评价电力拖动节能技术的应用及经济效益

黄麒

摘 要：现代科技的发展越来越依赖于电能，电能作为目前世界上使用最多、应用最广的能源，受到人们广泛的关注。为满足人们的需求，各种新型工艺、设备等被开发并投入使用，使得工业生产对电能的需求不断地增加，对电力拖动的使用更加依赖。文章通过对电力拖动特性的研究，仔细分析了电力拖动节能技术在实际中的应用，并阐述了该技术的经济效益。

关键词：电力拖动节能技术 经济效益 评价

中图分类号：F407.22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0081-02

进入21世纪以来，科技带动工业飞速迅猛发展，为满足生产需要，涌现出了各式各样的新型电气设备，不断消耗着电力能源。而电能作为二次能源，目前它主要是通过消耗煤炭等不可再生资源而产生的。为此国家正承受着愈演愈烈的能源危机，要求企业做好节能工作，节约用电。为响应号召，企业的技术人员与管理人员需要依据生产的实际情况，采取相应的节能措施，坚持可持续发展与经济效益最大化，例如在工业生产中采用电力拖动节能技术，尽可能减少电机的容量，降低其负载，实现节能的目的，推动企业和社会的健康发展。

1 电力拖动与电力拖动节能技术

節能技术的提出与使用是促进企业发展以及提高能源利用率的有效措施，企业经营发展过程中，电力的拖动占据了电能消耗的大部分，尤其是机械设备，如风机、泵等。所以企业要想控制生产、经营成本，必须慎重选择设备的电力拖动方式，选择不当将直接造成电力资源的浪费。

1.1 电力拖动概述

在电气设备使用过程中，以电动机作为原动机，拖动机械设备运动的拖动方式，叫做电力拖动，也称电机传动。电力拖动是在电动机的发展与改革下形成的，科技发展带动了机械设备的不断创新与改善，新型电气设备对拖动方式有着更高的要求，如要求具备较高的调速精度、较宽的速度调节范围，对于张力、转矩、加速度可以有效控制等。传统的拖动方式是以蒸汽机、柴油机等作为原动机的，这远远达不到现代工艺的生产要求。而电力拖动则能够有效满足以上技术要求，不仅如此，电动机设备的体积还远远小于其他动力装置，同时还相对环保，便于控制，运行性能好，传动效率高，可以有效的节约能源。因此，在冶金、石油、交通、机械、轻工、国防等众多领域都得到了广泛的应用，成为当前社会生产中一种不可或缺的传动方式，奠定了其在社会发展中的重要地位。

1.2 电力拖动节能技术

电力拖动系统不可避免地存在着电能损耗，首先电机本身在运行时就有电能损耗，该损耗与电机容量和电机负载密切相关。其次是电机在拖动时的负荷能耗，以及由电机工作时产生的电流在传输中造成的损耗。为此，企业相关部门的技术人员应积极探索并运用电力拖动节能技术，降低电能消耗，实现可持续发展。下面分别阐述几种技术类型的利弊。

1.2.1 直流电力拖动节能技术

在生产中只有从实际出发，根据企业自身经营与发展的特点来选择合适的电力拖动方式，才能达到节能的目的。直流电力拖动是最早应用于生产中的技术，它能实现良好的启、制动，可以在较大范围内实现平滑调速，在企业中得到了广泛的应用。电力控制系统是电力拖动系统中一个很重要的组成部分，它负责确保设备正常的拖动和管理，所以也要慎重选择。电力电子技术的使用让直流电力拖动系统能随意调节电枢的电压，并且直流电的拖动方式在一定的条件下能实现逆变控制。直流电力拖动方式虽然在理论与实践上已都相对成熟，但其结构相对较复杂，不方便维护。除励磁外，直流电动机的全部功率都通过换向器流入电枢，造成电机效率低。而且直流电机散热性不佳，会造成较高的冷却费用，不利于节能。

1.2.2 交流电力拖动节能技术

相同容量的交流电力拖动性能优于直流电力拖动，其结构相对简单，便于维修，且坚固耐用，无论从经济性还是环境适应性角度，效果都相对突出，并且交流异步电动机能突破直流电动机的功率限制，提供更大的动力，减小电动机的转动惯量。由于交流异步电力拖动具有高精度和高性能，企业常用于风机、泵等机械设备，便于调速，从而实现有效节能。

1.2.3 高压电力拖动节能方式

通常电机的损毁率与电流大小成正比，要延长设备寿命必须控制电流。根据公式我们知道，当负载功率保持恒定时，只有加大定子电压值，才能使电流保持较弱的状态。因此，中、大功率且不必调速的电力拖动系统能选择高压电动机的尽量选择高压电力拖动，这样可以有效的实现能源节约。企业在选择供电电压时应遵循以下原则：一般情况，如果电动机的负载功率超过75kW则在选择供电源时，应尽量选择高电压，以便较快实现投资回报，并达到节能的目的。

2 电力拖动节能技术的原理

在实际生产中，想要真正把节能技术运用到电力拖动设备中，需要从电动机和生产设备两个方面来进行分析。

2.1 对于电动机而言

根据生产的实际情况，选择适宜的电动机是关键。企业管理人员或技术人员在给设备匹配电动机时常常由于疏忽或不重视导致“大马拉小车”的情况，也就是配备了功率过高的电动机，以至于在设备运行时，电动机的负载率一直处在规范要求以下的百分点上，造成了严重能源浪费，同时对机体本身也会造成损害。所以，首先我们要确定电动机的类型，从转子效率角度考虑，鼠笼式电动机优于绕线式电动机；当考虑功率因数时，使用高速电动机比低速电动机效果好；从电压等级方面考虑，如果生产负载较大，则使用高压电动机比低压电动机更合适。另外，企业在经济条件允许的情况下，应尽可能地选择节能电动机，虽然其价格成本比普通电动机高，但从长期运行和节能效果方面考虑，节能电动机的总体效益要高于普通电动机。

泵类设备和风机类设备耗电量十分巨大，而且其运行速度的大小直接影响着电能的消耗，一旦设备的运行速度高出额定值，其耗电量就会剧增。

2.2 对于生产设备而言

一般来说，电力拖动节能技术在风机与泵类等生产设备上应用得最为频繁。以下主要针对油田和石化企业生产中应用的抽油机进行分析。在抽油机拖动系统中采用的节能方法有以下4种。

2.2.1 减少抽油机的冲次

通常油井在开发过程中，其产液量与地层能量会随着开发进度的深入而逐渐降低，尤其到了中后期，该现象越发明显。这会使得抽油机在工作时的有效功率降低，此时需要及时减少抽油机冲次，否则就会有一部分输出功率被浪费掉。要想降低电机的负载，避免电能浪费，必须减少抽油机的冲次。通常可以采用以下两种方法：一种是将皮带轮更换为小尺寸的进行作业；另一种是使用多级电机替换原来的普通电机，这样电机转速降低了，抽油机的冲次也就减少了。

2.2.2 改变电动机的启动与运行方式

一般在电动机启动时，会伴随着电能的损耗，而且启动时的力矩越大，电损越明显。例如，当抽油机以3～9kW的负荷正常运行时，其匹配电机的选择功率通常在15～30kW，这会使得电动机在启动时会拥有很大的力矩，也就伴随着很大的电损。介于这种情况，可以通过控制线路的方法，使用电机三角形启动和星形运行代替原先的三角形启动运行，利用三角形接法的高压效果，产生较大扭矩和功率，满足启动要求；而在运行时，为了实现节能降耗采用星形接法，利用其工作电压低，使能耗减少。

2.2.3 使用软启动

机械设备在运行中需要调节电源电压和输出功率，有时会使用到软启动器。软启动的特点是直接通过内部线路来调节，通常电机载荷在设备运行时是呈规则曲线变化的，而电机输出功率也同样呈规则曲线变化，软启动器能够感应并检测到电机的这种变化，让控制线路及时得到反馈，对输入电压及时进行调节，从而达到最佳节能效果。

2.2.4 应用变频调速器

在实际生产中，抽油机以及其他泵类设备可能会出现实际排量小于泵排量的现象，造成電能的损耗。而变频调速器的工作原理，就是当检测到以上情况时，利用压力信号，向变频系统进行反馈，由系统降低频率，进而减少电动机的转速和泵排量，实现节能的效果。

3 电力拖动节能技术的应用及经济效益评价

对照第2大点对节能技术原理的分析，下面依次从改进后的设备上来分析证明节能应用的实际效益。

3.1 抽油机电机运行方式改变后的效益

在对测试的3台抽油机改造前后的参数性能进行对比后发现，将三角形运行改为星形运行，平均每台设备减少了1.18kW的有用输出功率，而且功率因数有了很大的提高，线路损耗大大减少，结合设备的各项技术参数以及工作时间，每一年每台设备都可以减少约120881.8kW时的电能损耗，而改造资金只需要1500元左右，两个月就可以收回成本，具有十分显著的节能效果和经济效益。

3.2 变频调速器应用后的效益

选择3台泵类设备，对使用变频调速器和不使用变频调速器的情况进行对比分析，对比参数包括实际排量、电机输出功率、功率因数等。以其中一台注水泵为例，没有使用变频调速器的情况下，其实际排量为13.2m3/h，电机输出功率为33.23kW，功率因数为0.758；使用变频调速器后，实际排量为11.7m3/h，电机输出功率为25.7kW，功率因数为0.979。可以看出，在额定排量不变的情况下，使用变频调速器后，电机的输出功率有所减少，带动了能耗的降低。相比之下，3台变频器及相应附件的投资成本较高，达到19万元，但是在一年之内也可以收回，而且变频器的使用寿命较长，投入与产出比可以达到1∶4.2，节能效果与经济效益均十分明显。

3.3 软启动节能器应用后的效益

对一台安装了软启动器的抽油机进行测试，测试结果表明，电机的输出功率有所下降，有一定的节能效果，但是并不十分明显，其经济效益也不够突出。造成这种情况的原因，主要是该方法尚处于实验阶段，不成熟，需要相关技术人员的努力研发和改进。

4 结语

随着电力拖动节能技术在工业生产中得到越来越广泛的应用，对企业经济效益的提高与国家节能减排做出了贡献。但仍有些技术，有待改进与完善。国家应对能正真产生节能效果并且投资不太高的电力拖动节能技术大力推广，使企业提高设备管理水平的同时，实现更大的经济效益。总而言之，在当前的社会背景下，电力拖动技术在多个领域都得到了十分广泛的应用，对社会经济的发展做出了巨大的贡献。因此，做好电力拖动节能技术的应用，实现节能降耗，无论对于企业自身还是对社会的可持续发展而言都是十分重要的，应该引起相关部门以及管理技术人员的充分重视，采取合理有效的节能措施，减少生产过程中的能源消耗。

参考文献

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