电机系统节能解决方案

　　由于考虑起动、过载、系统安全等原因，高效的电动机经常在低效状态下运行。在这些电机中，有相当一部分通过采用变频器对其进行调速控制，有可能使电动机重新回到高效的运行状态，这样可节省大量的电能。

　　1、变频调速原理

　　根据三相异步电动机的原理，三相异步电动机的轴转速与供电电源的频率之间有如下关系：

　　N=60F/P(1-S)      （1）

　　N——电机转速

　　F——电源频率

　　S——转差率

　　P——电机极对数

　　考虑到转差率S一般<<1，所以当电机的极对数一定时，电机的转速和电机供电电源的频率成正比关系，因此可以通过调整供电电源的频率来控制三相异步电动机的轴转速。

　　2、负载类型

　　在实际的生产机械中，电动机的负载种类千差万别，但我们可以将这些负载种类归结到平方转矩、恒转矩、恒功率和粘滞性负载等几类特性。而平方转矩和恒转矩负载特性占了全部负载中的绝大多数，我们只讨论这两种负载。

　　3、平方转矩负载

　　平方转矩负载的特性为：电机的轴功率与电机转速的3次方成正比关系，即

 

      压缩机系统节能变频调速技术原理分析

　　式中ne、Ne是额定转速和额定轴功率

　　n、N是运行时的转速和功率

　　4、恒转矩负载

　　恒转矩负载的特性为负载的转矩不随转速变化而变化，电机的轴功率与电机的转速成正比关系，即

　　N=kn       (3)

　　式中

　　n——三相异步电机的转速

　　N——三相异步电机运行在N转速的轴功率

　　K——传动系数，当转矩一定时，K为常数

　　5、变频调速节能原理

　　由于负载转矩一定，所以轴功率和负载转速成正比关系。当负载转速的变化不影响产品的产量和质量时，应尽可能的降低电机转速，达到节能的目的。

　　6、变频调速节能技术适用范围

　　许多行业如钢铁、有色、石油、石化、化工、纺织、机械、电力、建材、医药、煤炭、造纸、卷烟、酒店、自来水等行业都在许多设备中采用交流电机变频调速技术，产生节电、提高产品质量及增产的效果。

　　7、节能潜力

　　变频器要节电是有一定条件的。在不影响使用的条件下，适当改变工况参数后，把不合理运行参数所消耗电能节省下来，就可做到从一般运行转变成经济运行。要节能一定要降低频率，频率下降值越大，节电越多；不降低频率，变频器原则上是不能节电的。

　　与电动机负载率有关。负载率在10％～90％时，节电率多约8％～10％，负载率低相应节电率高些。但无功节电率大约40％ ～50％，是不计电费的。

　　与原来的运行的工况参数值的合理程度有关。例如，与压力、流量、转速等可调节的量值大小有关，可调整量大，则节电率就高，否则相反。

　　与原来采用的调速方式有关。例如，原来用滑差电动机调速，因调速效率低，尤其在中、低速时，效率只有50％以下，很不经济，改为变频器调速后，把这部分电能节省下来了。目前轻工、纺织、造纸、印染、塑料、橡胶等行业中，大多还在使用滑差电动机，故使用变频器来实现节能，技术改造工作是当务之急的事。

　　与电动机工作方式有关。例如，连续运转、短时运转、间歇运转的节电量是不同的。

　　与电动机开动时间长短有关。例如，一天开机24h，一年开365天的节电量就大，反之则小。与电动机本身功率大小有关。同样节电率下，功率大的节电量值大，经济效益就大，哪怕节电率相对小功率电动机低些，但实际收益较大。

　　与本单位生产工艺设备重要性有关。首先要选产品电耗大的、产品成本高的、现用的调速方式是不够经济合理的设备加以改造，改用变频器后就能有立竿见影、事半功倍的效果。

　　在选用变频器调速或节能时，应该遵守以上原则，作为决定方案的前提。当地电费价格高的，在同样节电量时，经济收益就更大，这也是必然要考虑的事。

　电动机应用现状

　　电动机广泛应用于拖动风机、泵、鼓风机、空气压缩机、制冷机和各种机床等机械传动装置及其他各类电气设备，是量大面广的终端耗能大户。电机系统包括电动机、被拖动装置、传动控制系统及管网负荷。

　　改革开放以来，我国制造业有了长足发展，近些年企业通过自主研发和消化吸收，电动机、风机、泵、压缩机等相关产业的产品性能、质量有了显著提高，对推动电机系统的节能工作起了很大的促进作用。

　　提高电机系统的能效，就是在满足工艺要求的前提下，消耗少的能源。其能效提高的潜力在于电力变压器、电机、拖动设备的自身效率及匹配达到优。

　　电机系统节能潜力

　　电机系统节能是当今国际高度关注和重点研究的领域，也是我国 “十三五”期间实施节能减排既定国策的重点关注领域。随着全球能源消耗的逐年快速增长，节能降耗、减排，减少温室气体排放已成为全球共同关注的重大问题，中小型电机系统节能潜力巨大，已经成为世界各国客户和国际组织的共识。

　　我国中小型电机用电量约占总发电量的50%以上，其产量的增长速度能反映国民经济的增长速度，是国民经济中的重要产业。我国已经成为世界上大的中小型电机生产、使用和出口大国。根据国际通用估算方法，电动机装机容量为发电机装机容量的2.5~3.5倍，据此推算，今后较长一段时期，电动机产量还将会持续快速扩大。中小型电机产业市场巨大，充分表明了中小型电机及系统在国民经济和社会发展中有着不可替代的重要地位和作用。

　　但是长期以来，我国电机寿命平均比国外低3%~5%，运行系统效率比国外低10%~20%。而在2013年中国电机保有量大约17亿千瓦，总耗电量为3万亿千瓦时，占全社会用电总量的64%、工业用电的75%。数据显示，如果电机系统的效率提高5% ~8%，每年节约的电相当于两到三个三峡大坝的发电量。中国节能协会常务副理事长王秦平用一组数据客观的阐述了电机的耗电情况，以及提高电机能耗的重大意义。

　　因此，基于目前的市场现状估算，全国电动机效能每提高一个百分点，每年可以节约260多亿千瓦电。

　　由于发达国家客户和国际组织的大力推动，国际领先企业已投入了大量人力、物力、财力，在节能型中小型电机及系统的研究开发及产品的推广应用方面取得了突破性进展。但与众多国家比较，我国的电机系统尚存在很大的节能潜力和技术升级空间，长期以来我国在电机产品高效化、匹配的精细化、专用化方面、在专用高效电机产品的设计技术和研发手段、设施方面以及在电机控制等方面与发达国家有较大差距。主要表现在：

　　(1)电动机及被拖动设备效率低。电机产品效率比国外先进水平低，虽然国产高效电机与国外先进水平相当，但价格高、市场占有率低；风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2%～4%。

　　(2)系统运行效率低。主要体现在系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运行；系统调节方式落后，大部分压缩机、风机、泵类采用机械节流方式调节，效率比调速方式约低30%。

 

　　压缩机电机节能现状

　　压缩机作为应用于多领域的产品之一，走上节能环保之路也是势在必行。但在国内许多使用压缩机的企业对压缩机的节能概念并不是很重视，他们认为压缩机性能稳定可靠就行，节能是次要的。

　　其实并非如此，压缩机是用电大户，空压系统电能消耗占工业能耗的8~10%左右，是电动系统四大耗能设备之一。全国空压机耗电量约为2260亿kW·h/a，其中有效能耗只占66%，其余34%的能量（约768.4亿k·Wh/a）被白白浪费掉，空压系统的节能亟待高效开展。大量的数据表明，压缩空气系统的主要费用都耗费在运行环节上，在其生命周期中，运行费用（电费）占据的比例高达78~92%。

压缩机系统节能变频调速技术原理分析

压缩机系统节能变频调速技术原理分析

　　例如一台容积流量为2m3/min，压力为8kg的风冷空气压缩机，大约每小时耗电量为150度，一天运行20h计算，每天耗电量为3000度，一年以运行300天计算，每年耗电量为900000度，以工业用电1元/度计算，每年的电费就高达90万。整个寿命周期仅以5年计算，则一台20m3/min压缩机的电费成本将高达450万，加上5年的维修保养费就500多万，而购买成本在10-20万之间，购买成本占据的比例仅为2%-5%。根据GB19153-2009标准规定此型号的空气压缩机1、2、3级能效机组输入比功率值分6.3、7.1、8.1，2级、3级能效占1级能效的比例约为113%、129%，3级能效占2级能效的比例约为114%。这说明每提高一级能效将节约用电量超10%，提高二级将节约用电量近30%，从这些数据可以看出压缩机节能意义非常重大。泉州空压机，泉州螺杆空压机，泉州变频空压机