鄒教彬

(青海銅業(yè)有限責任公司，青海西寧 810008）

淺談電機系統(tǒng)的選用

鄒教彬

(青海銅業(yè)有限責任公司，青海西寧 810008）

在介紹電機能效及我國高效電機發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，主要對電機系統(tǒng)的基本要求、電動機選用的基本原則、不調(diào)速電動機的選用、調(diào)速電動機的選用以及電動機主要的調(diào)速方式進行了分析探討。

電機能效；高效電機；電動機；選用

0 引言

節(jié)能減排在當今世界是一個無法回避的話題，其影響著世界經(jīng)濟的發(fā)展。作為節(jié)能減排重點的工業(yè)領域，其中電機系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大，全球主要發(fā)達國家都將提高電機能效作為重要的節(jié)能措施。

1 電機能效

我國2006年發(fā)布了電機能效標準(GB18613—2006），近年來參照IEC標準組織進行了修訂，新標準(GB18613—2012）于2012年9月1日正式實施。按照國家新標準，高效電機是指達到或優(yōu)于GB18613—2012標準中節(jié)能評價值的電機。

電機能效標準如表1所示。

表1 世界主要國家電機能效對照表

2 高效電機

高效電機出現(xiàn)在20世紀70年代第一次能源危機時，與一般電動機相比，其損耗下降約20%左右。由于能源供應的持續(xù)緊張，近年又出現(xiàn)了所謂超高效率電機，其損耗又比高效電機下降15%～20%。這些電機的功率等級與安裝尺寸關系以及其他性能要求則與一般電動機相同。

我國目前廣泛應用的Y系列電動機效率平均值為87.3%；高效電機的效率平均值為90.3%，超高效率電機其效率平均值為91.7%。

我國高效電機發(fā)展現(xiàn)狀:

(1）2003年Y3系列電機。從2002年底起淘汰熱疊軋工藝，停止生產(chǎn)熱軋硅鋼片，設計了“以冷帶熱”的Y3系列電機。該系列電機采用冷軋硅鋼，全系列基本滿足GB18613能效限值標準。

(2）2005年高效電機(IE2）——YX3系列電機。中小型電機中滿足GB18613節(jié)能評價值即中國2級、IE2級的高效電機。從導磁材料選擇、沖片研究、通風改善等方面改進，效率平均提高2.76%。

(3）2010年超高效率電機(IE3）——YE3電機。針對美國2011年將在全球率先強制推行超高效率標準電機，由國內(nèi)電科所牽頭，研制開發(fā)超高效率電機系列產(chǎn)品。該電機損耗值比高效電機降低20%。

(4）2012年超超高效電機(IE4）——YE4電機。針對新國標GB18613—2012要求，由國內(nèi)廠家開始試制。

3 電機系統(tǒng)

電機系統(tǒng)是指由控制裝置、電動機及其拖動的負載機械和管網(wǎng)等設備組成的系統(tǒng)。

3.1 電機系統(tǒng)的基本要求

對供電電源質量的要求:(1）電源電壓與額定電壓的偏差范圍為-5%～5%。(2）三相電壓系統(tǒng)負序分量不超過正序分量的1%(長期運行），或不超過1.5%(不超過幾分鐘的短時運行），且零序分量不超過正序分量的1%。(3）電源頻率偏差不超過額定頻率的±1%。

對電機系統(tǒng)功率因數(shù)的要求:應根據(jù)電機系統(tǒng)運行方式合理實施無功補償，補償后設計工況下功率因數(shù)應不低于0.9。

3.2 電動機選用的基本原則

(1）匹配:電動機應與被拖動機械的負載特性相匹配。在滿足負載要求的前提下，經(jīng)濟合理地確定電動機的額定功率和類型。

(2）電壓:電動機的額定電壓應根據(jù)其額定功率和所在系統(tǒng)的配電電壓或供電電源的輸出電壓選定。

(3）環(huán)境:根據(jù)工作場所的環(huán)境條件，選擇相應防爆型式、外殼防護等級和絕緣等級的電動機。

(4）質量:電動機的一般性能、安全性能、防爆性能以及噪聲和振動要求應符合相關標準。

(5）連接:電動機與被拖動負載的轉軸宜采用聯(lián)軸器直接連接。

(6）起動:起動方式應符合GB50055的規(guī)定。大功率、高電壓三相同步電動機宜采用無換向器同步電動機方式進行起動。

(7）轉矩:堵轉轉矩、最大轉矩、最小轉矩、轉速及其調(diào)節(jié)范圍等，應滿足所拖動的負載在各種運行方式下的要求。

(8）特殊要求:在有頻繁起動、高起動轉矩和沖擊負載等特殊要求時，可選用相應的專用電動機并進行轉矩校驗。

(9）變化負載:對于有規(guī)律變化的負載，應根據(jù)其工作制和定額，按GB755選擇相應工作制類型與定額的電動機。

(10）調(diào)速負載:對于需要調(diào)速的負載，宜根據(jù)調(diào)速范圍、效率及長期經(jīng)濟效益等因素，選擇適合于調(diào)速方式的電動機。

3.3 不調(diào)速電動機的選用

(1）類型的選擇。中小容量的機械負載，當起動、制動比較頻繁，要求起動、制動轉矩較大時，應選用堵轉轉矩大、堵轉電流較小的籠型三相異步電動機。在堵轉轉矩不能滿足要求時，可選用高轉差式三相異步電動機或繞線轉子三相異步電動機。對于拖動風機、泵、壓縮機的高壓大功率電動機，當在技術經(jīng)濟上合理時，宜選用三相同步電動機。

(2）額定功率的選擇。應使電動機的平均負載率不低于60%。平均負載率低于50%時，在改建和擴建設計中應更換成較小額定功率的電動機。額定功率大于250 kW時，宜優(yōu)先選用高壓三相交流電動機。連續(xù)運行、穩(wěn)定負載時，其額定功率應大于負載軸功率。對于變工況連續(xù)工作，應求出平均等效功率，電動機的額定功率應大于等效功率，并應對起動性能和過載能力進行校核。對于短時或斷續(xù)工作，宜選用相應工作制的電動機，并使電動機額定功率略大于負載的功率。也可選用連續(xù)工作制電動機來替代，電動機的額定功率應略大于等效功率，并應對電動機的起動和過載能力進行校核。

3.4 調(diào)速電動機的選用

(1）類型的選擇。電動機的結構和性能應適合于變速運行要求。在采用變頻調(diào)速裝置進行調(diào)速時，應選擇適合于變頻調(diào)速裝置供電的電動機。在采用內(nèi)反饋串級調(diào)速裝置進行調(diào)速時，應采用定子有兩套繞組的繞線轉子三相異步電動機。機械負載只要求有兩種或三種轉速時，可采用雙速或三速三相異步電動機。

(2）額定功率的選擇。在負載對起動、制動和過載能力沒有特殊要求時，電動機的額定功率應等于或略大于負載軸功率。對于頻繁起動、制動，或者要求有較高短時過載能力的負載，應在滿足最大轉矩和起動轉矩要求的前提下，選擇電動機的額定功率。一般宜使電動機的額定功率大于負載軸功率。

3.5 主要調(diào)速方式

電機系統(tǒng)進行調(diào)速設計時，應根據(jù)負載的類型、風機或泵或空氣壓縮機的特性、調(diào)速范圍、起動轉矩、年負荷曲線等要求，考慮壽命周期成本。根據(jù)壽命周期成本分析，作出不同方案的技術經(jīng)濟分析比較，選擇壽命周期成本最低的方案。廠房布置、電氣布線、繼電保護等應符合電機系統(tǒng)調(diào)速設計的要求。

(1）變頻調(diào)速:是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器。

(2）變極調(diào)速:是通過改變定子繞組極對數(shù)即改變定子繞組接線方式來改變旋轉磁場同步轉速進行調(diào)速的，是一種無附加轉差損耗的高效調(diào)速方式。通常雙速電動機的定子是單繞組，三速和四速電動機是雙繞組。

(3）串級調(diào)速:是在繞線式電動機轉子回路中串入一個與轉子電動勢相反的附加電動勢，可減少轉子電流，降低轉子的轉矩，同時可將電動機在調(diào)速時所產(chǎn)生的轉差功率送回電網(wǎng)以實現(xiàn)平滑調(diào)速和節(jié)電。

(4）開關磁阻調(diào)速:由電動機和控制器組成，電動機內(nèi)安裝有位置傳感器，控制器由功率電路和控制電路等單元組成。

4 結語

青海銅業(yè)有限責任公司采用高效、超高效電機，不僅降低了損耗，提高了能源使用效率，而且實現(xiàn)了節(jié)能減排，改善了大氣環(huán)境，獲得了較好的經(jīng)濟效益與社會效益。

青海省123科技支撐計劃項目，項目編號:2012-G-157A

2014-10-10

鄒教彬(1969—），男，湖北人，電氣工程師，研究方向:電氣自動化及儀表控制。