大功率电动机节能改造应用方法

摘 要：本文提出了大功率电动机的技术改造应用中方法、性能指标、节能同类技术比较，分析了节电经济效益。

关键词：电动机;改造应用;方法

1 引言

变频技术广泛应用于各个领域，从工业到交通运输及家用电器，变频器产生的最初用途是速度控制，是理想的调速方法，但目前我们应用得较多的是它的节能特性及社会效益，因为中国是能耗大国，能源储备不足且利用率不高，而电动机用电在电力消耗中占很大比例，应用变频调速可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行，可以提高负载运行时的工作效率，尤其对电能耗量较大的企业使用，节能效果非常显著，变频技术的应用为企业及地方经济建设起到了重要作用。

2 节能技术改造应用方法

从流体力学的原理得知，使用感应电机驱动的风机，轴功率P与风量q，风压h的关系为：P∝q×h。

当电动机的转速由h1变化到h2时，q、h、P与转速的关系如下。

q2=q1×h2/h1（1）

h2=h1×h2/h1（2）

P2=p1×h2/h1（3）

可见风量P和电机的转速h是成正比关系的，而所需的轴功率P与转速的立方成正比关系。所以当需要80%的额定风量时，通过调节电机的转速至额定转速的80%即调节频率到40Hz即可，这时所需功率将仅为原来的51.2%。当所需风量从q1减小到q2时，如果采用调节阀门的办法，管网阻力将会增加，管网特性曲线上移，系统的运行工况从A点变到新的运行工况点B点运行，所需轴功率P2与面积h2×q2成正比;如果采用调速控制方式，风机转速由h1下降到h2，其管网特性并不发生改变，但风机的特性曲线将下移，因此其运行工况点由A点移至C点，此时所需轴功率P3与面积hB×q2成正比，从理论上分析，所节约的轴功率Deit（p）与（h2-hB）×（C-B）的面积成正比。考虑减速后效果下降和调速装置的附加损耗，通过实践的统计，风机类负载通过调节控制节约电可达20%-50%。

3 性能指标

炼铁厂高炉热风助燃风机设计为一对一配置，无备用，风机为24h连续运行，在热风炉出口设有调压阀，用于调节供给高炉热风的压力和流量，压力一般控制在34-44kPa。两座高炉罗茨风机长期以来均通过调节调压阀的方法，来实现流量控制，故系统效率低，功耗大，电能浪费严重。由于生产正常时要求供风持续并且稳定，因此风量，风压变化不大，故可通过变频器准确调节风机转速，消除节流损失，同时提高风机的运行效率。虽然由于电动机负载率的下降会使其运行效率降低，但因风机运行功率的下降幅度很大，电动机的损耗也有所减少最终使电动机运行功率大幅下降，从而达到节电的目的。

4 主要工作内容

4.1 项目方案的制定

项目改造技术方案分为为以下四个阶段：一是空载试运行阶段：频率50Hz，电压380V，主要观察电气设备系统的运行状况及各种技术参数是否正常，一次电流150A，cos?=0.92;时间：24h，设备运行正常，电动机温度58℃。采录24h耗电量及系统技术参数。三是超负载试运行阶段：根据高炉故障悬料时需要的风压（400-420水银汞柱）进行冲击试验，试验时间1h，以便高炉发生悬料故障时设备能满足风压需要，观察记录了重负载时电气系统的工作状态及技术参数。频率50Hz，电压380V，一次电流460A，电动机温度71℃，温度已接近极限，电动机产生尖锐的电磁噪音，其他设备运行正常。采录24h耗电量及系统技术参数：四是交付正常运行阶段：变频在通过以上三个试运行阶段后，频率调至43Hz，电压380V，一次电流350A，温度65℃，交付生产部正常运行，观察记录设备的运行状况及单位（24h）耗电量。COS?=0.92。采录24h耗电量及系统技术参数：

4.2 研究过程中各阶段工作的主要技术工作及技术关键

通过变频技术应用以后，在各阶段工作的主要技术工作中，解决了以下六大主要技术工作及技术关键问题：一是低压电动机中频单机降压启动容易。二是电网波动引起全厂大功率电气同时跳闸的故障现象消失。三是高炉放散时产生的噪音、粉尘同时消失。四是耗电量显著下降，生产成本降低。五是罗茨风机、电动机工作温度下降至了10℃～13℃。六是由于降低了设备转速，延长了设备使用时间，降低了维修费用。

4.3 解决关键技术中遇到的问题及所采取的主要措施

此次变频技术应用改造虽然取得成功，但是出现了变频输出侧产生谐波引起电动机产生电磁噪音的关键技术问题，经论证、谐波具有降低电气系统绝缘程度，产生非正常热量、降低设备使用寿命，污染电网系统。为此再次投资采购了两台500kVa交流电抗器，分别加装在变频器输入、输出侧，解决了谐波污染电源等问题。

4.4 达到的目的与研究结果

实践证明，变频技术的应用节能效果非常明显，生产设备运行平稳、正常，即解决了能源浪费的问题，也解决了高炉放散时粉尘对环境的污染，达到了预期目的，经济效益显著，为公司及其他地方工业的节能方面起到了带头示范作用。通过对高炉的大功率电机设施节能技术改造后，使高炉的设备整体能耗下降10%～20%，实现提出的降低生产成本，提高企业的综合竞争力的目标。经试验证实高炉生产运行工况稳定，设备故障率明显下降，不仅减低了员工的劳动强度，单位耗电量也显著下降，项目改造取得初步成功，达到了预期目标，设备正常运行至今，因此变频技术是解决能耗问题的根本。

4.5 节能同类技术比较

由统计数据获悉，采用常规运行（中频降压启动）与变频运行，在条件相同的情况下，由电度表读数得知，320kW电机在常规运行时耗电275kW·h，变频运行时为220kW·h，节电率达20%。运行频率43Hz，压力44kPa。为了高炉操作方便，输出频率基本不变，可通过放散阀所留有的余量进行适当的调节。采用常规运行（中频降压启動）与变频运行，在条件相同的情况下，由电度表读数得知，一台320kW电机在常规运行时月耗电量113668kW·h，变频运行时为81599.4kW·h，月耗电量下降32068.6kW·h。一台320kW电机在常规运行时月电价为50224.02元，变频运行时为36054.69元，下降14169元，节电率达28%。一台320kW电机在常规运行时年电价为502242元，变频运行时为360546.95元，下降141690元，节电率达28%。

4.6 结束语

至2014年8月，全厂月耗电量由改造前的200万kW·h下降到170万kW·h，取得了理想的节能效果。改造前采用常规运行（减压启动），在条件相同的条件下，由电度表读数得知，320kW电机在常规运行时耗电275kW·h。改造后经过变频运行新技术配置，320kW电机在变频运行时耗电220kW·h。相同的设备，经过新技术配置，运行效果截然不同，耗电量由改造前的3692kW·h下降到2681kW·h。不仅如此，在容量利用方面也取得了意想不到的效果，四号炉前期使用的S11-800/10电力变压器由于条件限制，工作温度60℃，高压保护开关经常发生跳闸现象。改造后，由于控制了负载电流，总电流由前期的780A下降到685A，工作温度由60℃下降到40℃。为了合理用用资源，2009年10月，将800kVa变压器更换为630kVa，至今设备运行正常，取得了良好的经济效益。

参考文献：

[1] 320kW电动机，武汉卧龙电动机有限公司[Z].

[2]周全，周希章，等.实用电工手册（第十一章变频的选用与维修内容）[M].北京：金盾出版社，2011.

[3]国产HLP牌变频器使用手册，电抗器使用说明，上海丹佛斯科技有限公司[Z].

[4] WIN-VA/VC高性能矢量变频器使用说明书，深圳市微能科技有限公司[Z].

[5]森兰SB-HV系列变频器用户手册，希望森兰科技股份有限公司[Z].

[6] WOS3系列矢量变频器（产品使用手册），美国沃尔森电气有限公司[Z].

作者简介：

王煜民（1979- ），男，助理工程师，大学本科学历，毕业于张掖河西学院，机械设计制造及自动化专业，工作于甘肃省张掖市特种设备检验所，从事电梯、起重机械、场内机动车辆检验工作。