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內容簡(jiǎn)介：積極發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)是節約能源、改善環(huán)境質(zhì)量的有效措施，由于熱電廠(chǎng)熱效率均能超過(guò)常規火電廠(chǎng)的熱效率一倍以上，那么熱電廠(chǎng)的經(jīng)濟運行主要表現在有效節能上，節能思想應貫穿在熱電廠(chǎng)的規劃、設計、運行、管理等各方面，那么對于電機節能降耗的考慮在我廠(chǎng)熱電項目中也得到了很好的應用。

　　隨著(zhù)電氣化和自動(dòng)化程度的不斷提高，對電動(dòng)機的整體運行要求也越來(lái)越嚴格，尤其是在對電動(dòng)機各種性能的選擇上更是精細，它可以根據現場(chǎng)實(shí)際要求來(lái)選擇不同種類(lèi)、不同規格、不同型號的電動(dòng)機來(lái)滿(mǎn)足要求。而在眾多的電動(dòng)機產(chǎn)品當中，三相異步電動(dòng)機有著(zhù)廣泛的應用空間，它將作為電動(dòng)機的代表有著(zhù)越來(lái)越重要的地位。筆者認為，異步電機的節能降耗主要涉及合理選擇運行工況和如何進(jìn)行節能降耗等應用問(wèn)題，本文從七個(gè)方面來(lái)分析一下目前企業(yè)在電機節能方面所面臨的一些問(wèn)題，并從中摸索如何指導我廠(chǎng)熱電項目經(jīng)濟運行的思路。
　　1 采用高效電動(dòng)機
　　1.1 必要性
　　國家發(fā)展和改革委員會(huì )在2006年至2020年的《節能中長(cháng)期專(zhuān)項規劃》中將電機系統節能工程列為十大節能重點(diǎn)工程之一。規劃指出，目前我國各類(lèi)電動(dòng)機總容量 4.2億千瓦，用電量約占全國用電量的60%、“十一五”期間要重點(diǎn)推廣高效節能電動(dòng)機等產(chǎn)品，使運行效率提高2個(gè)百分點(diǎn)，年節電200億kWh。因此，開(kāi)發(fā)我國的高效電動(dòng)機是提高能源利用率的重要措施，符合我國經(jīng)濟發(fā)展的需要。大多數的發(fā)達國家包括美國、英國、德國、日本等，正在強有力地推動(dòng)高效電動(dòng)機的應用，正如他們所確信的那樣，這樣做能夠節約能源、保護環(huán)境。在其他一些國家里，如加拿大、墨西哥、巴西、澳大利亞、新西蘭、印度等，也已經(jīng)開(kāi)始推廣高效電動(dòng)機。
　　1.2 高效電機的特點(diǎn)及現狀
　　根據相關(guān)研究部門(mén)統計數據可知，高效電動(dòng)機較普通電機平均損耗減少30%，轉矩平均高30%，體積平均縮小15%，重量平均減輕12%，高效電動(dòng)機效率曲線(xiàn)較平坦，負載率大于40%以上時(shí)，效率變化很小。按照美國“全國電氣設備制造商協(xié)會(huì )標準”（NEMA標準）規定，高效電動(dòng)機要比標準電動(dòng)機效率提高2%～6%，損耗下降20%～30%。美國通過(guò)1997年10月頒布的EPAct能源法案開(kāi)始使“NEMA標準”作為最低能效標準。此外，美國還出現了超高效電動(dòng)機NEMA Premium，效率高于“NEMA標準”電動(dòng)機0.8～4%。“歐洲電動(dòng)機和電力電子制造協(xié)會(huì )—— 歐盟能源組織協(xié)議”對每一個(gè)規格的電動(dòng)機規定了高低兩檔效率指標。產(chǎn)品的效率值低于低指標的稱(chēng)為eff3電動(dòng)機，介于低指標和高指標之間的稱(chēng)為eff2電動(dòng)機（較高效率電機），高于高指標的稱(chēng)為eff1電動(dòng)機（高效率電動(dòng)機）。中國國家標準電動(dòng)機的效率規定了三個(gè)指標，即：等級1、2、3。等級3為能效限定值，相當于歐洲eff2標準，等級2為節能評價(jià)值，相當于歐洲eff1標準。等級1是在等級2的基礎上電動(dòng)機損耗降低15%左右，效率最高。凡是達到節能價(jià)值的電動(dòng)機可稱(chēng)為高效電動(dòng)機。
　　1.3 國產(chǎn)高效電機的選用
　　高效電動(dòng)機YX、Y2-E兩個(gè)系列與普通Y系列電動(dòng)機相比，雖然制造的耗銅量、耗鋁量、鐵心的硅鋼片消耗量增多，費用有所增加，但效率高出0.58%～1.7%。YX系列電動(dòng)機是Y系列電動(dòng)機的派生產(chǎn)品，其總損耗平均較Y系列下降20%～30%，效率提高約3%。該系列電動(dòng)機起動(dòng)轉矩大、噪聲小、振動(dòng)小、溫升低、壽命長(cháng)，但價(jià)格比Y系列電動(dòng)機約高30%。對年運行時(shí)間大于3000 h、負載率大于50%的情況，應選用YX系列高效電動(dòng)機。高壓異步電動(dòng)機按照國家標準GB12497-1990《三相異步電動(dòng)機經(jīng)濟運行》的要求，單臺容量200 kW以下的選用低壓電動(dòng)機；容量200～355 kW之間的應進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟分析后選用高壓電動(dòng)機或低壓電動(dòng)機；容量大于355kW的選用高壓電動(dòng)機。
　　2 合理選擇電動(dòng)機功率和電壓等級
　　（1）避免長(cháng)時(shí)間空載運行，空載運行時(shí)，基波功率因數只有0.2～0.3，但吸取的無(wú)功功率約為滿(mǎn)載的65%左右。
　　（2）平均負載率β應大于50%，70%≤β≤100%為最佳負載率。
　　（3）合理地選擇電動(dòng)機的電壓等級：供電線(xiàn)路短：電網(wǎng)容量允許，負載小于300 kW的一般選用低壓電動(dòng)機；供電線(xiàn)路長(cháng)，電網(wǎng)容量有限，負載大于500 kW的一般選用高壓電動(dòng)機。
　　（4）電壓變化對異步電機性能的影響根據現場(chǎng)運行經(jīng)驗可總結如下（見(jiàn)表1）。
　　三相感應電機運行經(jīng)濟性取決于輸出功率與運行電壓的合理配合。輸出功率越小，經(jīng)濟運行電壓越低。對于輕載運行的電機，適當降低運行電壓可提高電機效率和改善功率因數。
　　（5）當電動(dòng)機負載率經(jīng)常在40%以下，應選擇定子繞組接線(xiàn)Δ/Y的自動(dòng)切換。以100kW異步電動(dòng)機為例，設每天有10 h負載率在40%以下，設負載率低于40%時(shí)平均負載率為30%，電動(dòng)機繞組為Δ接法，電動(dòng)機平均效率為85%左右，功率因數為0.65左右。若在負載率低于40%時(shí)，將電動(dòng)機繞組切換為Y接法，則平均負載率提高到90%，電動(dòng)機平均效率提高到93%左右，功率因數提高到0.85左右。由于電動(dòng)機效率的提高，每天節電100×0.3×（0.93-0.85）×10=24 kWh。
　　3 電動(dòng)機調速節電
　　三相異步電動(dòng)機機構簡(jiǎn)單，成本低，運行維護方便，因此它使用廣泛，遍及各行各業(yè)的各個(gè)角落，在生產(chǎn)、生活過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)極其重要的作用。因此，選用經(jīng)濟、合理、高可靠性、高效的調速手段就能實(shí)現電動(dòng)機正常運轉。三相異步電動(dòng)機可采用多種方式來(lái)實(shí)現調速。根據電機調速經(jīng)典公式可知，調速方式大致可通過(guò)改變磁場(chǎng)極對數p，轉差率S，電源頻率f 都可以改變電動(dòng)機的轉速n。因此，其調速方法有變極調速，變轉差率調速及變頻調速三種。
　　3.1 變極調速
　　變極調速是改變定子旋轉磁場(chǎng)的極對數來(lái)實(shí)現調速，變極調速電動(dòng)機其定子通常裝有1～2套三相交流繞組，可獲得2～4種成倍數的轉速，只能有級調速，而且等級有限。因此，三相異步電動(dòng)機本省調速性能差。但具有接線(xiàn)簡(jiǎn)單、控制方便、價(jià)格低；可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調速特性。該方法適用于不需要無(wú)級調速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機等。
　　3.2 變頻調速方法
　　變頻調速是通過(guò)改變定子電源頻率來(lái)實(shí)現調速。變頻器實(shí)質(zhì)上是一種頻率可調的交流電源裝置，在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。在水泥生產(chǎn)中，三相異步電動(dòng)機變頻調速逐步替代了直流電動(dòng)機調速方式。目前國內大都使用交-直-交變頻器，主要具有調速平滑，啟動(dòng)電流小，運行平穩；效率高，調速過(guò)程中沒(méi)有附加損耗；應用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機；調速范圍大，特性硬，精度高；技術(shù)復雜，造價(jià)高，維護檢修困難等特點(diǎn)。對于流量變化的離心式風(fēng)機和泵類(lèi)負載均具有轉矩與轉速的平方成正比、功率與轉速的立方成正比的機械特性。當流量變化時(shí)，調節電動(dòng)機的轉速可使軸上功率大大減小，從而獲得顯著(zhù)的節電效益。
　　當風(fēng)量與轉速下降到額定值的80%時(shí)，風(fēng)機功率降低到額定功率的51%；當風(fēng)量和轉速下降到額定值的60%時(shí)，風(fēng)機功率則降低到額定值的21%。對于變頻器電壓選擇的問(wèn)題，500 V以下小于300 kW的一般可選用低壓變頻器，3 kV以上大于500 kW一般選用高壓變頻器，300 kW～500 kW的，高、低壓變頻器都可以使用，低壓電網(wǎng)短路容量大的可選低壓變頻，低壓短路容量小的可選高壓變頻器。另外，變頻器持續低于25 Hz運行時(shí)會(huì )導致冷卻風(fēng)扇風(fēng)量不足，1/2轉速運行，輸出轉矩降10%，1/3轉速運行，輸出轉矩降20%；電磁噪聲和高次諧波含量增大等不利影響。對于工作頻率大于50 Hz；工作頻率小于10 Hz，長(cháng)期工作，負載較大；調速比大于10，且變化頻繁；調速比較大，轉動(dòng)慣量大，工作周期短，正反交替要求實(shí)現能量回饋制動(dòng)的工作方式建議使用變頻調速電動(dòng)機。
　　3.3 變轉差率調速
　　（1）繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機串電阻調速。
　　在繞線(xiàn)式電動(dòng)機轉子回路中通過(guò)滑環(huán)串接一只可變電阻器，增加轉子電阻式轉子電流減小，電動(dòng)機的轉矩也隨之下降，同時(shí)也產(chǎn)生反轉矩，當反轉矩等于轉矩時(shí)，電動(dòng)機便以某一轉速穩定運行，在串接不同的電阻，改變了轉差率來(lái)達到調速的母的。繞線(xiàn)式轉子串聯(lián)電阻就是降低激磁電流，轉速下降，只能降速，不能提速。此方法設備簡(jiǎn)單，控制方便，但轉差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調速，機械特性較軟。
　　（2）變定子電壓調速。
　　當異步電動(dòng)機定子與轉子回路的參數為恒定時(shí)，在一定的轉差率下，電動(dòng)機的電磁轉矩與加在其定子繞組上電壓的平方（即輸入電壓）成正比，因此，改變電動(dòng)機的定子電壓就可改變其機械特性的函數關(guān)系，從而改變電動(dòng)機在一定輸出轉矩下的轉速。由于電動(dòng)機的轉矩與電壓平方成正比，因此最大轉矩下降很多，其調速范圍較小，使一般籠型電動(dòng)機難以應用。為了擴大調速范圍，調壓調速應采用轉子電阻值大的籠型電動(dòng)機，如專(zhuān)供調壓調速用的力矩電動(dòng)機，或者在繞線(xiàn)式電動(dòng)機上串聯(lián)頻敏電阻。目前常用的調壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為最佳。調壓調速的特點(diǎn)是線(xiàn)路簡(jiǎn)單，易實(shí)現自動(dòng)控制；調壓過(guò)程中轉差功率以發(fā)熱形式消耗在轉子電阻中，效率較低，一般適用于100 kW以下的生產(chǎn)機械。
　　（3）串級調速。
　　串級調速作為異步電動(dòng)機十分經(jīng)典的調速方法之一，長(cháng)期以來(lái)人們進(jìn)行了大量研究與實(shí)踐。近年，隨著(zhù)電力電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的應用，串級調速技術(shù)產(chǎn)生飛躍的發(fā)展，在高壓大中型電動(dòng)機節能調速應用方面以其控制電壓低、控制功率小，系統簡(jiǎn)單，運行可靠，節電率高而展現出光明的應用前景。傳統串級調速是將電機的轉子回路通過(guò)串級調速控制裝置及逆變變壓器與電網(wǎng)連接。為了便于在轉子回路中串入合適的附加電勢，往往將轉子交流整流成直流，在直流回路中串入可變直流電勢來(lái)實(shí)現。裝置將轉子三相交流整流成直流并平波后，由有源逆變器提供串入的直流反電勢同時(shí)將轉子轉差功率再逆變?yōu)楣ゎl交流，通過(guò)逆變變壓器回饋至電網(wǎng)吸收。由于傳統串級調速是通過(guò)調整逆變器的逆變角（移相觸發(fā)）來(lái)實(shí)現對等效反電勢的調節的。這種移相觸發(fā)的方法存在著(zhù)功率因數低及可靠性差的缺點(diǎn)。現代串級調速則把逆變角固定下來(lái)并設在最小值，產(chǎn)生一恒定的附加直流反電勢，等效電勢大小的調節由斬波器來(lái)完成。通過(guò)調節斬波器導通時(shí)間與斬波周期的比率（即占空比或PWM調制脈寬），來(lái)改變串入轉子回路的等效電勢的大小，從而改變轉子電流和轉差率，達到調節電機轉速的目的。現代串級調速技術(shù)具有調速范圍寬，無(wú)級，平滑；具有良好的硬機械特性；電機轉子側施加控制，控制電壓低，變流裝置控制容量小，總控制容量?jì)H為電機額定容量的14.815%；自身功耗小，諧波分量小，系統簡(jiǎn)單等突出的優(yōu)點(diǎn)。
　　（4）電磁轉差離合器調速。
　　電磁調速電動(dòng)機由籠型電動(dòng)機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。運行時(shí)，電磁調速電機部分是全速運行的，輸出軸部分是通過(guò)電磁調速器調節改變可控硅的導通角，使輸出直流電壓的高低被改變，即控制了滑差離合器（與輸出軸相連）的激磁電流，滑差離合器的轉速隨著(zhù)激磁電流（耦合）的改變而改變。電磁調速電動(dòng)機的調速特點(diǎn)主要為裝置結構及控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單、運行可靠、維修方便；調速平滑、無(wú)級調速，對電網(wǎng)無(wú)諧影響等特點(diǎn)，本方法適用于中、小功率，要求平滑動(dòng)、短時(shí)低速運行的生產(chǎn)機械。
　　（5）液力耦合器調速。
　　液力耦合器是一種利用液體介質(zhì)傳遞轉速得機械設備，通過(guò)連續改變液體的壓力來(lái)進(jìn)行調速。壓力越大，輸出轉速越高。這是高壓電機領(lǐng)域中最傳統的調速方式，但這種方式能耗大，效率低。原因是存在嚴重的耦合損失和轉差損失。耦合損失是由于液壓油內摩擦造成的，轉差損失是由于調速時(shí)輸出軸和輸入軸存在轉差造成的。這種損失隨轉差的增加而上升，即效率η=1-S，其中S為轉差率，這兩部分都轉為熱量消失。另外，受執行機構和液壓機構限制，調速精度差，同時(shí)還存在嚴重的非線(xiàn)性，只在15%-85%之間調節線(xiàn)性區，但存在在增速與減速間逆差間隙，造成自動(dòng)系統很難投入運行。并且需要一整套油系統，維護工作量大。對于風(fēng)機泵類(lèi)負載，由于負載轉矩按轉速平方率變化，原傳動(dòng)輸入功率則轉速的平方率降低，損耗功率相對小一些，但輸出功率是按轉速得立方率減小，調速效率仍然很低。液力耦合器的調速平均效率在50%左右。
　　4 降低電動(dòng)機的基波與諧波損耗
　　式中：為電動(dòng)機總耗損；
　　為基波電壓；諧波電壓；
　　為基波電流；諧波電流；
　　為空載損耗系數，；
　　為等效電動(dòng)機銅損電阻，
　　由上式可看出：就地無(wú)功補償，降低無(wú)功電流，可以降低電動(dòng)機的基波損耗；減少諧波電壓和負載諧波電流，選取高效電機，可降低電動(dòng)機的諧波損耗。
　　5 減小三相電壓不平衡度
　　電動(dòng)機的負序阻抗為正序阻抗的1.8～3.5倍，若電網(wǎng)三相電壓不平衡度εU=2%，則負序電流εI=3.6%～7%。負序電流產(chǎn)生使電動(dòng)機發(fā)熱，降低電動(dòng)機的輸出功率。按照GB/T三相電壓不平衡的要求，供電電壓的三相不平衡度應不大于1.3%。
　　6 降低電動(dòng)機運行溫度
　　銅繞組
　　鋁繞組
　　式中：
　　7 電動(dòng)機無(wú)功補償技術(shù)
　　電機功率因數降低原因可能由如下原因造成。
　　①電機安裝問(wèn)題。
　　氣隙調整不均，空載電流增大，功率因數降低。
　　中心定位不準，電機竄動(dòng)引起磁場(chǎng)變化，使空載電流增大，功率因數降低。
　　②電壓質(zhì)量問(wèn)題。
　　電壓過(guò)高，鐵芯飽和，空載電流增大，功率因數降低。
　　電壓過(guò)低，對于恒負載電機，轉差率上升，功率因數降低。
　　③電機輕載運行。
　　空載時(shí)，功率因數0.2～0.3。
　　額定負載時(shí)，功率因數0.7～0.9。
　　輕載運行時(shí)，功率因數0.3～0.7。
　　④電機啟動(dòng)。
　　電機啟動(dòng)電流是額定電流的3～8倍，功率因數為0.15～0.30。
　　電機功率因數低的危害主要表現在增加變壓器和線(xiàn)路損耗，使線(xiàn)路末端電壓降低，影響供電質(zhì)量。當無(wú)功波動(dòng)較大時(shí)，無(wú)功補償裝置則由若干支路濾波器組成，并根據無(wú)功大小自動(dòng)控制各支路濾波器的投切。無(wú)功波動(dòng)越大，濾波支路越多，在滿(mǎn)足無(wú)功波動(dòng)時(shí)不過(guò)補和功率因數達到要求的前提下，濾波支路越少越好，自動(dòng)投切頻度越低越好。
　　8 結論
　　積極發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)是節約能源、改善環(huán)境質(zhì)量的有效措施，由于熱電廠(chǎng)熱效率均能超過(guò)常規火電廠(chǎng)的熱效率一倍以上，那么熱電廠(chǎng)的經(jīng)濟運行主要表現在有效節能上，節能思想應貫穿在熱電廠(chǎng)的規劃、設計、運行、管理等各方面，那么對于電機節能降耗的考慮在我廠(chǎng)熱電項目中也得到了很好的應用。首先，項目設計綜合廠(chǎng)用電率為18.20%，供熱廠(chǎng)用電率為7.82 kWh/GJ，發(fā)電廠(chǎng)用電率為3.77%。電氣主接線(xiàn)為擴大單元接線(xiàn)，兩臺25 MW發(fā)電機組并列接至63 MVA主變，通過(guò)110 kV向外送電。廠(chǎng)用電系統采用10 kV中性點(diǎn)非有效接地方式，兩臺機組各自帶一段10 kV廠(chǎng)用電，中間通過(guò)聯(lián)絡(luò )開(kāi)關(guān)進(jìn)行兩段母線(xiàn)的聯(lián)絡(luò )。項目200 kW以上的主要工藝電機都采用10 kV電源，并按照實(shí)際工藝負荷要求分配在兩端廠(chǎng)用電母線(xiàn)上，盡可能地提高了電機的負荷率。同時(shí)在電機選擇和調速方式的問(wèn)題上，給水泵電機（1600 kW）采用了湘潭電機YX系列高效電機，采用了液力耦合器調速，主要考慮啟動(dòng)性能的問(wèn)題；送風(fēng)機（315 kW）調速范圍較廣，采用了高壓變頻調速方式，并配套采用了湘潭電機高效變頻電機；引風(fēng)機（630 kW）調速范圍較窄，采用了內饋式斬波串級調速方式，并配套采用了湘潭電機高效內饋電機等，基本做到了按需規劃電機的運行工況及調速方式，并盡可能考慮以后運行維護的方便。由于發(fā)電機本身也是一個(gè)無(wú)功電源，所以在無(wú)功補償方面基本可以滿(mǎn)足要求。盡管我們提前做了一些工作，但是真正做到電機的節能降耗還在于以后加強生產(chǎn)管理，嚴格能源管理來(lái)實(shí)現降低廠(chǎng)用電率的要求。雖然熱電廠(chǎng)的經(jīng)濟運行不僅僅表現在異步電機的節能降耗上，還可以從改善燃煤質(zhì)量，降低制粉系統單耗，提鍋爐燃燒效率，提高汽輪機效率，改善蒸汽質(zhì)量和增加熱用戶(hù)等方面去實(shí)現，但至少它是一條重要的實(shí)現途徑也是我們應該重視的一項工作，對于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益也有很大的作用。

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　　使用變頻器進(jìn)行調速來(lái)實(shí)現提高功率因數的目的，也是常用的節能方法，即在普通的交流異步電動(dòng)機上加裝變頻器，此方法安裝簡(jiǎn)單，操作方便，節能效果顯著(zhù)。

水下探測級機器人的電機應用方案
　　BEI Kimco Magnetics專(zhuān)注于設計及生產(chǎn)高性能線(xiàn)性和旋轉運動(dòng)執行器，包括一系列高性能無(wú)刷直流電機和音圈電機。這些產(chǎn)品是專(zhuān)為高性能、高精度和可靠性的關(guān)鍵應用而設計。

三相異步電動(dòng)機繞組斷路的解決對策
　　繞組斷路產(chǎn)生的原因：1、在檢修和維護保養時(shí)碰斷或制造質(zhì)量問(wèn)題。2、繞組各元件、極(相)組和繞組與引接線(xiàn)等接線(xiàn)頭焊接不良,長(cháng)期運行過(guò)熱脫焊。3、受機械力和電磁場(chǎng)力使繞組損傷或拉斷。

控制電機綜述
　　在控制電機種類(lèi)方面選擇了比較典型的旋轉變壓器、自整角機、測速發(fā)電機、伺服電動(dòng)機、步進(jìn)電動(dòng)機和各類(lèi)微特同步電動(dòng)機，對新結構和新原理的控制電機也作了一定的介紹。

高壓電機變頻調速方案探討
　　高壓電機變頻調速裝置是機電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品,從變頻器裝置的發(fā)展過(guò)程與發(fā)展趨勢來(lái)看,仍是以功率器件為主要代表。

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