大功率電動機節能改造應用方法

摘 要：本文提出了大功率電動機的技術改造應用中方法、性能指標、節能同類技術比較，分析了節電經濟效益。

關鍵詞：電動機;改造應用;方法

1 引言

變頻技術廣泛應用于各個領域，從工業到交通運輸及家用電器，變頻器產生的最初用途是速度控制，是理想的調速方法，但目前我們應用得較多的是它的節能特性及社會效益，因為中國是能耗大國，能源儲備不足且利用率不高，而電動機用電在電力消耗中占很大比例，應用變頻調速可以大大提高電機轉速的控制精度，使電機在最節能的轉速下運行，可以提高負載運行時的工作效率，尤其對電能耗量較大的企業使用，節能效果非常顯著，變頻技術的應用為企業及地方經濟建設起到了重要作用。

2 節能技術改造應用方法

從流體力學的原理得知，使用感應電機驅動的風機，軸功率P與風量q，風壓h的關系為：P∝q×h。

當電動機的轉速由h1變化到h2時，q、h、P與轉速的關系如下。

q2=q1×h2/h1（1）

h2=h1×h2/h1（2）

P2=p1×h2/h1（3）

可見風量P和電機的轉速h是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要80%的額定風量時，通過調節電機的轉速至額定轉速的80%即調節頻率到40Hz即可，這時所需功率將僅為原來的51.2%。當所需風量從q1減小到q2時，如果采用調節閥門的辦法，管網阻力將會增加，管網特性曲線上移，系統的運行工況從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積h2×q2成正比;如果采用調速控制方式，風機轉速由h1下降到h2，其管網特性并不發生改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點，此時所需軸功率P3與面積hB×q2成正比，從理論上分析，所節約的軸功率Deit（p）與（h2-hB）×（C-B）的面積成正比。考慮減速后效果下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統計，風機類負載通過調節控制節約電可達20%-50%。

3 性能指標

煉鐵廠高爐熱風助燃風機設計為一對一配置，無備用，風機為24h連續運行，在熱風爐出口設有調壓閥，用于調節供給高爐熱風的壓力和流量，壓力一般控制在34-44kPa。兩座高爐羅茨風機長期以來均通過調節調壓閥的方法，來實現流量控制，故系統效率低，功耗大，電能浪費嚴重。由于生產正常時要求供風持續并且穩定，因此風量，風壓變化不大，故可通過變頻器準確調節風機轉速，消除節流損失，同時提高風機的運行效率。雖然由于電動機負載率的下降會使其運行效率降低，但因風機運行功率的下降幅度很大，電動機的損耗也有所減少最終使電動機運行功率大幅下降，從而達到節電的目的。

4 主要工作內容

4.1 項目方案的制定

項目改造技術方案分為為以下四個階段：一是空載試運行階段：頻率50Hz，電壓380V，主要觀察電氣設備系統的運行狀況及各種技術參數是否正常，一次電流150A，cos?=0.92;時間：24h，設備運行正常，電動機溫度58℃。采錄24h耗電量及系統技術參數。三是超負載試運行階段：根據高爐故障懸料時需要的風壓（400-420水銀汞柱）進行沖擊試驗，試驗時間1h，以便高爐發生懸料故障時設備能滿足風壓需要，觀察記錄了重負載時電氣系統的工作狀態及技術參數。頻率50Hz，電壓380V，一次電流460A，電動機溫度71℃，溫度已接近極限，電動機產生尖銳的電磁噪音，其他設備運行正常。采錄24h耗電量及系統技術參數：四是交付正常運行階段：變頻在通過以上三個試運行階段后，頻率調至43Hz，電壓380V，一次電流350A，溫度65℃，交付生產部正常運行，觀察記錄設備的運行狀況及單位（24h）耗電量。COS?=0.92。采錄24h耗電量及系統技術參數：

4.2 研究過程中各階段工作的主要技術工作及技術關鍵

通過變頻技術應用以后，在各階段工作的主要技術工作中，解決了以下六大主要技術工作及技術關鍵問題：一是低壓電動機中頻單機降壓啟動容易。二是電網波動引起全廠大功率電氣同時跳閘的故障現象消失。三是高爐放散時產生的噪音、粉塵同時消失。四是耗電量顯著下降，生產成本降低。五是羅茨風機、電動機工作溫度下降至了10℃～13℃。六是由于降低了設備轉速，延長了設備使用時間，降低了維修費用。

4.3 解決關鍵技術中遇到的問題及所采取的主要措施

此次變頻技術應用改造雖然取得成功，但是出現了變頻輸出側產生諧波引起電動機產生電磁噪音的關鍵技術問題，經論證、諧波具有降低電氣系統絕緣程度，產生非正常熱量、降低設備使用壽命，污染電網系統。為此再次投資采購了兩臺500kVa交流電抗器，分別加裝在變頻器輸入、輸出側，解決了諧波污染電源等問題。

4.4 達到的目的與研究結果

實踐證明，變頻技術的應用節能效果非常明顯，生產設備運行平穩、正常，即解決了能源浪費的問題，也解決了高爐放散時粉塵對環境的污染，達到了預期目的，經濟效益顯著，為公司及其他地方工業的節能方面起到了帶頭示范作用。通過對高爐的大功率電機設施節能技術改造后，使高爐的設備整體能耗下降10%～20%，實現提出的降低生產成本，提高企業的綜合競爭力的目標。經試驗證實高爐生產運行工況穩定，設備故障率明顯下降，不僅減低了員工的勞動強度，單位耗電量也顯著下降，項目改造取得初步成功，達到了預期目標，設備正常運行至今，因此變頻技術是解決能耗問題的根本。

4.5 節能同類技術比較

由統計數據獲悉，采用常規運行（中頻降壓啟動）與變頻運行，在條件相同的情況下，由電度表讀數得知，320kW電機在常規運行時耗電275kW·h，變頻運行時為220kW·h，節電率達20%。運行頻率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行適當的調節。采用常規運行（中頻降壓啟動）與變頻運行，在條件相同的情況下，由電度表讀數得知，一臺320kW電機在常規運行時月耗電量113668kW·h，變頻運行時為81599.4kW·h，月耗電量下降32068.6kW·h。一臺320kW電機在常規運行時月電價為50224.02元，變頻運行時為36054.69元，下降14169元，節電率達28%。一臺320kW電機在常規運行時年電價為502242元，變頻運行時為360546.95元，下降141690元，節電率達28%。

4.6 結束語

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，取得了理想的節能效果。改造前采用常規運行（減壓啟動），在條件相同的條件下，由電度表讀數得知，320kW電機在常規運行時耗電275kW·h。改造后經過變頻運行新技術配置，320kW電機在變頻運行時耗電220kW·h。相同的設備，經過新技術配置，運行效果截然不同，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℃，高壓保護開關經常發生跳閘現象。改造后，由于控制了負載電流，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，至今設備運行正常，取得了良好的經濟效益。

參考文獻：

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[5]森蘭SB-HV系列變頻器用戶手冊，希望森蘭科技股份有限公司[Z].

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作者簡介：

王煜民（1979- ），男，助理工程師，大學本科學歷，畢業于張掖河西學院，機械設計制造及自動化專業，工作于甘肅省張掖市特種設備檢驗所，從事電梯、起重機械、場內機動車輛檢驗工作。