电机能效培训指南

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2019-09-18
简介
电机是拖动风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置,广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施、家用电器等多个行业和领域,是用电量最大的耗电机械。其用电量占全社会总用电量的60%以上,占工业总用电量的75%左右。近年来在国家政策的支持下,我国电机能效水平得到不断提高,但总体看能效水平仍然较低,我国电机效率平均水平比国外低3-5个百分点,电机系统运行效率比国外先进水平低10-20个百分点,大量在用的低效电机造成了电力和能源的巨大浪费。教材主要介绍了电机的种类及电机效率不断提升的发展过程、电机与拖动的典型负载设备的特性和节能措施、电机系统节能技术和误区、电机的高效再制造以及电机系统节能改造典型技术、案例等相关内容,使企业对电机、系统能效及电机系统能效提升措施有较全面的了解和科学的认识,希望对企业采用适宜的技术措施实施电机系统节能改造有所帮助。教材既对电机系统节能技术基本原理作了简要介绍,又结合实际,重点介绍了应用这些技术进行节能改造的典型案例,整体上通俗易懂。由于时间紧张,加上编写组的水平有限,教材中不可避免的存在一些错误和不足之处,敬请广大读者批评指正。也希望读者能够提供更多电机系统节能改造的典型案例,进一步补充和完善教材。

文档内容部分截取

前言电机是拖动风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置,广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施、家用电器等多个行业和领域,是用电量最大的耗电机械。其用电量占全社会总用电量的60%以上,占工业总用电量的75%左右。近年来在国家政策的支持下,我国电机能效水平得到不断提高,但总体看能效水平仍然较低,我国电机效率平均水平比国外低3-5个百分点,电机系统运行效率比国外先进水平低10-20个百分点,大量在用的低效电机造成了电力和能源的巨大浪费。为贯彻落实“十二五”节能减排规划和工业节能“十二五”规划,推动高效电机开发和推广应用,促进电机产业升级,全面提高电机能效水平,工业和信息化部决定组织实施《电机能效提升计划(2013-2015年)》。为便于电机系统节能工作的参与者全面了解电机能效提升的相关政策、标准及技术案例,我们委托国家中小型电机及系统工程技术研究中心编制了全国电机能效提升计划系列教材。本系列教材分为《政策汇编》、《技术指南》和《案例汇编》三个部分,分别从政策解读、技术理论和实践案例三个方面进行了阐述,旨在为企业实施电机系统节能改造提供政策导向、技术途径和改造模式。教材主要介绍了电机的种类及电机效率不断提升的发展过程、电机与拖动的典型负载设备的特性和节能措施、电机系统节能技术和误区、电机的高效再制造以及电机系统节能改造典型技术、案例等相关内容,使企业对电机、系统能效及电机系统能效提升措施有较全面的了解和科学的认识,希望对企业采用适宜的技术措施实施电机系统节能改造有所帮助。教材既对电机系统节能技术基本原理作了简要介绍,又结合实际,重点介绍了应用这些技术进行节能改造的典型案例,整体上通俗易懂。由于时间紧张,加上编写组的水平有限,教材中不可避免的存在一些错误和不足之处,敬请广大读者批评指正。也希望读者能够提供更多电机系统节能改造的典型案例,进一步补充和完善教材。《全国电机能效提升计划培训系列教材》编写组2013年6月1目录第一章电机概述........................................................................................................11.电机的基础知识......................................................................................................11.1电机的工作原理................................................................................................11.2三相感应电动机的工作原理............................................................................11.3电动机的基本结构............................................................................................21.4电机的分类........................................................................................................21.5电动机的主要类型及用途................................................................................52.我国中小型电机发展历程简介..............................................................................62.1解放前的历史....................................................................................................62.2新中国成立后的发展........................................................................................62.3我国第一个符合IEC标准体系产品——Y系列电机.....................................72.4Y2系列电机.......................................................................................................72.5Y3系列、YX3系列电机....................................................................................82.6YE2系列、YE3系列电机..................................................................................83.其他电机..................................................................................................................93.1中型高压异步电机............................................................................................93.2同步电机............................................................................................................93.3直流电机............................................................................................................94.发展趋势................................................................................................................10第二章全球能效提升历程及高效电机产品..........................................................111.高效电机的定义....................................................................................................112.全球高效电机的发展过程....................................................................................112.1国外高效电机的发展过程..............................................................................112.2高效电机国际标准的统一..............................................................................122.3我国高效电机的发展历程..............................................................................123.高效电机的节能和经济效益................................................................................133.1电能的节约......................................................................................................133.2经济效益..........................................................................................................144.现有高效电机的主要产品....................................................................................164.1交流低压高效电机..........................................................................................174.2交流低压超高效率电机..................................................................................204.3交流高压高效率电机......................................................................................23II4.4稀土永磁高效三相同步电动机......................................................................264.5高效电机的主要产品族..................................................................................264.6高效机组装备产品族......................................................................................27第三章影响电机系统运行效率的因素..................................................................311.电机系统的概念和组成........................................................................................312.电机系统的应用现状和节能潜力........................................................................312.1电机系统的应用现状......................................................................................312.2电机系统的节能潜力和作用..........................................................................333.影响电机系统运行效率的因素............................................................................333.1电能质量对电动机效率的影响......................................................................343.2负载特性对电动机效率的影响......................................................................353.3负载率对电动机效率的影响..........................................................................35第四章电机系统的节能技术..................................................................................371.高效异步电机的置换节能技术............................................................................371.1高效电机的节能原理......................................................................................371.2高效电机的节能量..........................................................................................381.3高效异步电机节能替换的适用范围..............................................................392.永磁同步电机改造节能技术................................................................................392.1永磁同步电机的特点......................................................................................392.2永磁同步电机改造节能的适用范围..............................................................393.变频调速节能技术................................................................................................403.1变频调速节能技术的原理..............................................................................403.2变频调速节能技术的适用范围......................................................................414.变极调速节能技术................................................................................................424.1变极调速基本原理..........................................................................................424.2变极调速的基本方案......................................................................................424.3变极调速节能技术的适用范围......................................................................435.内馈串级调速节能技术........................................................................................445.1内馈串级调速电机工作原理..........................................................................445.2内馈调速系统的组成......................................................................................455.3内馈串级调速系统的优点..............................................................................455.4内馈串级调速节能技术的适用范围..............................................................456.调压控制节能技术................................................................................................456.1调压节能原理..................................................................................................45III6.2相控调压节能技术的原理..............................................................................466.3相控调压节能技术的优点..............................................................................476.4相控调压节能技术的适用范围......................................................................477.电机的减容增效节能技术....................................................................................478.与风机、水泵系统匹配的专用电机节能技术....................................................489.其他电机节能新产品及节能技术........................................................................489.1新型大中型无滑环绕线转子异步电动机......................................................489.2无刷双馈调速电机节能技术..........................................................................499.3开关磁阻电机节能技术..................................................................................509.4永磁直驱主轴电机..........................................................................................529.5伺服电机产品及系统应用技术......................................................................53第五章电机的高效再制造与节能..........................................................................581.定义、目的与意义................................................................................................581.1定义..................................................................................................................581.2目的与意义......................................................................................................582.高效再制造要求及优势........................................................................................593.高效再制造工艺流程及关键工序........................................................................603.1再制造整体流程..............................................................................................603.2零部件的再制造..............................................................................................603.3零部件的更换..................................................................................................634.高效再制造与普通维修的区别............................................................................645.高效再制造产品....................................................................................................65第六章电机拖动的典型负载系统的特性及节能措施..........................................661.风机系统基本特性及节能措施............................................................................661.1风机分类..........................................................................................................661.2通风机的用电系统的构成..............................................................................671.3风机的基本参数..............................................................................................671.4风机的特性曲线..............................................................................................691.5风机系统的节能措施......................................................................................692.水泵系统基本特性及节能措施............................................................................722.1水泵的分类......................................................................................................722.2水泵用电系统的构成......................................................................................722.3水泵现场电能利用率的测试..........................................................................732.4离心式水泵的基本参数..................................................................................73IV2.5离心式水泵的特性曲线..................................................................................742.6提高泵系统效率的措施..................................................................................753.空压机系统基本特性及节能措施........................................................................763.1空压机系统的种类..........................................................................................763.2空压机的基本参数..........................................................................................773.3空压机的性能曲线..........................................................................................793.4空压机系统的节能措施..................................................................................82第七章电机系统节能的典型误区........................................................................851.高效电机简单替换的节能误区............................................................................852.“大马拉小车”型节能误区..................................................................................853.普通电机直接用于变频调速控制的误区............................................................864.盲目使用变频调速技术的误区............................................................................86第八章电机系统节能改造的工作方法..................................................................881.包含范围................................................................................................................882.术语与定义............................................................................................................883.电动机系统节能改造一般要求............................................................................884.节能诊断................................................................................................................895.项目实施................................................................................................................905.1电动机的更新与改造......................................................................................905.2控制装置的改造..............................................................................................935.3传动装置的改造..............................................................................................965.4被拖动装置的改造..........................................................................................965.5管网的改造......................................................................................................976.综合评估................................................................................................................976.1节能效果监测及评价步骤..............................................................................986.2节能改造效果评价方法..................................................................................986.3节能改造效果检测计算方法..........................................................................99V第一章电机概述1.电机的基础知识1.1电机的工作原理电机是依据电磁感应定律而制造出来的机械,主要用于实现电能和机械能之间的相互转换。根据电能和机械能之间的转换关系`,电机可分为发电机和电动机。发电机是由机械能转化为电能,向电网或用电设备输送电能;电动机则是由电能转化为机械能,向机械系统输出动力。发电机和电动机的基本原理与电工学中的“右手定则”和“左手定则”相符,如图1-1~图1-4所示。1.2三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的定子由定子铁心和三相交流绕组组成,如图1-5(a)所示;转子则由圆柱形的转子铁心和转子绕组组成。常见的转子绕组由转子槽内的导条和两端的端环组成一闭合的多相电路,这种绕组形如鼠笼,故称笼型绕组,如图1-5(b)所示。图1-5电机定转子结构原理当感应电动机的定子绕组通入三相交流电源时,流入定子绕组的三相电流就会在气隙内产生一个具有特定极数和特定同步转速的旋转磁场波,这一磁场“割切”转子导条时,会在闭合的转子绕组回路中产生感应电流,通电的转子导条又会在旋转磁场中受到作用力(如图1-4所示),即产生了电磁转矩,从而推动转子旋转起来。由此可知这种电动机的特点是:定子由三相交流电源供电,转子边的功率借电磁感应作用由定子边传递过来,故称为感应电动机或异步电动机。11.3电动机的基本结构三相笼型感应电动机主要有定子和转子两大部分组成,图1-6表示了一台中小型三相笼型感应电动机的典型结构。由图可见,三相笼型电动机结构定子绕组的定子铁心置于铸铁(或铝制)的机座内。转子铁心槽中的导条与端环连接形成笼型绕组。图中分别表示了定子铁心和笼型转子。笼型转子的端环上附有风叶,作为内风扇供冷却用。图1-6三相笼型感应电动机的结构1.4电机的分类电动机可按馈电电源、工作原理、功率大小、结构形式和产品用途等各种方式来分类。1.4.1按馈电电源和工作原理进行分类一般可分为直流电动机和交流电动机:1)交流电动机:由交流电源馈电,又分为同步电动机和异步电动机。(1)同步电动机:电机的定、转子双边同时馈电,因转子跟随定子绕组产生的“旋转磁场”同步转动,而称为同步电动机。其转速与所接电源频率之比有恒定的关系。同步电动机由于其结构较感应电动机复杂,价格也相对较贵,因此2在一般的机械设备驱动中应用较少,但由于其功率因数高,较多用于大功率低转速的机械设备,如压缩机、球磨机等。(2)异步电动机:电机的定子单边馈电,因转子跟随定子绕组产生的“旋转磁场”转动时,转子转速与“旋转磁场”转速有一个微小的“差异”,而称为异步电动机。异步电动机特别是笼型异步电动机,由于结构简单、运行可靠、维护方便和价格低等特点,成为电机行业中生产量最大、应用面最广的驱动电机。但其调速性能差,功率因数低,使其长期以来主要应用于无调速要求或调速要求不高的驱动机械,例如风机、水泵等驱动。异步电动机可分为三相异步电动机和单相异步电动机,前者广泛应用于工矿企业和公用设施,后者则主要应用于家用电器。2)直流电动机:由直流电源馈电,其气隙中产生电磁转矩的定、转子磁场均由直流电流产生。直流电动机具有优良的起动、调速等运行性能。长期以来在有调速要求的场合,特别是有高精度、高性能控制要求的自控系统中,直流电动机得到了广泛的应用。但电刷和换向器的机械接触所带来的换向问题是它的致命弱点,近年来随着交流变频调速技术的日益成熟和发展,大大缩小了直流电动机的应用范围。1.4.2按运动类型分类电机有很多种分类方法,从电机运行原理来说、可分为交流电机、直流电机,其中交流电机又可以分为交流同步电机和交流异步电机;从电机的运动方式上来说可以分为静止电机(变压器)、旋转电机和直线电机等(见图1-7)。图1-7电机的种类31.4.3按功率的大小、机座号或电压等级进行分类一般分为微特电机、分马力电机、中小型电机和大型电机等(见图1-7)。1)微特电机:主要用于自动控制和计算机控制系统中的检测、放大、执行和解算元件。‹功率范围:从数百毫瓦到数百瓦。‹机座号范围:机座的外径一般不大于130mm。2)分马力电机:又称为小功率电机,主要用于家用电器及各种小型机具等。‹功率范围:不大于2.2kW。‹机座号范围:不大于H90mm。‹额定电压:大多数为220v、380v的常用电压。3)小型电机:范围一般为:‹功率范围:0.12~315kW。‹机座号范围:H63~355mm。‹额定电压:在660V及以下,大多数为380V/220V常用电压。4)中型电机:范围一般为:‹功率范围:315~3000kW。‹机座号范围:H355~630mm。‹额定电压:常用的电压等级为6kV和l0kV,少量为3kV。5)大型电机:范围一般为:‹功率范围:2000kW及以上。‹机座号范围:H710mm及以上。‹额定电压:目前常用的电压等级为6.3kV、10.5kV、13.8kV等。1.4.4按产品的结构进行分类按照防护形式可分为封闭型电动机和开启式电动机;电动机的外壳防护形式有很多种类,较常用的有封闭扇冷型(IP54、IP55)和开启式(IP23或IP21)两类。按照安装方式可分为卧式安装和立式安装,以及底脚安装和凸缘安装等。451.4.5按产品的类别或用途进行分类电动机通常是用于驱动各种机械设备的动力源。电动机的种类繁多,按照产品的类别或用途进行分类,有绕线转子式电动机、变极多速电动机、起重冶金专用电动机、电磁制动电动机、盘式制动感应电动机、齿轮减速电动机、摆线针轮减速电动机、电磁调速电动机、交流力矩电动机、振动电动机、井用潜水电动机、开关磁阻电动机、无刷永磁同步电动机、无齿轮永磁同步曳引机等。1.5电动机的主要类型及用途表1-1中列出了电动机的主要种类及其主要用途。应该指出,表1-1中所列电动机种类均为传统意义上的电动机,即这…
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