电机效率变化对变频改造节能效果的影响分析
变频器对电机影响及解决办法
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越是想知道自己是不是忘记的时候，反而记得越清楚。
变频器对电机的影响及解决方法作者：发布时间：2008-12-14 16:30:30 阅读次数：2970一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。
以下为变频器对电机的影响1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。
拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。
高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。
因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。
除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。
这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%--20%。
2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。
他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。
另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。
3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。
变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。
当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。
电机效率变化对变频改造节能效果的影响分析
电机效率变化对变频改造节能效果的影响分析丁旭元1程林2刘耀年3(1.3．东北电力大学吉林省吉林市132021；2.清华大学北京市海淀区100084)摘要：对需要变速运行的风机实施变频调速节能改造是电机系统节能的重点，而准确的节能效果评估是节能工程投资决策的重要环节。
目前的风机变频改造节能效果评估方法没有考虑变频前后电动机效率变化的影响，论文对变频后电动机的效率进行了理论推导，指出在变频后电动机效率变化明显，应该计及该效率变化对节能效果的影响。
通过对某水泥厂实际风机的变频改造节能效果评估，说明电动机效率变化对节能效果影响较大，在变频改造工程的节能效果评估中有必要计及电动机效率变化对节能效果的影响。
关键字：风机变频改造节能效果评估电机效率Effect of Motor Efficiency on Energy saving Estimation ofFrequency Conversion retrofitsXu-yuan Ding1, Lin-Cheng2, Yao-nian Liu31、3.：Dept. of Electrical Engineering, Northeast Dianli University, Jilin, China;2：Dept. of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing, China Abstract: Transformation of fan with frequency control is the key point of energy conservation project in motor system, and energy saving estimation is one of the most important parts of the transformation. The present estimation method did not consider the effect of motor efficiency varying with frequency control, but the derivation in the paper indicated the variation of motor efficiency is obvious. Therefore, the effect should be considered. The case study showed the effect taken on the results of the estimation demonstrating it is necessary to consider the motor efficiency in energy saving estimation.Keywords: fan; frequency control; energy saving estimation; motor efficiency引言：我国风机与泵的耗电量已占到全国总消费电能的40%以上[1]。
电机采用变频调速技术的节能效果分析
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焦炉煤气鼓风机采用变频调速技术
的节能效果分析
Energy Saving Analysis on Coal—gas Blower of Coke—oven with Variable Frequency
Speed Control Technology
金立明杨生桥王莉武汉钢铁集轩团能源动力公司(武汉430083
Q后=1.732×U×I×c0∞×24×330
=1.732x6X22x0.95×24x330≈172万度
・变频改造后年实际节电量:
△Q(实际节电量=Q前一Q后
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3.3变频调速可行的技术方案
33.1采用一台变频器驱动两台焦炉煤气鼓风机的一拖二控制方案。
33.2两台焦炉煤气鼓风机分别带有工频旁路,提高风机运行的安全性。
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频率电压电流压力大瓦小瓦(№(kv(A(kin
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电厂锅炉一、二次风机电机变频改造节能分析
电厂锅炉一、二次风机电机变频改造节能分析【摘要】云南某火电厂（2×300MW）按带基本负荷运行方式设计，锅炉一、二次风机采用离心式风机，适应负荷调节能力较差。
当机组负荷变化时，离心风机采用挡板阀门调节方式，属于节流调节，是一种投资少、调节反应快的调节方式，但锅炉负荷较低时，风机运行效率低、节流能耗损失大、运行经济性差。
对该电厂锅炉一、二次风机电机进行变频节能改造，降低消耗在挡板阀门节流过程中的电能，大幅提高电厂经济效益。
【关键词】锅炉;风机电机;变频改造;节能分析1.风机电机变频改造的必要性该电厂一、二次风机设计选型余量偏大，因此在汽轮发电机组300MW负荷运行时，一次、二次风机挡板开度在70%多，节流损失较大。
机组运行在低负荷运时采用挡板阀门调节风量跟负荷相匹配时，大量的能量损耗在挡板阀门的节流上，能耗损失大。
风机电动机在直接起动时启动电流大，一般达到电机额定电流的6-8倍，对电网冲击较大，也会引起电机发热，强大的冲击转矩对电机和风机的机械寿命存在很多不利的影响。
而进行了风机电机变频改造后可以消除上述的不利影响，节约能耗。
由流体动力学公式，风量与转速一次方成正比，风压与转速二次方成正比，风机的功率与风量和风压乘积即转速的三次方成正比。
所以，当风量由100%降至70%时，转速降至70%，电机的功耗降到34.3%，也就是节约电能65.7%，扣除阀门调节时的功耗和转速下降引起电机效率下降的因素，随着流量变化，采用变频调速，节能效果也是很显著的;同时，扬程（压头）的下降，使其运行时噪音大大降低。
变频调速能节约原来消耗在挡板阀门节流过程中的大量能量，大幅提高了经济效益。
由于风机大都为平方降转矩负载，在阀门开度不变的条件下，轴功率与转速大致成立方关系，所以当风机转速下降时，消耗的功率大大下降。
这样就可以解决风机选型过大，及设备运行在低负荷下不经济的问题。
其次采用变频调速后，可实现软启动，对电网的冲击和机械负载的冲击都减小了。
高压变频技术在风机节能中的应用
高压变频技术在风机节能中的应用摘要：高压变频技术在风机节能改造中的有效应用，能够大幅度提升风机设备的节电率，这对于缓解我国资源供应与资源需求之间的矛盾有着非常重要的作用。
基于此，下文将对高压变频技术在风机节能中的应用展开一系列的分析，希望能够有效促进我国社会经济的可持续发展。
关键词：高压变频技术；风机节能；应用1 高压变频节能的特点分析利用高压变频技术对风机转速进行控制的原理为实现电机输入频率的改变，而在改变的过程中并不会额外地消耗电机功率，能够促进电机综合效率的提高。
电机变频节能的主要特点包括以下几个方面：第一，电机综合效率比较高，且发热量与能耗都比较低；第二，具有无极调速的特点，具有较为广泛与精准的调速功能；第三，启动时所需的电流比较小，节能效果突出，同时也不会对所在的电网造成冲击；第四，不存在转差率损耗；第五，能够促进电机功能因数的提高，不需要在另外加装无功补偿装置；第六，具有较高的自动化水平，具有自动限流、限压、减速等功能，同时能够对故障、运行及报警情况进行记录，对系统的安全运行奠定了基础；第七，依据电量成本对电机转速进行智能化的调节。
随着电力建设的不断发展，电力供需矛盾不断激化，只有对风机的流量进行调节才能够更好地满足生产的需要，通过这种方式提高企业效益，降低企业能耗。
2 风机运行中应用节能技术的实际意义改革开放以来，我国在电力行业上越来越多的使用高压电机，它的使用总量达到电厂电机驱动设备的百分之八十左右，它们都是耗电巨大的设备，而发电企业的机组负荷又长期不是运行在最高峰，常在中高负荷下运行，这样就使得电能被大量浪费，如果不对它们进行相应的改造，那么这个极大的浪费就会一直存在。
调整电动机速度的方式是很多的，目前使用得最多的就是变频器调节电动机的速度，在技术上已经非常成熟了，大部分是用于低压电动机上。
近年来，电力电子技术的飞速发展让高压变频器技术也越来越成熟，被越来越多的应用到火电厂的节能改造上。
变频技术对大功率电动机性能影响分析
变频技术对大功率电动机性能影响分析【摘要】本文结合变频调速的技术特点，通过对大功率电动机在变频控制下运行性能的改变进行阐述和分析，论证了变频技术在提升大功率电动机启动性能、降低损耗的同时，也对电动机绝缘及冷却性能降低、产生整体共振、增加系统轴电流等方面产生负面影响。
【关键词】变频技术电动机性能影响分析0 引言变频调速技术对于风机、泵类负载等工业电动机的节能改造具有重要的意义。
随着变频技术的日趋成熟，通过变频控制电动机转速调节风量或流量，使得每年风机、泵类电动机的节电率可达到30％～60％。
与此同时，变频调速技术的运用使得400kW 以上的大功率电动机的运行性能产生了改变。
本文基于变频技术的特点，就其对于大功率电动机的启动特性、功率损耗、绝缘性能、整体冷却、电动机共振、轴电流等多方面性能的影响进行分析。
1 变频技术对大功率电动机启动特性的影响当电动机以工频50 Hz直接启动时对电网和机械冲击很大，其最大启动电流约为电动机额定电流的7～8倍，这将大大增加电动机绕组的电应力，使电动机定转子受到电动力的冲击，启动能耗高，导致电动机发热严重，从而降低电动机的寿命。
因此根据GB50170－2006《电气装置安装工程旋转电动机施工及验收规范》规定电动机在冷态时间隔不小于5 min可启动2次，热态时可启动1次[1]。
电动机启动能耗可根据式1计算得出：M LMT TTRR−W = 0.5J (1+ )22 1S ω(1)式中：W s 为电动机起动能耗，kJ；J 为转子转动惯量；ω为同频角速度2πf，rad/s；R1 为折算到转子侧的定子电阻，Ω；R2 为转子电阻，Ω；T M 为电动机转矩，N·m；T L 为负载转矩，N·m。
在电动机变频启动时，根据式1所示，电动机转子转动惯量J、折算到转子侧的定子电阻R1、转469子电阻R2、负载转矩T L等参数都与工频启动相同。
而变频装置是以恒磁通进行控制的，当转速变化时，转矩T M大致不变，能够实现恒转矩加速和减速。
电机变频节能改造的效果及案例研究
电机变频节能改造的效果及案例研究摘要：当前，电机是我国主要的工业耗电设备。
实施电机变频节能改造，对提升电能使用效率、降低企业能耗成本、实现节能减排具有明显的效果。
同时，电机变频的软启动功能有助提高用电设备的功率因素，减轻对电网的冲击，是对供电企业、客户及社会多方共赢的有效措施，值得在全社会推广应用，并成为供电企业主动承担社会责任、服务客户节能增值的重要举措之一。
关键词：电机变频节能改造引言当前，电机是我国主要的工业耗电设备，据清华大学电机权威人士统计，我国电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80%。
另外据统计，对于塑胶行业的电费成本，约占整个生产成本的20%～50%。
在发达国家，变频器在电机投用的普及率已达到 80%，而我国变频器的运用还在起步阶段，普及率不到10%。
从以上可以看出，变频调速系统有利于我国的电能消耗的节约，同时在我国有着非常巨大的市场需求。
电机变频节能已成为各级政府节能降耗政策的覆盖对象，也是供电企业节能服务的重点关注领域之一。
1.电机变频节能技术适用领域从应用领域来说，国内变频调速技术在经过几年的应用推广下已得到了较快的发展，变频调速技术的领域已初步涉及到电子、机械、石化、冶炼、纺织、汽车等多种行业，应用范围已覆盖注塑机、空压机、空调、恒压供水、纺织机等各种交流电机设备。
从发展区域来说，变频调速技术的应用在我国沿海省份和南方城市发展较快，目前已有向内地快速渗透的趋势。
2.电机变频调速节能效果及特点变频控制传动调速对于负载性质和负载率的不同，节电率也是不同，低压变频控制设备，一般负载率在0.5左右时，节电率在20～47％左右。
比如定量泵注塑机、排污填水池电机、给氧风机等等，空调水泵基本上平均节电率都在25～60％左右。
低压设备变频调速改造投资少、见效快，投资回报期基本上在一年左右。
高压变频设备干扰性很小，控制技术较高，输出电压波形近似正弦波形，但设备体积较大，安装调试都比较复杂。
空调系统水泵变频改造节能效益分析
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已在该地 区掀起 一股热 潮 ， 据笔者调查 ， 仅深圳市此类
公 司就 达 ５ 家之 多。 文对空调系统变频改造节能原 ０ 本
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电机效率变化对变频改造节能效果的影响分析丁旭元1程林2刘耀年3(1.3．东北电力大学吉林省吉林市132012；2.清华大学北京市海淀区100084)摘要：对需要变速运行的风机实施变频调速节能改造是电机系统节能的重点，而准确的节能效果评估是节能项目投资决策的重要环节。
目前的风机变频改造节能效果评估方法没有考虑变频前后电动机效率变化的影响，论文对变频后电动机的效率进行了理论推导，指出在变频后电动机效率变化明显，应该计及该效率变化对节能效果的影响。
通过对某水泥厂实际风机的变频改造节能效果评估，表明电动机效率变化对节能效果影响较大，在变频改造项目的节能效果评估中有必要计及电动机效率变化对节能效果的影响。
关键字：风机变频改造节能效果评估电机效率Effect of Motor Efficiency on Energy saving Estimation ofFrequency Conversion retrofitsXu-yuan Ding1, Lin-Cheng2, Yao-nian Liu31、3.：Dept. of Electrical Engineering, Northeast Dianli University, Jilin, China;2：Dept. of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing, China Abstract: Transformation of fan with frequency control is the key point of energyconservation project in motor system, and energy saving estimation is one of the mostimportant parts of the transformation. The present estimation method did not considerthe effect of motor efficiency varying with frequency control, but the derivation in thepaper indicated the variation of motor efficiency is obvious. Therefore, the effectshould be considered. The case study showed the effect taken on the results of theestimation demonstrating it is necessary to consider the motor efficiency in energysaving estimation.Keywords: fan; frequency control; energy saving estimation; motor efficiency引言：我国风机与泵的耗电量已占到全国总消费电能的40%以上[1]。
其中风机所占比例较大，且大部分为变负荷运行。
当前风机大多采用风门控制调节流量，风机效率低下,电能浪费严重。
随着合同能源管理机制的推广和变频技术的发展，风机的变频调速改造项目得以大力推动，准确的节能效果评估是项目投资决策的重要环节。
然而目前我国对风机变频改造的节能效果评估大都处于实践阶段，很多评估结果与实施后的实际情况存在差异，还没有形成统一的、精确的评估方法。
当前方法中，文献[2]中的方法为基于比例定律的方法，文献[5]提出了基于风机效率的方法。
这些方法存在的一个共同的问题是只考虑了变频后风机本身效率的提高，而忽略了电动机效率变化对节能效果的影响。
论文通过理论推导分析了变频后电动机的效率的变化情况，指出电动机效率随频率变化明显、应该计及效率变化对节能效果的影响；通过一个实际的评估案例分析了电动机效率变化对节能效果的影响程度，结果表明了电动机效率变化对节能效果的影响较大、在节能评估中有必要计及电动机效率变化的影响。
1.风机的变频调速节能原理风机的工作点为其本身特性曲线n1与管路特性曲线R的交点，如图1中a点。
当风机的额定流量远大于实际需求流量时，为满足生产工艺需求目前大多采用风门控制增加管路阻力来调节流量，此时工作点如图1中c点。
流量减小压力增大，但风机轴功率并未减小。
图1 风机调速原理Fig.1 Principles of Fan with Speed Control根据风机的比例定律：当输送流体的密度不变、仅转速变化时，输出流量、压力和轴功率与转速存在以下关系：（1-1）（1-2）（1-3）改变电动机电源频率可改变电动机转速，风机特性随转速平移，工作点改变，如由图1中由a点移至b点。
转速减小时，流量、压力、轴功率都随之减小，风机效率提高，实现节能。
2.频率变化对电机效率的影响由式（1-1）可知，若风机实际需求流量为Q，则采用变频调速时的控制转速可表示为：（2-1）、分别为风机额定流量、额定转速。
风机的转矩随转速平方成正比变化，则流量Q时风机的转矩倍数可表示为：（2-2）设为转速为n时的控制频率。
频率改变时，电动机等效电路中的各电抗参数不再为恒定值，而随频率变化，若不考虑变频器输出谐波的影响，此时电动机等效电路可用图2表示[7]。
2'/s图2变频时异步电机等效电路Fig.2 Equivalent Circuit of Induction Motor forFrequency Control图中用频率比α表示频率变化，以恒U/f变频控制为例，则有如下关系：（2-3）（2-4）、为电机的额定频率和额定电压。
若要根据等效电路求出转速为n时的电动机效率，先要求出变频后等效电路中的未知参数α和s。
根据电机学原理，转速n与频率、转差率s、极对数p的关系为：（2-5）对于大功率电动机，可忽略定子绕组，此时转差率s可按下式计算：（2-6）其中；额定转差率和电机最大转矩倍数均为电动机已知参数，通过式（2-2）得出。
联立式（2-6）和式错误！未找到引用源。
则可求出α和s。
根据等效电路图可得出：（2-7）（2-8）（2-9）（2-10）其中为电机定子侧阻抗，α为转子侧阻抗，α为励磁阻抗，为电机总阻抗。
电机工频下的阻抗参数、、、、、均为电机基本参数。
将α和s代入式（2-4）、（2-7）至（2-10）可求出电压U1、转子电流I1、励磁电流I0、转子电流I2和电机功率因数。
（2-10）（2-10）（2-10）设电机输入、输出功率分别为、，由等效电路即可得出转速为n、频率为时的电动机效率：（2-11）其中输入功率。
和分别为定、转子铜损。
在不考虑谐波引起转子电阻增大的情况时，可认为与负载变化有关。
为铁损耗，是主磁通交变引起的磁滞损耗和涡流损耗。
此处只考虑定子铁耗，用等效电阻的损耗来表示。
为风磨损耗，包括通风损耗和摩擦损耗，与负载无关而与转速有关。
通风损耗正比于n3，摩擦损耗正比于n[8]，一般近似认为，即，为额定运行时的风磨损耗，一般由空载试验得出，作为已知参数。
为杂散损耗，不易计算，一般取估算值。
本文按国家标准取为。
以上五种损耗均未考虑变频器输出谐波的影响，而实际上由于谐波影响，电机各损耗变化将更复杂，尤其是铁损耗的变化。
总的来说，电动机总损耗会因为谐波的影响而增加30%左右，导致效率会下降1%-3%[8]。
图3变频下电动机效率Fig.3 Motor Efficiency under Frequency Control 图3为一台带风机负载的型号为YRKK630-6的1000kW电动机在恒U/f控制时效率随频率的变化曲线。
从图中可以看出，电机的实际效率是随频率的降低而降低的，频率在30Hz时效率下降明显，在低于25Hz时，效率下迅速下降。
因此，在低频时，必须考虑电动机效率对节能效益的影响。
3.考虑电动机实际效率的评估方法为分析电动机效率变化对节能效果的影响，本文在基于比例定律的方法上考虑电机变频后的效率。
该方法的前提条件是当前工况与额定工况满足比例定律的相似工况条件，否则方法不适用；另外，在确定变频后转速时，不能忽略频率范围的限制，一般认为转速差不超过20%时比例定律适用，转速差过大，则比例定律就会有一定误差[1]，工程计算一般认为比例定律适用范围为60%-100%额定转速。
具体评估方法如下：假设当前工况流量需求为Q，根据记录数据直接计算得整个系统能耗为：（3-1）其中为电动机能耗，、、分别为现场测量的电机侧电压、电流和系统功率因数，为系统其它效率。
保持流量Q不变，则由式（1-1）和（1-3）得到变频后风机轴功率为：（3-2）、分别为风机额定流量和额定功率。
则变频改造后整个系统能耗为：（3-3）其中、分别为变频后电动机效率、变频器效率，为系统其它效率。
变频改造后节约的能耗为：（3-4）节能率为：（3-5）关于变频器效率，一般由供应商提供的额定值为94%-97%，而实际在频率下降时变频器效率也会下降。
表1为西门子公司生产的罗宾康完美无谐波系列变频器的效率与转速关系。
从表中看出，变频器的效率随转矩和转速的降低而降低。
表 1 不同转速下的变频器效率4.案例分析以某水泥厂窑尾风机变频改造的节能效果评估为例，分析电动机效率变化对节能预算结果的影响。
当前电网运行电压U为9800kV，I为51.1A，功率因数为0.84。
假设改造前系统其它效率=98%，则改造前系统能耗为P1=/=743 kW。
风机相关计算参数：额定全压H N为4000Pa，额定转速n N为980rpm，额定功率P N为1000kW；当前全压H为1997Pa。
由式（1-2）和（1-3）得到变频后风机转速为692rpm，风机轴功率P=353kW。
负载转矩倍数=0.5。
电动机型号为YRKK630-6，相关计算参数：额定功率1000kW，额定频率f N为50Hz，额定相电压kV，额定转差s N为0.01，额定效率为94.7%，额定风磨损耗P fwN为1.19kW，最大转矩倍数=2.2；定子电阻；定子漏抗；转子电阻、转子漏抗、励磁电阻、励磁电抗。
计算得到变频后的频率为34.7Hz，电动机效率87.6%，与额定效率94.7%相差7个百分点。
下面根据式（3-3）分四种情况计算改造后能耗：（1）Case1：不计电动机效率，变频器效率和系统其它效率。
即、、均取100%，风机轴功率即为系统总能耗，则P2=353kW。
（2）Case2：认为变频后电动机和变频器都工作在额定效率。
即取电动机效率为94.7%、变频器效率为97%，其它效率98%。
则改造后能耗为P2=392kW。