節(jié)能電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與電力拖動(dòng)存在的問題分析

蒲天旺

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

0 引言

到目前為止，在國內(nèi)電機(jī)拖動(dòng)工程中的節(jié)能技術(shù)主要有高效節(jié)能電動(dòng)機(jī)以及稀土永磁電動(dòng)機(jī)等相關(guān)技術(shù)。其中電機(jī)是由兩大部分組成，首先要明確發(fā)電機(jī)是動(dòng)力設(shè)備的核心部件，因此電力拖動(dòng)是廣泛應(yīng)用于國內(nèi)重工業(yè)部門，為我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要作用，也是當(dāng)前社會(huì)不可或缺的傳動(dòng)方式[1]。由此可以看出電力拖動(dòng)節(jié)能技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實(shí)促進(jìn)作用。

1 當(dāng)前節(jié)能電機(jī)發(fā)展?fàn)顩r

就目前來看，雖然我國經(jīng)濟(jì)在經(jīng)過疫情的檢驗(yàn)過后更加穩(wěn)步向前發(fā)展，工業(yè)總產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到了美、日之和，但是我國的機(jī)電行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平明顯落后于當(dāng)今世界先進(jìn)制造國家，對(duì)此在2015年所頒布的《中國制造2025計(jì)劃》就明確表示要加大研發(fā)綠色產(chǎn)品，淘汰落后機(jī)電產(chǎn)品以及相關(guān)技術(shù)，而在目前我國機(jī)電生產(chǎn)和使用過程主要是遵循兩大標(biāo)準(zhǔn)，但是在實(shí)際管理中由于客觀因素的存在導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)，或者是未達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。工信部提出了相應(yīng)的改革方案，致力于大力推廣節(jié)能技術(shù)和裝備，淘汰規(guī)模龐大的低效機(jī)電設(shè)備。但在當(dāng)前由于歷史原因，我國機(jī)電產(chǎn)品主要還是以三相異步為主，但是在修訂IEC60034-30的過程中著眼于當(dāng)前我國的客觀環(huán)境，因此將其劃分為兩大標(biāo)準(zhǔn)。很明顯這也為未來該行業(yè)的發(fā)展方向指明了前進(jìn)道路，也填補(bǔ)了當(dāng)前GB18163-2012標(biāo)準(zhǔn)中的某些技術(shù)空白，但是著眼于節(jié)能技術(shù)還需要進(jìn)一步研究IE4電機(jī)技術(shù)，不僅能夠滿足國內(nèi)外市場所需，并且也能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。對(duì)此在制定高效機(jī)電產(chǎn)品時(shí)，就需要明確技術(shù)條件，在功率和平均效率上也需要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。比如用高速三相同步電機(jī)，在進(jìn)行技術(shù)探究的過程中，還可以向其他領(lǐng)域方向進(jìn)行拓展，比如在微燃發(fā)電和高速儲(chǔ)能等領(lǐng)域也是大有可為。高轉(zhuǎn)矩低速永磁類型電動(dòng)機(jī)的發(fā)展中，我們可以分為兩個(gè)方向來進(jìn)行看待，比如高轉(zhuǎn)速主要指的是傳動(dòng)系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)矩要大于500Nm，至于低速，主要是指轉(zhuǎn)速每分鐘不超過500r，如果能夠?qū)⒋祟愋偷碾妱?dòng)機(jī)應(yīng)用于球磨機(jī)，不僅可以提高運(yùn)行質(zhì)量，更重要的是平均實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效率要高于平均值10%以上。另外在高性能的永磁類伺服電機(jī)發(fā)展過程中，可以應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，同時(shí)也可以應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備當(dāng)中，比如家具制造以及紡織品等等[2]。另外隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，也進(jìn)一步開發(fā)出了相應(yīng)的產(chǎn)品，比如說H80-H355它的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分別為轉(zhuǎn)數(shù)，可以達(dá)到每分鐘3000r，可調(diào)速范圍在100-5000r/min，它的出現(xiàn)也為我國工業(yè)的發(fā)展注入了一股強(qiáng)心劑。但是為了能夠有效保證電機(jī)節(jié)能的效果達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此就需要不斷的進(jìn)行技術(shù)探索，找出節(jié)能過程當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)，以此不斷推動(dòng)該行業(yè)的快速發(fā)展。

2 節(jié)能機(jī)電的發(fā)展?fàn)顩r

近幾年隨著我國開始向工業(yè)化強(qiáng)國邁進(jìn)，機(jī)電行業(yè)也迎來了快速成長時(shí)期，但由于處于高速發(fā)展階段，因此相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷得以提升。需要采用新型的設(shè)計(jì)方案和工藝以及新材料，通過降低電磁能和熱能以及機(jī)械的損耗，以此提高輸出效率。在節(jié)能效果是極其明顯的，通常情況下能夠高出行業(yè)平均效率接近5%左右。

3 電力拖動(dòng)相關(guān)問題分析

3.1 控制線路問題

在當(dāng)前的機(jī)電產(chǎn)品當(dāng)中，關(guān)于電力拖動(dòng)控制線路所產(chǎn)生的故障問題也是極為常見，但是在詳細(xì)查明原因以后，我們可以將其分為三種類型。其中第一種是屬于突發(fā)型，其原因就在于使用時(shí)間過長，其內(nèi)部的電子元件或者是導(dǎo)線由于長期使用導(dǎo)致升溫或者是熱量過多，進(jìn)而出現(xiàn)冒煙等問題。產(chǎn)生的原因就在于長期使用并沒有進(jìn)行及時(shí)檢修以致于導(dǎo)致線路出現(xiàn)短路，因此這也就告訴我們，在平時(shí)也需要及時(shí)加強(qiáng)檢修不可“帶病”工作。第二種為漸變型，它的故障主要還是在于接線口之間線路接觸不良或者是部分配件出現(xiàn)老化的現(xiàn)象。最后就是間接型故障，但是該類型的故障在平時(shí)也是難以進(jìn)行預(yù)測的，并且在檢修時(shí)難度相對(duì)而言比較大。

3.2 同步電機(jī)問題

首先由于該電機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)而言比較簡單，但是當(dāng)啟動(dòng)處于正常狀態(tài)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場就處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，此時(shí)就能夠產(chǎn)生較為穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。因此我們就可以發(fā)現(xiàn)在同步速度下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，但是主要使用的是50赫茲的交流電源，在啟動(dòng)的同時(shí)有可能會(huì)對(duì)其機(jī)械性造成一定的影響，此外由于轉(zhuǎn)子慣性較大，那么就會(huì)很容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)困難的情況。對(duì)此在保持循環(huán)狀態(tài)時(shí)作為轉(zhuǎn)子就只能夠出現(xiàn)原地?cái)[動(dòng)的情況，其結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致在啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)諸多問題。另外還有一點(diǎn)需要注意該電源頻率轉(zhuǎn)速在保持同步運(yùn)行的狀態(tài)時(shí)，與負(fù)載是沒有任何關(guān)聯(lián)，對(duì)此我們要改變其轉(zhuǎn)速只有使用變頻調(diào)速[3]。

4 解決電力拖動(dòng)的具體方案

首先當(dāng)控制線路出現(xiàn)問題時(shí)，對(duì)此就需要及時(shí)開展檢修工作詳細(xì)辨明故障出現(xiàn)的位置，但由于所出現(xiàn)的問題是多種多樣，由于不能直觀的查明原因就需要采用多種方法進(jìn)行測試，才能夠更為精準(zhǔn)的確定故障的位置，初步判斷其所處的方位大小，在確定范圍以后逐步縮小進(jìn)行排查，最后完成相應(yīng)的檢修流程。對(duì)此在實(shí)踐的過程當(dāng)中就需要首次試驗(yàn)線路，雖然看起來是有些多此一舉，但能夠有效確保故障不會(huì)出現(xiàn)蔓延的態(tài)勢，不會(huì)對(duì)周圍的器械元件產(chǎn)生相應(yīng)的損傷，因此在此前提下進(jìn)行測試是有著明智之舉。為了有效確認(rèn)故障所處的大致范圍，因此就需要及時(shí)進(jìn)行通電檢查，要詳細(xì)查看各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行情況在此之后還需要拖動(dòng)線路，測試周圍設(shè)備是否出現(xiàn)異常，進(jìn)而判斷出線路出現(xiàn)問題的范圍。在初步了解以后就需要按照拖動(dòng)線路的控制原理準(zhǔn)確觀察此過程中所出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，然后再根據(jù)相應(yīng)的流程縮小范圍。因此該方法非常適合于檢修較為復(fù)雜的線路故障，在工作效率和結(jié)果上都是相當(dāng)不錯(cuò)。另外在拖動(dòng)線路時(shí)，還需要使用相應(yīng)的測量工具，以此確保測量結(jié)果準(zhǔn)確無誤，在測量過程當(dāng)中還還需要按照相應(yīng)的流程進(jìn)行操作，對(duì)于如何定位故障點(diǎn)考慮到復(fù)雜程度，對(duì)此就需要開展多點(diǎn)測量再按照流程進(jìn)行的同時(shí)也避免出現(xiàn)測量，對(duì)連接點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的編號(hào)，整個(gè)過程能夠有序從容的開展[4]。比如在使用電壓法進(jìn)行測量時(shí)，就需要選擇使用萬用表在工序開動(dòng)之前要先進(jìn)行調(diào)節(jié)之后需要檢查表針是否處于正確的位置，當(dāng)出現(xiàn)偏離以后要輕輕的進(jìn)行糾正，但是要避免校正過度，從而對(duì)該項(xiàng)設(shè)備造成影響或者是損傷。以后按照相應(yīng)的要求將開關(guān)設(shè)置在對(duì)應(yīng)的量程上，以此保證測量結(jié)果準(zhǔn)確，接下來就需要按照相應(yīng)的標(biāo)號(hào)逐步開啟測量以此排查潛在的故障。并且在此過程中由于是處于帶電狀態(tài)，因此就必須要保證工作人員的人身安全。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于測試故障速度快，方法簡單，準(zhǔn)確度相對(duì)比較高，但由于是帶電工作，因此存在一定的安全性。

5 解決同步電機(jī)啟動(dòng)和調(diào)速的問題

5.1 直接啟動(dòng)方案

電力網(wǎng)由輸電變電以及相應(yīng)的輔助系統(tǒng)組成也是屬于電力系統(tǒng)的一部分，但由于電網(wǎng)的啟動(dòng)是需要負(fù)載無功功率，那么在此過程中必然會(huì)出現(xiàn)線路損耗，顯然這也并不符合綠色節(jié)能技術(shù)的要求。對(duì)此為了保證啟動(dòng)過程的穩(wěn)定性以及符合節(jié)能的要求，那么同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)就成為關(guān)鍵因素，因?yàn)樵趩?dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子沒有加入勵(lì)磁，在此時(shí)就可以通過電動(dòng)機(jī)將其引入到同步轉(zhuǎn)速，但是在接入電網(wǎng)以后為了能夠?qū)崿F(xiàn)降低對(duì)能源消耗，就需要將輔助電動(dòng)機(jī)停運(yùn)。但由于在啟動(dòng)的過程中操作流程相對(duì)比較繁雜，并且也需要兼顧多種突發(fā)狀況，此過程中需要使用到多種設(shè)備因此復(fù)雜性比較高，應(yīng)用范圍相對(duì)比較狹隘。

而異步啟動(dòng)主要是在電動(dòng)機(jī)上安裝異步繞組方式，以此實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)方法相對(duì)簡單便捷，并且也沒有過多繁雜的程序，在轉(zhuǎn)速趨于同步時(shí)就需要將勵(lì)磁電流引入其中，其目的就在于保證電動(dòng)機(jī)和電磁轉(zhuǎn)距實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)行，因此就可以發(fā)現(xiàn)與同步啟動(dòng)相比其優(yōu)點(diǎn)極為明顯，需要設(shè)備上便于操作，并且在此期間可以有效降低安全事故的發(fā)生。在使用此方法啟動(dòng)以后，也不再需要將繞組短路，有效防止單向流量增大有利于減少附加轉(zhuǎn)拒。

5.2 變頻調(diào)速

當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率處于一致時(shí)，可以保持處于穩(wěn)定狀態(tài)但是和負(fù)載沒有任何關(guān)系。就目前來看可供選擇的節(jié)能方案可以分為自控和他控兩種，前者由于在啟動(dòng)過程中因?yàn)檗D(zhuǎn)子帶來的震蕩等因素從而造成的一定的安全問題，因此在系統(tǒng)當(dāng)中安裝軸端檢測器可以利用其所發(fā)出的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子能夠?qū)崿F(xiàn)同步，有助于減少和消除在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所出現(xiàn)的能量沖擊問題。在使用上可以使用“交、交”或者“交、直、交”模式。此外在使用逆變器以及轉(zhuǎn)子檢測器也能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的節(jié)能增效。而他控系統(tǒng)在節(jié)能方案上相對(duì)比較單一，只能夠選擇“交、直、交”作為調(diào)速系統(tǒng)的唯一裝置，但是從結(jié)構(gòu)上來看，和自控相比較簡單，并且操作起來也是極為簡便但唯一的缺陷就在于效率低。但由于調(diào)速方式有可能存在轉(zhuǎn)子失步等諸多問題，因此在安全性上相比于自控系統(tǒng)要弱了很多，對(duì)此也就導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用普遍比較低。

6 結(jié)論

綜上所述，使用電力拖動(dòng)方式控制電機(jī)傳定，不僅便于控制同時(shí)也能夠提高節(jié)能效率，同時(shí)還能減少對(duì)環(huán)境的污染[5]。此外由于完全符合節(jié)能減排的目標(biāo)，對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)比較少該方案已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。在此過程中還需要合理的解決常見的拖動(dòng)問題，以此降低能源消耗，對(duì)于行業(yè)的持續(xù)發(fā)展有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)此作為行業(yè)的技術(shù)人員，就應(yīng)當(dāng)及時(shí)了解當(dāng)前節(jié)能電機(jī)的廣闊市場應(yīng)用空間，還需要找出發(fā)展中所出現(xiàn)的問題采取合理的措施予以解決，加快我國電力行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)我國的健康、可持續(xù)發(fā)展。