● 湖南·泰富重工制造有限公司 段 能 龍 樂

散狀物料輸送設(shè)備（通常是指裝卸船機、斗輪機、帶式運輸機、門機等）使用的電機功率大、數(shù)量多，如何對其電機系統(tǒng)的節(jié)能降耗一直是各大港口碼頭、鋼鐵、火力發(fā)電、冶金、水泥等行業(yè)及國家的重要關(guān)注點。

1 電機系統(tǒng)的拖動模型

散狀物料輸送設(shè)備上電機系統(tǒng)的傳統(tǒng)拖動模型通常為：電源（變壓器）→配電→電機控制裝置（斷路器、接觸器、熱繼電器等）→驅(qū)動電機→聯(lián)軸器→減速箱→傳動軸→執(zhí)行機構(gòu)?，F(xiàn)實中，很多電機系統(tǒng)過大考慮了安全余量,致使它們經(jīng)常處于輕載下運行,這種“大馬拉小車”的情況致使電機系統(tǒng)的效率低下，造成了巨大的能源浪費。如能對電機系統(tǒng)的電源、電機控制裝置、驅(qū)動電機這3個環(huán)節(jié)進行節(jié)能控制，提升電機系統(tǒng)的效率，其節(jié)電量是非常可觀的。

2 電機電源節(jié)能分析與措施

電機系統(tǒng)的電源一般為變壓器，它貫穿于電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用電各個環(huán)節(jié)。一般說來，在電壓變換過程中變壓器必然產(chǎn)生有功和無功損耗。

（1）變壓器損耗包括鐵耗和銅耗。鐵耗與鐵芯的材質(zhì)有關(guān)，與負荷大小無關(guān)，其值基本上是固定的；銅耗與變壓器的負載密切相關(guān)，近似與負荷電流的平方成正比。

（2）變壓器的損耗包括有功損耗與無功損耗。變壓器的有功損耗計算公式如下：

式中：ΔP-變壓器有功損耗（kW）；Po－變壓器空載損耗（kW），KT－變壓器負載波動損耗系數(shù)（不同類型的變壓器不同），β－變壓器負載率，Pk－變壓器額定功率負載損耗（kW）。

變壓器的無功損耗計算公式如下：

式中：ΔQ－變壓器無功損耗，QO－變壓器空載勵磁功率（kvar），KT－變壓器負載波動損耗系數(shù)（不同類型的變壓器不同），β－變壓器平均負載率，Qk－變壓器額定負載漏磁功率（kvar）。

式中：ΔW－正常工作日變壓器損耗電能（kWh），W1－正常工作日變壓器輸入電能（kWh）。

（4）變壓器的經(jīng)濟運行。設(shè)計中應(yīng)考慮合適的負載率，當β=50%時變壓器的能耗最小。根據(jù)《變壓器允許過負荷系數(shù)的負荷率最大負荷持續(xù)時間關(guān)系曲線》可求得變壓器的過負荷系數(shù)；在確定變壓器容量時，綜合考慮變壓器的安裝費，配電柜費用以及運營成本，負荷固定，不再考慮變壓器運行當中應(yīng)預(yù)留的使用余量，按85%左右的負荷率選擇變壓器。

（5）綜上分析，電機電源環(huán)節(jié)節(jié)能措施有：采用高效變壓器（采用節(jié)能型變壓器）；合理選擇變壓器容量，減小輕載運行現(xiàn)象；提高變壓器輸出負荷的功率因數(shù)（二次側(cè)加裝無功補償裝置）；考慮到其他綜合因數(shù)，按85%左右的負荷率選擇變壓器。

（3）變壓器的電能利用率公式計算：

3 電機控制裝置節(jié)能分析與措施

通過電機控制裝置實現(xiàn)節(jié)能是電機系統(tǒng)節(jié)能的另一種方式。

電機輸出功率公式：

式中：P-電機輸出功率（kW），T-電機輸出轉(zhuǎn)矩（N*m），n-電機轉(zhuǎn)速（r/min）。

可見電機拖動負載的功率可以用電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積來表示；通過降低電機轉(zhuǎn)速來節(jié)能的實質(zhì)是電動機根據(jù)負載的實際需要提供機械負載，消除不必要浪費，這是電機節(jié)能最重要的一環(huán)。

對于異步電機通過調(diào)速達到節(jié)能目的方法很多。老方法有：改星形-三角形、永磁、調(diào)壓調(diào)速、串電阻調(diào)速等。新方法有：軟啟動、變頻調(diào)速等，在各種調(diào)速節(jié)能中，變頻調(diào)速是異步電動機調(diào)速效果最好、最成熟、最有發(fā)展前途的節(jié)能技術(shù)，最高節(jié)電效率可達40%左右，節(jié)能效果顯著，且利用變頻器節(jié)能與高效節(jié)能電機技術(shù)可以同時運用，并不沖突。且變頻器應(yīng)具有抑制高次諧波的措施，自身輸出負載的功率因數(shù)可達到大于0.95。

根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在不更換驅(qū)動電機的情況下，采用變頻速度就可取得平均節(jié)電30%的效果。從調(diào)速效果看，變頻調(diào)速技術(shù)也是最好的，它的調(diào)速范圍最寬，可達到5%～100%，調(diào)速精度最高，因此在節(jié)能水平、可操作性上，變頻調(diào)速技術(shù)都具備非常好的推廣基礎(chǔ)。另外，特別是交流四象限變頻器，當電機處于發(fā)電狀態(tài)時，能將電機產(chǎn)生的電量回饋到電網(wǎng)，達到節(jié)能的目的。

4 驅(qū)動電機節(jié)能分析與措施

（1）電機的效率是指電機的有功輸出功率與有功輸入功率之比。對一臺電機而言，它的效率值高低直接取決于其負載率；當負載率低于40%時，電機效率迅速下降；當負載率為75%左右時，電機的運行效率最高，所以將70%～80%的負載率稱為有功經(jīng)濟負載率。

（2）電機的功率因數(shù)是指電機輸入端的有功功率與視在功率比，對一臺特定的電動機而言，其功率因數(shù)的大小與電機的負載率有關(guān)。當電機空載時，功率因數(shù)很低，僅0.1～0.2，隨著負載率增加，功率因數(shù)也增大，當負載率在80%以上達到額定負載時，功率因數(shù)達到最佳；因此，應(yīng)盡量避免電機在輕載狀態(tài)下運行。

（3）不同電機效率、功率因數(shù)也不同；通常，同容量的鼠籠式電機的效率、功率因數(shù)均比繞線式電機高；轉(zhuǎn)速高的電機其效率、功率因數(shù)比轉(zhuǎn)速低的高；同一系列的電機容量大的效率、功率因數(shù)比小容量的電機高。因此，要使電機處于經(jīng)濟運行狀態(tài)，必須合理選擇電機的類型、容量，使之與負載機械特性相匹配，運行效率最高。

（4）選用節(jié)能型電機。Y、Y2、Y3系列電機是國內(nèi)目前先進的三相異步電動機新系列產(chǎn)品，其優(yōu)點是效率高、節(jié)能、起動性能好；合理選用電動機類型。散狀物料輸送設(shè)備的電機均要求能24小時運行，需要選擇Y2、Y3系列高效率的三相異步電機。與Y系列相比，效率平均提高3%，損耗降低20%～30%，長期運行，經(jīng)濟性好；合理選用電機的額定容量。避免“負荷過低,大馬拉小車”現(xiàn)象，電機70%～80%的功率匹配機械負載；有條件的用戶，對電機采取合適、正確的無功補償；一般采用就地補償方式，即在電機附近設(shè)置電容器，隨電機一起投入運行或退出。

5 結(jié)束語

電機系統(tǒng)節(jié)能是國家十大重點節(jié)能工程之一，對工業(yè)企業(yè)降低損耗、節(jié)約能源具有重大意義；具體節(jié)能不是幾項措施的簡單累加，而是一種或多種措施的優(yōu)化組合?？傊湍芎?、低污染的低碳經(jīng)濟將是我國未來發(fā)展的必經(jīng)之路。