改造技術也稱為變頻節能技術，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能改造技術的核心，通過運用微電子技術和變頻技術，改變電動機電源做功頻率，從而加強對電動機能耗的控制。電動機安裝變頻器后能夠在流量、風速等輸出條件的約束下實現電動機能源消耗的有效降低。相反，未安裝變頻器的電動機因無法進行變頻調節而始終處于額定工作狀態，既無法滿足不同工況對電動機功率和效率的要求，又引起極大的效能損耗和能源浪費。變頻節能改造技術的應用能根據工況有效調整電動機負載和輸出頻率，有效達到節能降耗的目的。例如在工廠生產中采用合適的變頻器替換閥控制，提升電動機設備的輸出功率，有效降低損失的電力馬達輸出功率，節能降耗；安裝逆變器進行發電機的自動化調整，同時可以有效降低能源消耗。

（1）

式中：n為電動機同步轉速（r/min）；f為交流電源頻率（Hz）；p為旋轉磁場磁極對數；k為滑差系數。

變頻技術是當前工廠機電設備節能改造中不產生附加轉差損耗的有效的變速技術，通過式（1）可知，電動機轉速與電源頻率正向變動，在電動機電源頻率f及磁極對數p變動時，電動機轉速就會改變，通過控制和改變交流電頻率便可進行工廠機電設備自動化控制，確保機電設備使用過程中無極調速或軟啟動的實現，提高生產效能[1]。傳統的工廠機電設備運行模式下，交流電源頻率不可變，但應用變頻技術后可以通過濾波、整流、逆變等作用改變和調整交流電源頻率，進行機電設備電動機的調速和調壓，以提升機電設備運行效能和工作效率。

交-交變頻器主要借助電力半導體元件的通斷作用實現機電設備工頻電源電能控制裝置電流頻率的轉換，交-直-交變頻器主要利用整流器將交流電轉變成直流電，并借助直流中間電流進行整流電流輸出功率的濾波平緩處理，經由濾變器將直流電轉換為頻率和電壓都調整可變的交流電，以提高工廠機電設備的節能降耗效果。

2 工廠機電設備節能改造技術的應用

2.1 節能設備的應用

（1）節能型照明設備。

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

（2）節能型電動機設備。

電動機在工業生產中隨處可見，包括機床、排風扇等在內的許多機電設備都需要電動機供給動力，所以節能型電動機的普遍應用有助于降低生產能耗。YEⅢ型電動機的磁芯為高導磁低損耗的冷軋硅鋼片，工作效率高且電能消耗低，維修過程簡便。

（3）節能型變壓器。

工廠生產過程中，不同機電設備有不同等級的額定工作電壓，所以電壓升降難題普遍存在，這就需要用到變壓器進行電壓升降的調整與控制。變壓器是影響電力成本的重要元件，根據統計資料，我國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，如果型號容量功能選擇錯誤則會加重電能損耗，所以必須根據實際情況在滿足負荷指標的情況下，選擇容量相對小的變壓器設備，以防止不必要的電能損耗。同時可以配套性地選擇單相自補償變壓器和三相四線變壓器以實現電力系統負荷的平衡[2]，有效降低電流波動可能引發的電能額外損失。

（4）應用低阻電纜。

電纜電阻在提高電力傳輸質量和降低傳輸能耗方面起重要作用，作為各種用電設備之間電力傳輸的基本通道，電纜電阻的大小與機電設備電力傳輸速度之間呈反向關系，即電纜電阻越大則電力傳輸速率越慢，單位時間內所消耗的電能也越多。為此工廠機電設備節能改造中必須選擇電阻較小的電纜并適當增大電纜導線截面以降低熱輻射和電能的無謂損耗。

2.2 工廠配供電系統的節能改造

在工廠電力系統和分配系統中應用節能改造技術進行節能優化設計可以確保工廠機電設備運轉正常、穩定工作性能，確保產品生產質量和效率。

（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現，也是對機電設備電容、供電距離、電網安全等綜合考慮的結果，當用電設備平均電壓為6kV且設備電容較大時，如果技術上可行且經濟上合理，則可以考慮選擇該級別電源電壓以降低用電設備電耗。

（2）擴大使用無功補償裝置。

電氣功率因數是進行工廠設備用電估計的重要指標，功率因數的提高意味著電氣設備用電效率的提升，無功補償裝置的安裝使用有利于提高用電設備的無功補償，滿足工廠機電設備運行過程對無功功率的需求，充分利用發電設備容量和變壓器設備，并提高設備電能使用效率，降低電力系統無功補償負荷，實現電網的穩定可靠運行，這都意味著機電設備電能消耗量的減少。

2.3 進行電力計量的精細化管理

精細化管理的概念自提出以來其應用領域越來越廣，對工廠機電設備進行電力計量的精細化管理旨在加強對機電設備和電能計量裝置運行的動態化監測與定期追蹤調查，以便獲取機電設備電力計量裝置質量等方面的數據資料，加強節能改造技術管理。精細化管理理念的 應用可以有效規避企業機電設備電力計量方面的隱患，提高電力計量裝置的準確度與運營效率，并以此為契機制訂和實施工廠機電設備電力計量精細化管理的長效機制。

2.4 通過“削峰填谷”平衡設備負荷，節約用電成本

工廠生產過程具有明顯的時段性，即白天生產任務重、用電量大，而夜間電力消耗小，所以其電能的使用表現出明顯的高峰和低谷交替的“峰谷效應”，這種峰谷變化對電力系統的穩定運行存在不利影響，可以考慮將高峰期電力部分或全部轉移至低谷時段，以實現不同時期電力耗用量的平衡，同時峰谷時期電價不同，可以利用峰谷效應降低電力成本，從而降低用電成本，促使節能改造目標的實現。

3 結語

工廠機電設備節能改造技術的推廣應用可以提高工廠生產效率，降低生產經營成本，實現有效的節能降耗和資源的集約化利用，增強企業競爭力，并確保工廠生產的安全性。工廠生產往往存在許多安全隱患，既影響正常的生產進度，又威脅生產人員人身安全，為此必須引進節能降耗新技術，以不斷提高工廠生產的安全性和生產效率。

參考文獻

[1] 王鳳.變頻技術在煤礦機電設備節能改造中的應用探究[J].科學技術創新，2017（23）：97-98.

[2] 郭成鑫.工廠機電設備節能改造技術的應用研究[J].科技創新與應用，2016（4）：88.