电动机系统节能技术

电动机系统节能技术电动机系统节能技术概述电动机节能概念：主要包括更新淘汰低效电动机及高耗电设备；节能电动机概念和技术，合理匹配电动机系统，提高电动机效率；以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械方式，实现被拖动装置控制和设备制造；推广软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统技术、优化电动机系统的运行和控制。

高效电动机：高效电动机（YX、YX 等系列）通常指高效率三相异步电动机。

效率水平能达到或超过电动机能效国家标准（GB18613-2002）所规定的节能评价值的电动机。

电动机能效国家标准：电动机能效国家标准是“中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值”，国标号为GB18613-2002。

由国家质量监督检验检疫总局于2002年1月10日发布，2002年8月1日实施。

能效限定值是电动机最低效率允许值，是强制性指标；节能评价值是高效电动机的认定值，是推荐性指标。

高效电动机节能效果：高效电动机与普通电动机相比，优化了总体设计，选用了高质量的铜绕组和硅钢片，降低了各种损耗，损耗下降了20%-30%，效率提高2%-7%；投资回收期一般为1-2年，有的短至几个月。

（54）YX2型高效节能电动机为了节约能源和保证企业的连续安全生产，要求企业装有的电动机均应处于合理、经济运行状态，即电动机在运行中要有高的效率和功率因数，且使用寿命长，性能良好，安全可靠。

但实际运行中的电动机等设备，绝大多数不能满足上述要求。

以我油田采油三厂为例，在增压注水系统中运行的电动机，绝大多数存在着匹配不合理、选用电动机容量裕度过大等问题，便“大马拉小车”的现象十分突出，造成电能大量浪费。

其原因既有电机设计，制造方面的问题，又有以往在电动机的选用上，忽视了设备的运行经济指标，使电动机的运行效率和功率因数偏低所致。

为了改变这一状况，现积极采用高效节能电动机。

下面以南阳防爆电机厂新开发设计的YX2-280S-4型75kW全封闭自扇冷笼型电动机为例，就其结构、性能，运行效果作一简介。

1、结构(1) 定子：定子铁心采用高导磁、低损耗优质电工硅钢片；电磁线及绝缘采用聚醋亚胺漆包线及优质复合绝缘材料等，采用真空浸渍工艺，故具有良好的电气性能。

(2) 转子：转子铁心也采用高导磁，低损耗优质电工硅钢片，经铸铝后用热套法固定在铸轴上，并经动平衡校验，故电动机运行平稳、振动小:转轴采用45号钢材料。

(3) 接线盒接线盒具有较大的空腔，便于接线且有一个进线口。

其接线盒在电动机右侧(从驱动器端视之)。

(4) 轴承采用低噪声轴承。

在联轴器传动时，轴承寿命在100000h以上。

(5) 冈扇、风罩：采用防静电塑料风扇，其转动惯量小，损耗低。

2、主要技术参数2.1 使用条件电压为380V：环境温度为随季节变化，但不超过40℃，:工作方式为连续定额(SI)；海拔高度不超过1000m；频率为50Hz。

2.2 电气性能指标额定功率为75kW；额定电流为137.1A；额定转速为1480r/min；额定效率为94.5%；堵转转矩/额定转矩为2.0；额定功率因数为0.88；堵转电流/额定电流为7；最大转矩/额定转矩为2.3。

3、运行及测试情况3.1运行情况：2003年8月，将6号增压注水站的一台普通型75kW电动机，更换为75kW的YX2型高效节能电动机，经过试运行，效果较好。

噪声比同容量的普通电动机低4-6dB(A)，改善了工人的工作环境，还设有不停机注排油装置，使用方便。

3.2 测试情况：采用加拿大生产的3720ACM电力监控智能仪表及传统的电工测试仪表测量，每次测试时间为5min。

测试结果见表1。

（表1）采油三厂6号增压注水站3号泵电动机更换前后空载，负载运行时测试值注：l、表中负载有功电量数据为smin抽实测数据平均值；2、电量的采样频率为50次/s，其余参数为5次/s, 3、电动机更换前后泵的出口压力等参数保持不变。

4、效果根据实际测试结果，75kW的YX2型高效电动机与曾通75kW 电动机相比较，平均每台每天节电约133kWh。

按目前电费0.5元/kWh 计算，年开泵时间按6000h考虑，预计更换电动机后每年可节约电费开支1.66万元。

75kW的YX2型电动机综合投资为1.3万元，因此投资回收期短，节能效益十分显著。

（55）SRM系列开关磁阻调速电机动——调速突破，节能先锋一、产品简介：新一代开关磁阻电机及控制系统启动性能好，易于实现四象限运行，适于频繁启动场合，可以广泛用于机床设备（如龙门刨床、锯切机），牵引领域（如电动机车、地铁），矿山、冶金等设备，尤其是在电动汽车领域，更有无法代替的优势。

该公司在引进欧美先进技术的同时，结合国内各种工业需求，成功研发完成11kW、l5kW、18.5kW、22kW、30kW、37kW、45kW、55kW、75kW的开关磁阻电机及控制系统（并通过机电的统一设计满足各种特殊需求），分别用于车辆牵引、龙门刨床、油田和冶金行业，性能突出。

二、性能特点：l、系统效率和功率因数高，调速范围宽，最高效率可达90%，并且在很宽调速范围内，都保持在80%以上，功率因数达到0.95以上，调速比超过1：20。

2、低启动电流，高启动转矩，启动电流为额定电流的30%，启动转矩为额定值的150%。

3、可频繁起停及正反转运行。

4、控制系统电路结构简单，工作可靠性高，电机转子无绕组，机械强度高。

5、在额定转速内保持恒转矩运行，转矩转速稳定，转速波动小于0.15%。

6、如果在一个区域内推广使用该种电机，可建直流供电站统一供电。

三、典型应用：用SRM开关磁阻电机调速系统配套及改造龙门刨铣床的优点：l、产品已与国内多家刨床厂配套，通过全面考核，质量可靠。

2、可根据需要在旧机床上增加新功能。

3、高性能/价格比，适用于国内广大用户。

4、丰富的改造经验，已成功改造刨床近百台，提供售前售后全部技术服务资料，并可提供已有用户作参考。

5、电机的起动电流小，（为额定电流的30%），对电网无冲击，起动转矩大，（为额定的150%），故适合于频繁起动，每小时不少于1000次，（实测达40次/分）。

6、制动转矩大（不小于额定转矩），故换向时越位小，可提高加工效率。

7、具有多种保护功能，可靠性高，且动态响应快，转速闭环控制，不受电网电压影响满载时无速降。

8、与F-D系统相比，可简化结构，减少占地面积约2/3，可节电30%一70%，且可根据负荷大小选择15-45KW电机，避免“大马拉小车”的情况，良好的节电效果及停机时间的减少便客户能尽快收回投资。

9、为用户配套新型电气柜，采用进口PLC控制，可降低故障率，结构简化，调试、维护方便。

10、特有断电制动功能，可避免床面在意外停电时冲出床身。

11、电机无电刷及整流子，维护工作量少。

主要技术参数及性能指标（56）SRD10系列开关磁阻电动机调速系统一、适用范围简介：通用机械：风机、水泵、油泵、压缩机等；机床：龙门机床（刨、铣、磨）、钻床等；塑料机械：挤出机、注塑机等；压力机械：螺旋压力机、模锻压力机、冲床等；铸造机械：抛丸机等；油田机械：抽油机等；纺织机械：印花机、卷布机、浆纱机、织机等；造纸机械：造纸机、压光机、卷纸机等；玻璃机械：制瓶机等；食品加工机械: 搅拌机、混合机等；矿山、煤矿机械：采煤机、掘进机、球磨机等；冶金机械：轧钢机等；提升运输机械：电梯、绞车、卷扬机、传送带等；辅助机械：卷取机、开卷机、架线机等；家用电器：风扇、空调、冰箱、洗衣机、吸尘器等；电动工具：手钻等；交通工具：车辆、机车、轮船、飞机等；发电设备：风力发电。

二、技术产品性能特点：1、开关磁阻调速电机系统SRD工作原理开关磁阻调速电机系统由电动机和控制器组成。

如图1所示。

电动机内安装有位置传感器；控制器由功率电路和控制电路等单元组成。

图1开关磁阻调速电机系统组成2、电动机结构SRD电动机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机。

定子、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上即无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组（图2）。

图2 定子、转子结构图3中给出的是三相12/8极结构。

若以示意图中定、转子的相对位置作为起始位置，依次给B→C →A相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次给C→B→A 相通电，则电动机会顺时针方向转动。

SRD电机的转向与相绕组的电流方向无关，而取决于相绕组通电的顺序。

通过控制相绕组的电子开关（IGBT)S1、S2的工作状态，就可以改变电机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。

图3SRD电机示意图当定子相绕组通电时，电动机内建立起磁场，当两凸极位置不对齐时，磁力线是弯曲的（图4）。

转子受到弯曲磁力线的磁拉力，产生转矩，使转子转动，转子凸极向定子凸极趋近。

当两凸极位置对齐时，转子达到平衡位置。

图4 SRD磁场磁力示意图3、开关磁阻调速电机系统SRD特点（1）效率高，节能效果好。

在所有的调速和功率范围内，SRD整体效率比交流异步电动机变频调速系统（简称变频调速）至少高3%以上，在低速工作的状态下其效率能够提高10%以上。

与直流调速、串级调速、电磁调速等系统相比，SRD节电效果更明显。

（2）起动转矩大，特别适合于那些需要重载起动和负载变化明显并且频繁的场合。

SRD控制器从电源侧吸收较少的电流，在电机侧可得到较大的起动转矩，起动转矩达额定转矩的150%时、起动电流仅为额定电流的30%，比之交流电动机的300%电流获得100%的转矩的性能，优势非常明显。

（3）调速范围广（图8）。

SRD电机可以在低速下长期运行。

由于效率高，在低速下的温升程度比额定工况时还要低，解决了变频调速低速运行下电机发热问题。

此外，SRD电机最高转速不会像交流电动机那样受极数的限制，可以根据实际需要灵活地设定最高转速。

（4）可频繁正、反转，频繁起动、停止，系统调控性能好，四象限控制灵活（图9），因此，非常适合于龙门刨床、可逆轧机、油田抽油机、螺旋压力机等应用场合。

制动性能好，能实现再生制动，节约电能效果显著。

（5）起动电流小，避免了对电网的冲击。

SRD具有软起动特性，没有普通交流电动机起动电流大于额定电流5～7倍的现象。

（6）功率因数高，不需要加装无功补偿装置。

普通交流电动机空载时的功率因数在0.2～0.4，之间，满载在0.8～0.9之间；而开关磁阻电机调速系统在空载和满载下的功率因数均大于0.98。

（7）电机结构简单、坚固、制造工艺简单，成本低。

工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。

（8）缺相与过负载时仍可工作。

出现电源缺相、电机或控制器任一相出现故障时，SR电动机输出功率减小，但仍然可以运行。

当系统超过额定负载120%以上时，转速只会下降，而不会烧毁电机和控制器。

（9）由于控制器中功率变换器与电机绕组串联，不会出现变频调速系统功率变换器可能出现的直通故障，可靠性大为提高。