淮北水泥厂电动机节能分析
日期：2008-7-18 14:12:58 来源：本站整理
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目前，水泥行业的竞争非常激烈，但关键还是制造成本的竞争，而电动机电耗占成本30％，因此做好电动机的降耗增效工作就显得极为重要。大部分水泥厂的一些设备尤其是一些大功率风机设备在生产过程中绝大部分时间都是不满负荷，都是通过调节挡风板的开启角度的机械调节方法来满足不同的用风量，这种操作方式的缺点是：（1）电机及风机或水泵的转速高，负荷强度重，电能浪费严重；（2）设备运行的自动化程度相当低,几乎完全靠人工调节，调节精度差，控制不精确；（3）电气控制采用直接或者降压起动，启动时电流对电网冲击大，需要的电源（电网）容量大，功率因素较低。（4）起动时机械冲击大,设备使用寿命低；（5）噪声大，粉尘污染严重等。因此这些大功率、且连续运行的电机耗电量高是水泥制造成本高居不下的一个重要因素。因此很有必要对相应耗电量大的电机做一些工艺上的节能改造，利用节电的效果来降低水泥的制造成本、提高经营上的利润空间和市场竞争力。
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-流量Q曲线特性图:
n1-代表电机在额定转速运行时的特性；
n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性；
R1-代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性；
R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。
通过对贵公司的电动机的运行情况的了解，建议对生料磨排风机（6KV，1000KW）、水泥磨排风机（6KV，400KW）、窑尾废气处理风机（6KV，355KW）、螺杆空压机（380V，132KW）、循环水冷却泵（380V，45KW）采用变频器进行调速，然后把风（阀）门调到最大位置，具有很大的节能空间。下面是对这几台电动机的节能预算：
1、生料磨排风机（查表计算)：
电机参数：
电压：6kV 额定电流：115A 实际电流：98 A
功率：1000kW 转速: 960R/MIN 功率因数：0.872
风门开度：90%
工频运行时电机输出功率：P=1.732×6KV×103A×0.872=933KW
实际功率百分比为933/1000×100%=93.3%
由上图调节曲线可知，当档板调节消耗功率93.3%时，变频调速消耗功率约为78%，则变频调速可以节约15.3%的额定功率。
2、水泥磨排风机（查表计算)：
电机参数：
电压：6kV 额定电流：45A 实际电流：36 A
功率：400kW 转速: 960R/MIN 功率因数：0.918
风门开度：80%
工频运行时电机输出功率：P=1.732×6KV×36A×0.918=343KW
实际功率百分比为343/400×100%=85.8%
由上图调节曲线可知，当档板调节消耗功率85.8%时，变频调速消耗功率约为55%，则变频调速可以节约30.8%的额定功率。
3、窑尾废气处理风机（查表计算)：
电机参数：
电压：6kV 额定电流：46.2A 实际电流：30 A
功率：355kW 转速: 580R/MIN 功率因数：0.797
风门开度：58%
工频运行时电机输出功率：P=1.732×6KV×30A×0.797=249KW
实际功率百分比为249/355×100%=70%
由上图调节曲线可知，当档板调节消耗功率70%时，变频调速消耗功率约为20%，则变频调速可以节约50%的额定功率。由于是离心风机，当转速下降时压力也会相应减小，所以还需要考虑到实际压力情况，所以节电率大约在35%左右。
4、螺杆空压机（380V，132KW）
螺杆空压机一共四台，往往会出现开三台不够用，开四台有多余的现象，这样就可以通过变频器自动调节其中的一台，达到一个稳定的压力，同时又能节能。还有空压机在工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护量大，由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大。经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式（如调节阀门或调节卸载等方式）即使在需要流量较小的情况下，由于电机转速不变，电机功率下降幅度比较小。采用变频可以实现恒压供气。空压机的节能主要看卸载的时间和次数，卸载越多节能效果越好。通过使用变频器后的实例，多数压缩机节电率约在 20% 左右。
5、循环水泵（380V，45KW）
循环水泵出口阀门开度85%左右，实际运行电流为72A，额定电流为84A，负载率为72A，负载率为84.7%，当使用变频器时，阀门全开，由于流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。则变频调速的节电率84.7-（85%）3=23.3%。
总之：采用变频器控制将有以下诸多优点：
(1)、采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障 率，节电效果显著；
(2)、采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿 命，避免了对电网的冲击；
(3)、电机在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；
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变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： n =60 f（1-s）／p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。通过流体力学的基本定律可知：风机、泵类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q∝n ，H∝n2，P∝n3；即，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。如下图示为压力H-流量Q曲线特性图:
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n1-代表电机在额定转速运行时的特性；
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n2-代表电机降速运行在n2转速时的特性；
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R1-代表风机、泵类管路阻力最小时的阻力特性；
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R2-代表风机、泵类管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
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风机、泵类在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机、泵类所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小流量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机、泵类的工作点移到R2上的B点，压力增大到H2，这时风机、泵类所需的功率正比于H2与Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机、泵类所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。
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通过对贵公司的电动机的运行情况的了解，建议对生料磨排风机（6KV，1000KW）、水泥磨排风机（6KV，400KW）、窑尾废气处理风机（6KV，355KW）、螺杆空压机（380V，132KW）、循环水冷却泵（380V，45KW）采用变频器进行调速，然后把风（阀）门调到最大位置，具有很大的节能空间。下面是对这几台电动机的节能预算：
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1、生料磨排风机（查表计算)：
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电机参数：
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电压：6kV 额定电流：115A 实际电流：98 A
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功率：1000kW 转速: 960R/MIN 功率因数：0.872
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风门开度：90%
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工频运行时电机输出功率：P=1.732×6KV×103A×0.872=933KW
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实际功率百分比为933/1000×100%=93.3%
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由上图调节曲线可知，当档板调节消耗功率93.3%时，变频调速消耗功率约为78%，则变频调速可以节约15.3%的额定功率。
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2、水泥磨排风机（查表计算)：
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电机参数：
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电压：6kV 额定电流：45A 实际电流：36 A
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功率：400kW 转速: 960R/MIN 功率因数：0.918
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风门开度：80%
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工频运行时电机输出功率：P=1.732×6KV×36A×0.918=343KW
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实际功率百分比为343/400×100%=85.8%
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由上图调节曲线可知，当档板调节消耗功率85.8%时，变频调速消耗功率约为55%，则变频调速可以节约30.8%的额定功率。
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3、窑尾废气处理风机（查表计算)：
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电机参数：
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电压：6kV 额定电流：46.2A 实际电流：30 A
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功率：355kW 转速: 580R/MIN 功率因数：0.797
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风门开度：58%
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工频运行时电机输出功率：P=1.732×6KV×30A×0.797=249KW
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实际功率百分比为249/355×100%=70%
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由上图调节曲线可知，当档板调节消耗功率70%时，变频调速消耗功率约为20%，则变频调速可以节约50%的额定功率。由于是离心风机，当转速下降时压力也会相应减小，所以还需要考虑到实际压力情况，所以节电率大约在35%左右。
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4、螺杆空压机（380V，132KW）
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螺杆空压机一共四台，往往会出现开三台不够用，开四台有多余的现象，这样就可以通过变频器自动调节其中的一台，达到一个稳定的压力，同时又能节能。还有空压机在工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护量大，由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大。经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命。空压机的有些调节方式（如调节阀门或调节卸载等方式）即使在需要流量较小的情况下，由于电机转速不变，电机功率下降幅度比较小。采用变频可以实现恒压供气。空压机的节能主要看卸载的时间和次数，卸载越多节能效果越好。通过使用变频器后的实例，多数压缩机节电率约在 20% 左右。
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5、循环水泵（380V，45KW）
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循环水泵出口阀门开度85%左右，实际运行电流为72A，额定电流为84A，负载率为72A，负载率为84.7%，当使用变频器时，阀门全开，由于流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。则变频调速的节电率84.7-（85%）3=23.3%。
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总之：采用变频器控制将有以下诸多优点：
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(1)、采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障 率，节电效果显著；
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(2)、采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿 命，避免了对电网的冲击；
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(3)、电机在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响；
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