电动机节电技术-204页PPT资料

第二章电动机的节电技术本章主要内容：1、生产机械的负荷曲线2、电动机的能量损耗3、电动机的特性曲线4、电动机的合理选用5、电动机的经济运行第二章电动机的节电技术6、电动机无功功率就地补偿技术7、电动机调速节能技术8、绕线式异步电动机同步运行技术9、电动机的节能改造。第二章电动机的节电技术引用标准：GB/T3485-2019《评价企业合理用电技术导则》GB/T755.2-2019《旋转电机确定损耗和效率的试验方法》GB/T1032-2019《三相异步电动机试验方法》GB/T12497-2019《三相异步电动机经济运行》GB/T156-2019《标准电压》第二章电动机的节电技术GB18613-2019《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》GB/T4942.1-2019《旋转电机整体结构的防护等级》GB755-2019《旋转电机定额和性能》GB/T997-2019《旋转电机结构型式、安装型式及接线盒位置的分类》第二章电动机的节电技术电动机是最大的电力消费用户，消耗了总电量的60%以上，其中三相异步电动机，占电动机总容量的80%-90%，使用的面广，对生产的影响很大。为掌握电动机的节电技术，必须了解生产机械的负荷曲线，掌握电动机的基本知识。第二章电动机的节电技术第一节生产机械的负荷曲线一、生产机械的负荷曲线⑴定义：生产机械所消耗的有功功率随时间而变化的曲线称为生产机械的负荷曲线。⑵出处：该曲线是根据测定数据绘制出来的。第二章电动机的节电技术⑶根据测定部位不同，曲线分为3类：①生产机械的电动机输入功率负荷曲线②生产机械的电动机输出功率负荷曲线③生产机械固有的负荷曲线。⑷特点：生产机械固有的负荷曲线与生产机械的电动机输出功率负荷曲线完全相同。第二章电动机的节电技术二、生产机械的负荷曲线分类第二章电动机的节电技术第二节电动机的能量损耗一、电动机能量损耗种类当电动机将输入的电能转换为机械能输出时，总是要产生一定的能量损耗。GB/T755.2-2019《旋转电机(牵引电机除外)确定损耗和效率的试验方法》中规定：第二章电动机的节电技术电动机能量损耗：3种1、恒定损耗2、负载损耗3、负载杂散损耗第二章电动机的节电技术1、恒定损耗（3种）：①磁路中的铁耗（主磁场在电动机铁心中交变而引起的涡流损耗和磁滞损耗）以及其他金属件中的空载杂散损耗。第二章电动机的节电技术②摩擦耗(轴承、运行时不提升的电刷)，但不包括独立润滑系统中的损耗。公用轴承，不论是否随机供给，应单独列出其损耗。注:如需要独立润滑系统中的损耗，则应单独列出。第二章电动机的节电技术③总风耗，包括与电机成为一体的风扇以及辅机(如有)所消耗的功率。其它与电机并不成为一体的辅机，如风机、水泵、油泵的损耗。虽然专供此电机使用仅在协议有规定才计入作为损耗。注：如需要独立通风系统的损耗，应单独列出。第二章电动机的节电技术2、负载损耗（3种）：①初级绕组的I2R损耗（铜耗）；②次级绕组的I2R损耗（铜耗）；③电刷中的电损耗(如有)。铜耗：电动机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，约占总损耗的20%-70%。第二章电动机的节电技术3、负载杂散损耗（2种）：①由于负载而在铁心以及导线以外的其他金属件中引起的损耗。②初级、次级绕组导线中由于与电流有关的磁通脉动所引起的涡流损耗。注：1、①和②项中的损耗有时称为杂散损耗，但不包括空载杂散损耗第二章电动机的节电技术2、对于由主轴拖动的进相机等辅助电机，其损耗可用与同步电机的励磁机损耗同样方法计算，单独驱动的进相机或调控设备的损耗应根据主电机的额定情况单独列出，这些损耗可根据有关设备的标准试验方法确定。第二章电动机的节电技术二、有效降低电动机损耗措施减少电动机损耗应该着眼于主要损耗分量的下降。对于小功率电机：铜耗占主要比例，应该从适当增加有效材料使用，增大导线截面来降低绕组电阻，达到降低损耗，提高效率的目的。第二章电动机的节电技术对于较大功率电动机：主要损耗在机械损耗及杂散损耗上，应该通过各种措施减少通风系统损失和杂散损耗。降耗的主要措施：（主要是指从设计、材料、制造工艺方面来实现的）第二章电动机的节电技术1、降低铜耗降低定子铜耗：①增加导线截面积；②减小定子电流；③缩短绕组端头长度；④采用耐高温、较薄绝缘材料，提高绕组槽满率（填充系数）。第二章电动机的节电技术降低转子铜耗：①增加导线截面积和转子端环尺寸；②减小转子电流；③改进转子导体铸造方法，提高转子导条及端环导电率。第二章电动机的节电技术2、降低铁耗①增加铁心长度②采用低损耗铁心材料，如冷轧硅钢片③采用较薄的硅钢片④降低磁通密度第二章电动机的节电技术3、降低机械损耗①改进风扇设计，提高风扇效率；②采用低损耗的冷却风扇；③采用优质、低摩擦轴承；④采用低损耗（摩擦系数小、性能好）润滑脂；⑤安装良好，同心度高。第二章电动机的节电技术4、减少杂散损耗①选择合适的绕组型式和节距②选择合适的槽配合和转子槽斜度③选择最佳气隙长度④转子槽特殊绝缘处理⑤改进转子表面切削加工方法第二章电动机的节电技术三、电网质量对电动机损耗的影响由于电网质量原因，如：电压波动、频率下降或上升以及网内高次谐波的注入，都会造成三相异步电动机损耗增加。第二章电动机的节电技术⑴对铁心损耗的影响⑵对机械损耗的影响⑶对转子铜耗影响⑷对杂散损耗的影响2'11NfwfwssPP22'2'211SSUUPPNNCuCu22''11SSUUPPNNss2''NFeFeUUPP1、电压波动对各种损耗的影响第二章电动机的节电技术由于负载存在着不对称，而使电网电压也呈不对称运行。其不对称的程度可用三相电压不平衡度来表示：%100三相平均电压最小电压最大电压三相电压不平衡度2、三相电压不对称对损耗的影响第二章电动机的节电技术利用对称分量法，不对称电源电压可分解成正序分量、负序分量。在电路中，很小的负序电压分量也将会引起相当大的负序电流。如负序分量电压为5%，其负序电流将达到20%～30%的额定电流。第二章电动机的节电技术负序电压将产生负序磁场，负序磁场将产生制动转矩。为克服该制动转矩，将吸收一定的机械功率（输入的），变为转子的铜耗，使过载能力下降，并产生局部过热危险。同时还引起铁损和杂散损耗的增加，使效率下降。第二章电动机的节电技术如有3.5%的不平衡电压加在电动机上，将使电动机总损耗增加20%，效率下降3%～4%。电动机在不对称电压下运行时其性能恶化，过载能力下降，效率下降，并有局部过热的危险。第二章电动机的节电技术GB755-2019《旋转电机_定额和性能》规定：三相交流电动机应能在三相电压系统的电压负序分量不超过正序分量的1%(长期运行)，或不超过1.5%(不超过几分钟的短时运行)且零序分量不超过正序分量1%的条件下运行。第二章电动机的节电技术⑴对铁心损耗的影响⑵对机械损耗的影响⑶对转子铜耗影响⑷对杂散损耗的影响2'2'211ssffPPNNCuCu2''NfwfwffPP2''11ssffPPNNss''ffPPNFeFe3、电网频率对损耗的影响第二章电动机的节电技术高次谐波电流进入电动机后，将产生频率较高的旋转磁场，使杂散损耗剧增，使齿、槽楔局部过热，甚至烧坏电动机。4、高次谐波电流对损耗的影响第二章电动机的节电技术第三节电动机的特性曲线一、电动机的效率曲线二、电动机的功率因数曲线三、电动机特性曲线分析第二章电动机的节电技术一、电动机的效率曲线1、电动机效率：电动机的有功输出功率与有功输入功率之比，用百分数表示，即%10012PPP1:电动机有功输入功率，kW；P2:电动机有功输出功率，kW；：电动机的效率。第二章电动机的节电技术电动机的效率分类：①额定效率：指输出功率为额定值时的效率。②运行效率：指电动机拖动某负载运行时的工作效率。③最高效率：指电动机可能达到的最高运行效率，即电动机效率曲线最高点的数值。Nm第二章电动机的节电技术2、电动机的有功功率损耗：02011PPPPNN%1002NPP∑P：电动机有功功率损耗，kW；P0：电动机空载损耗，kW；PN：电动机额定功率，kW；β：电动机负载率。第二章电动机的节电技术3、效率公式电动机的输入功率为：可将效率公式改写为：PPP21%10011%100%10002012PPPPPPPPPPNNNNNN第二章电动机的节电技术电动机效率曲线：电动机效率随负载率β而变化的曲线。第二章电动机的节电技术二、电动机的功率因数曲线电动机的功率因数是指电动机输入端的有功功率与视在功率之比0202211113cosQtgPQQQPIUSSPNNNcosφ：电动机的功率因数S：电动机视在功率，kVAU1:电动机输入端线电压，kV；I1:电动机输入端线电流，A；Q：电动机的无功功率，kvar；Q0:电动机空载时的无功功率，kvar；tgφN：额定功率时功率因数角φN的正切值。由上式可得：由上式可知，cosφ与Q0、P0、PN、ηN、tgφN及β有关。对于一台特定的电动机cosφ的大小与β有关。第二章电动机的节电技术202020200201111cosQtgPQPPPPPPPPNNNNNNNNN第二章电动机的节电技术电动机功率因数曲线：电动机的功率因数随负载率β而变化的曲线。三、电动机特性曲线分析1、电动机的效率曲线具有较宽的高效率区域，只有当负载率低于40%时，效率才迅速下降。电动机运行时只要负载率不太低，电动机效率一般是较高的。第二章电动机的节电技术2、效率曲线的最高点为电动机的最高运行效率，其对应的负载率为有功经济负载率，用βj表示。βj一般在0.6~0.8之间。3、电动机空载时功率因数很低，在0.1~0.2之间。随着负载增加，功率因数也增大，当β为0.8以上时，功率因数达到最佳。第二章电动机的节电技术第四节电动机的合理选用一、选用电动机的原则及步骤1、选用电动机的原则⑴根据负载曲起动特性及运行特性，选出最适于这些特性的电动机，满足生产机械工作过程中的各种要求。第二章电动机的节电技术⑵选择具有与使用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式的电动机，在结构上应能适合电动机所处环境条件。第二章电动机的节电技术⑶计算相确定合适的电动机容量。通常设计制造的电动机，在75%~100%额定负载率时，效率最高。因此应使设备需求的容量与被选电机的容量差值为最小，使电机的功率被充分利用。第二章电动机的节电技术⑷选择可靠性高、便于维护的电动机。⑸考虑到互换性，尽量选择标准电动机。⑹为使整个系统高效率运行，要综合考虑电机的极数及电压等级。第二章电动机的节电技术2、选用电动机的主要步骤⑴根据生产机械性能的要求，选择电动机的种类。⑵根据电源的情况，选择电动机额定电压。第二章电动机的节电技术⑶根据生产机械所要求的转速以及传动设备的情况，选择电动机额定转速。⑷根据电动机和生产机械安装的位置和场所环境，选择电动机的结构及防护型式。⑸根据生产机械所需要的功率和电动机的运行方式，选择电动机的额定功率。第二章电动机的节电技术3、选择电动机时有关电气性能和机械性能分类在选用电动机时，需要考虑电气和机械等分类内容。详见书P15第二章电动机的节电技术二、有关三相异步电动机选择的规定电动机的合理选择，是确保电动机经济运行的先决条件。GB/T12497-2019《三相异步电动机经济运行》对电动机类型的选型，额定功率选择，工作电压选择，转速选择，转矩选择，电动机安装作了相应的规定。第二章电动机的节电技术㈠电动机类型的选择选择电动机的种类，必须从技术和经济