陳梓銘
摘 要:隨著我國(guó)電機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展,磁懸浮電機(jī)也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。但是由于我國(guó)磁懸浮電機(jī)技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短,部分企業(yè)的磁懸浮電機(jī)運(yùn)行效率較低,造成了大量的資源浪費(fèi)。對(duì)此,本文從磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的角度出發(fā),分析了磁懸浮電機(jī)節(jié)能的原理,同時(shí)從多個(gè)方面提出了磁懸浮電機(jī)節(jié)能的方法。期望通過(guò)本文的研究,能夠?yàn)槲覈?guó)企業(yè)機(jī)電節(jié)能降本提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞:磁懸浮電機(jī);節(jié)能降本技術(shù);降本技術(shù);變頻節(jié)能降本
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.164
1 引言
中國(guó)是能源相對(duì)缺乏的國(guó)家,目前,各種設(shè)施的節(jié)能降本是每一個(gè)生產(chǎn)型企業(yè)的重要課題。對(duì)于磁懸浮電機(jī)方面而言,由于我國(guó)技術(shù)較為薄弱,檢測(cè)生產(chǎn)成本的方法落后,缺乏相應(yīng)的管理手段,以及節(jié)能降本意識(shí)不強(qiáng)等其他原因。導(dǎo)致了電機(jī)功耗大以及運(yùn)行效率較低的問(wèn)題。在這種情況下,充分的開(kāi)發(fā)磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的潛能從而找到一個(gè)有效的降本點(diǎn),對(duì)于我國(guó)磁懸浮電機(jī)行業(yè)的發(fā)展而言是重中之重。
2 磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的相關(guān)因素分析
電機(jī)的效率能夠通過(guò)電流效率曲線反映出來(lái),一般而言,其特性隨電流的變化而變化。對(duì)此,我們通過(guò)對(duì)Y系列電機(jī)的分析,可以得知不同類型的電動(dòng)機(jī)在額定工況下效率不同,并且其電阻的最大值也不相同這一結(jié)論。電動(dòng)機(jī)的效率S關(guān)系式如下所示:
式中,S為電機(jī)運(yùn)行總效率;
P1為電機(jī)輸出總功率;
P2為電機(jī)輸入總功率;
P3為電機(jī)的各負(fù)載類型消耗總額。
當(dāng)電機(jī)的總輸出功率P1=0時(shí),電機(jī)總效率也為0,隨著電流增加,電機(jī)的工作效率會(huì)不斷增加,但是增加幅度會(huì)有明顯的下降,直到最大值。在電機(jī)的負(fù)載P3值增加較為緩慢時(shí),效率曲線會(huì)保持較快的增長(zhǎng)速度,但是隨著負(fù)載值的增加,S也會(huì)相應(yīng)降低,造成曲線的上升速度下降。綜上所述,進(jìn)行磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的技術(shù)最有效的方法就是從降低電機(jī)的負(fù)載消耗方面入手。
3 磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本技術(shù)分析
3.1 電機(jī)類型的選擇
根據(jù)磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的需求,需要以效率較高電機(jī)來(lái)進(jìn)行電力的提供,從而降低所選電機(jī)的浮力,避免出現(xiàn)“大材小用”的情況,讓電機(jī)的實(shí)際負(fù)載率維持在75%左右。例如,我國(guó)設(shè)計(jì)的Y型以及Z型磁懸浮電動(dòng)機(jī)相對(duì)于老式系列的JO電機(jī)具有更高的效率。一般來(lái)說(shuō),普通電機(jī)的損耗為輸入功率在5% -25%之間,平均損耗為13%,但是Y系列在效率上比JO型電機(jī)高出了超過(guò)1%的效率,Z型電機(jī)的平均效率在其他條件相同的情況下比Y系列電機(jī)還要高出3%。為了減少銅和鐵在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的損耗,使用低損耗和導(dǎo)磁率較高的磁性材料是十分有效的辦法。除此之外,還可以改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造工藝來(lái)減少雜散的損失。雖然在短期內(nèi)會(huì)增加30%左右的電機(jī)制造成本,但是從長(zhǎng)期運(yùn)行和高負(fù)載率的情況下進(jìn)行考慮,進(jìn)行這種前期的投資是較為劃算的。由于轉(zhuǎn)子效率的差異,鼠籠電機(jī)優(yōu)于直線電機(jī);由于功率因數(shù)的不同,高速電機(jī)優(yōu)于低速電機(jī);當(dāng)電壓等級(jí)不同時(shí),高壓電機(jī)優(yōu)于低壓電機(jī)。
3.2 “無(wú)功補(bǔ)償”方法的運(yùn)用
磁懸浮電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)與負(fù)載呈反比關(guān)系,在額定負(fù)載數(shù)值提高時(shí),負(fù)載功率因數(shù)數(shù)值就會(huì)下降,其數(shù)值通常在0.2~0.85之間。在磁懸浮電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中,會(huì)從電網(wǎng)中吸收大量的感應(yīng)無(wú)功功率,從而使功率因數(shù)降低,造成系統(tǒng)效率降低的情況。這種時(shí)候,可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。最為常見(jiàn)的方法就是無(wú)功補(bǔ)償,在保證磁懸浮電機(jī)能夠正常運(yùn)行的情況下,提高電流線路的效率數(shù)值,減少電阻來(lái)降低變壓器的消耗。目前,無(wú)功補(bǔ)償方法主要有以下幾種:
(1)進(jìn)行電容器的相互并聯(lián)。將于電機(jī)的出口端并連接到電容器上。在電容器沒(méi)有得到電流補(bǔ)償前將電流滯后,在接入電容器得到補(bǔ)償后,輸出端適當(dāng)?shù)碾娙菘梢栽黾哟艖腋‰妱?dòng)機(jī)的功率因數(shù)。由于電機(jī)的端電壓沒(méi)有發(fā)生變化,不會(huì)對(duì)電機(jī)的正常運(yùn)行造成影響,電容器本身消耗的功率可以忽略不計(jì)。(2)大容量繞線轉(zhuǎn)子磁懸浮電動(dòng)機(jī)可同步運(yùn)行。(3)安裝功率因數(shù)靜態(tài)補(bǔ)償器,主要由交流濾波器和感應(yīng)無(wú)功設(shè)備組成,容量可連續(xù)調(diào)節(jié)。改進(jìn)電網(wǎng)功率因數(shù),降低系統(tǒng)電流,降低供電系統(tǒng)損耗,有效實(shí)現(xiàn)磁懸浮節(jié)能降本的效果。
3.3 變頻節(jié)能的利用
企業(yè)的日常生產(chǎn)過(guò)程離不開(kāi)電機(jī)的使用,包括水泵、風(fēng)扇以及傳熱等多種設(shè)備。但是這些設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中并不會(huì)24小時(shí)的處于滿負(fù)荷運(yùn)作狀態(tài),與之相反,受到多方面因素的影響,這些設(shè)備的電機(jī)往往只需要以50%左右的額定功率進(jìn)行使用就完全能夠滿足正常運(yùn)作的需求了。但是在企業(yè)改變生產(chǎn)目標(biāo)時(shí),一般不會(huì)對(duì)設(shè)備恩電機(jī)的功率進(jìn)行更改,只是通過(guò)改變節(jié)流控制的方法。這樣不僅浪費(fèi)了大量的電力資源,同時(shí)也讓電機(jī)的使用年限大大降低。對(duì)此,我們可以通過(guò)調(diào)整所需軸功率,發(fā)揮變頻節(jié)能的效果。通過(guò)變頻技術(shù)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的公式如下所示:
式中,S為電機(jī)的轉(zhuǎn)速;
f為電機(jī)的頻率;
n為轉(zhuǎn)速差;
p為電機(jī)極對(duì)數(shù)。
通過(guò)公式我們可以看出,要想提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速只需要改變電源的頻率就能夠?qū)崿F(xiàn)。在設(shè)備變頻的效率基本不發(fā)生變化的情況下,只用過(guò)改變電源的頻率,根據(jù)電機(jī)實(shí)際輸出量來(lái)改變輸出功率,來(lái)達(dá)到提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。
對(duì)于風(fēng)機(jī)和水泵而言,從流體力學(xué)的相關(guān)理論上來(lái)看,風(fēng)量和轉(zhuǎn)速在一種情況下呈正比關(guān)系,風(fēng)壓與速度值的平方成正比,軸功率轉(zhuǎn)速S的三次方呈正比關(guān)系。當(dāng)所需的風(fēng)量減小并且風(fēng)扇速度降低時(shí),功率的旋轉(zhuǎn)速度會(huì)呈現(xiàn)出三次方的速率降低。當(dāng)所需風(fēng)量下降到70%以下時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速S也下降到額定轉(zhuǎn)速的70%,而軸功率則下降為45%。如果采用阻尼器方法的,管網(wǎng)阻力增大,系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)從A變?yōu)樾碌倪\(yùn)行點(diǎn)B,軸功率PZ和B區(qū)域必須與XB成比例;采用速度控制模式。通過(guò)實(shí)踐統(tǒng)計(jì),風(fēng)機(jī)和水泵轉(zhuǎn)速控制可節(jié)約30%左右。因此,當(dāng)磁懸浮電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于風(fēng)扇和拖曳等負(fù)載變化時(shí),如果采用頻率的方法控制來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)功率,則可以有效的節(jié)省大量電能資源。傳統(tǒng)的節(jié)能降本方法是改變電機(jī)通電時(shí)間的比例,雖然在一定時(shí)間內(nèi)電機(jī)停止使用會(huì)減少電能資源的消耗,但是隨著電機(jī)不斷在停止和起動(dòng)之間切換,也會(huì)加大電機(jī)的電能消耗,沒(méi)有辦法達(dá)到變頻節(jié)能的效果。
3.4 通過(guò)新型材料增加銅線截面積
(下轉(zhuǎn)第142頁(yè))
(上接第190頁(yè))
對(duì)于帶有浸漬絕緣瀝青云母的高壓電機(jī),在進(jìn)行定子線圈的檢修過(guò)程中,可以使用環(huán)氧玻璃粉云母帶(B級(jí)帶)絕緣來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)省電力的效果。由于瀝青云母帶絕緣被浸漬,槽絕緣在一側(cè)具有厚的厚度,并且B級(jí)帶被熱成型到地絕緣,并且槽絕緣在一側(cè)上變薄。因此,在槽絕緣厚度變薄的同時(shí),銅線的截面面積會(huì)有一定的增加。一般來(lái)說(shuō),在進(jìn)行電機(jī)進(jìn)行絕緣后,銅線平均截面積可增加30%左右。這樣不僅可以讓磁懸浮電機(jī)的溫升也降低,還能夠降低功率損耗。對(duì)于在技術(shù)不成熟之前生產(chǎn)的低壓電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),當(dāng)定子線圈在檢修過(guò)程中可以重新燒制,以此來(lái)保證槽內(nèi)的絕緣層厚度下降。在其它因素不發(fā)生變化的前提下,通過(guò)加粗導(dǎo)線的方法能夠讓電機(jī)的運(yùn)行效率提高3%左右。這個(gè)提升率對(duì)于常年運(yùn)行的磁懸浮電機(jī)的節(jié)能降本效果來(lái)說(shuō)是非常可觀的。
4 結(jié)束語(yǔ)
進(jìn)行磁懸浮電機(jī)技能降本的研究十分有意義,它不僅能夠節(jié)約社會(huì)資源,同時(shí)還是我國(guó)電機(jī)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。在進(jìn)行磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本的過(guò)程中,企業(yè)需要從多個(gè)角度出發(fā),運(yùn)用多種方法,從源頭上、方法上、技術(shù)上以及材料上對(duì)磁懸浮電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行剖析。只有這樣才能夠提高磁懸浮電機(jī)節(jié)能降本技術(shù)的發(fā)展,降低企業(yè)生產(chǎn)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展創(chuàng)造出良好的內(nèi)外部環(huán)境。
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