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    三相異步電動機損耗、效率和負(fù)載率分析

    2014-02-07 01:11:23陳黎明
    冶金動力 2014年11期
    關(guān)鍵詞:額定功率節(jié)電三相

    陳黎明

    (馬鋼電氣修造有限公司,安徽馬鞍山243000)

    三相異步電動機損耗、效率和負(fù)載率分析

    陳黎明

    (馬鋼電氣修造有限公司,安徽馬鞍山243000)

    對三相異步電動機在不同負(fù)載率下的損耗和效率進(jìn)行了分析,敘述了電動機是否經(jīng)濟(jì)運行的判別方法,以計算實例論證了電動機匹配性更換與高效再制造的節(jié)能效果。

    損耗;效率;負(fù)載率;固定損耗;可變損耗

    1 前言

    電動機是風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種設(shè)備的驅(qū)動裝置,廣泛應(yīng)用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設(shè)施等多個行業(yè)和領(lǐng)域,是用電量最大的耗電機械。據(jù)統(tǒng)計測算,2011年,我國電機保有量約17億kW,總耗電量約3萬億kW·h,占全社會總用電量的64%,其中工業(yè)領(lǐng)域電機總用電量為2.6萬億kW·h,約占工業(yè)用電的75%。近年來在國家政策的支持下,我國電機能效水平逐步提高,但總體能效水平仍然較低,因此更換與負(fù)載相匹配的高效電動機或進(jìn)行電動機高效再制造在越來越多的工業(yè)企業(yè)開展起來。但如何有效地開展電動機更換或改造以取得較好的經(jīng)濟(jì)效℃,首先我們必須對電動機各種損耗和效率進(jìn)行分析。

    2 三相異步電動機的損耗與效率

    對三相異步電動機,總損耗∑P可表示為:

    式中,Pcu1——定子繞組中電流通過所產(chǎn)生的銅耗;

    Pcu2——轉(zhuǎn)子繞組中電流通過所產(chǎn)生的銅(鋁)耗;

    PFe——鐵芯中磁場所產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗;

    PFw——由于風(fēng)扇和軸承轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的通風(fēng)和摩擦損耗;

    Ps——由于氣隙磁場多次諧波產(chǎn)生的負(fù)載雜散損耗。

    電動機效率?可表示為:

    式中,P2——電動機輸出功率;

    P1——電動機輸入功率。

    對電動機各種損耗進(jìn)一步分析可以看出:PFe是與電源電壓有關(guān)的損耗,PFw是與電機轉(zhuǎn)速有關(guān)的損耗,而交流電動機一般電源電壓和轉(zhuǎn)速是不變的,因此該部分損耗又稱為固定損耗P0,P0=PFe+PFw;Pcu1、Pcu2、Ps是隨負(fù)載的變化而改變的損耗,該部分損耗稱為可變損耗Pr,Pr=Pcu1+Pcu2+Ps;可變損耗Pr隨著負(fù)載電流I2或負(fù)載率β2關(guān)系而改變(其中負(fù)載率β=P2/PN,PN為電機額定功率)。因此電動機總損耗∑P又可以表示為∑P=P0+Pr。

    3 電動機功率、效率與損耗、負(fù)載率的關(guān)系

    對電動機,輸入輸出功率有如下關(guān)系式:

    式中,PrN為額定功率下可變損耗,即額定可變損耗:PrN=ΣPN-P0,ΣPN為額定功率下總損耗:ΣPN=PN(1/?N-1)。

    代入整理可得電動機損耗、功率、效率和負(fù)載率之間的關(guān)系:

    4 計算實例

    一臺負(fù)載為100 kW的設(shè)備由180 kW電機驅(qū)動,有“大馬拉小車”的現(xiàn)象存在,現(xiàn)欲更換為115 kW電機,以改變這種現(xiàn)象。通過計算,我們看是否能達(dá)到節(jié)能的目的。

    原電機JS117-4,180 kW,查其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(實際產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)與之差別不大):Pcu1=4.76 kW,Pal2= 2.87 kW,PFe=2.96 kW,Ps=1.26 kW,PFw=1.44 kW,?N=93.14%

    (異步電動機最高效率點不一定在額定工作狀態(tài))

    如更換為115 kW電機,其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)為:Pcu1= 4.34 kW,Pal2=2.26 kW,PFe=2.04 kW,Ps=0.806 kW,PFw=0.92 kW,?N=91.7%

    可見更換后電機的損耗反而比不換更大,起不到節(jié)能的效果。

    如果負(fù)載為50 kW,將180 kW換成115 kW電機,則:

    這種負(fù)載情況下,更換電動機可實現(xiàn)節(jié)電2.05 kW,并且效率有所提高。

    由以上電動機功率、損耗、效率與負(fù)載率之間的關(guān)系及計算實例可以看出,解決電機“大馬拉小車”現(xiàn)象以取得節(jié)能效果,不是簡單地提高負(fù)載率能實現(xiàn)的,因為負(fù)載率的提高使電機固定損耗降低(額定功率下降,鐵損必然降低),但可變損耗將增大,其結(jié)果可能會造成損耗更大、效率更低。在負(fù)載不變情況下,由電機節(jié)約電能的計算公式△P=P(1/?1-1/?2)可知,要實現(xiàn)電動機的節(jié)能降耗,關(guān)鍵是提高電機的效率,即更換高效電機或進(jìn)行電機高效再制造。但上述分析也表示,有時更換與負(fù)載更匹配的電動機也能起到節(jié)電的效果,這就有必要對電動機是否處于經(jīng)濟(jì)運行進(jìn)行判別,具體可按照《三相異步電動機經(jīng)濟(jì)運行》(GB/T12497-2006)標(biāo)準(zhǔn)。在實際工作中,可用輸入電流和額定電流之比來進(jìn)行判斷:工作電流低于額定電流的15%以內(nèi)屬經(jīng)濟(jì)使用范圍,一般改造或更換節(jié)電效果不大;15%~35%以內(nèi)屬允許使用范圍,有一定的改造或更換價值;低于35%屬于非經(jīng)濟(jì)使用范圍,有較大的節(jié)電空間和經(jīng)濟(jì)效℃。

    5 結(jié)束語

    高效電機的使用及電機高效再制造工作正在推行過程中,電機效率提高幾個百分點就會取得良好的節(jié)電效℃。但開展這個節(jié)電項目時必須對電動機的損耗、效率與負(fù)載率的關(guān)系以及電動機運行的實際工況有一個綜合的分析與判斷,以取得較短的投資回收期和良好的經(jīng)濟(jì)效℃。

    Analysis of the Wear and Tear,Efficiency and Load Factor of Three-phase Asynchronous Motors

    CHEN Liming
    (Masteel Electrical Equipment Manufacturing and Repair Company,Maanshan,Anhui 243000,China)

    The wear and tear and efficiency of three-phase asynchronous motors under different load factors are analyzed,the methods for determining the operating economy of motors are described and the energy saving performance of motor matching replacement and high-efficiency reconstruction are demonstrated through case calculations.

    wear and tear;efficiency;load factor;fixed loss;changeable loss

    TM3

    B

    1006-6764(2014)11-0004-02

    2014-08-05

    陳黎明(1964-),男,1986年畢業(yè)于西安交通大學(xué),高級工程師,現(xiàn)從事電氣設(shè)備檢修和管理工作。

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