電機(jī)能效管理的必要性

節(jié)能減排在當(dāng)今世界是一個(gè)無法回避的話題，影響著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。作為節(jié)能減排重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域的電機(jī)，用電量約占全國用電量的60%，節(jié)能潛力巨大。因此電機(jī)的能效管理引起了國內(nèi)外各方的關(guān)注。2008年，IEC60034-30單速、三相機(jī)籠型感應(yīng)電動機(jī)能效分級，規(guī)定了全球統(tǒng)一的電動機(jī)能效能級（分為IE1-4級，標(biāo)準(zhǔn)、高效、超高效、超超高效）。在我國也連續(xù)出臺了各種的電機(jī)的產(chǎn)業(yè)政策和法律規(guī)定，2012年9月1日實(shí)施的《GB18613-2012》規(guī)定2016年9月1日起，中小型異步電動機(jī)實(shí)施新標(biāo)國家二級能效（超過IE3）標(biāo)準(zhǔn)。但是采用了高能效電機(jī)的電機(jī)后，電機(jī)的能效的提升還和電機(jī)的負(fù)載率有著重要的關(guān)系。

　　

 

電機(jī)負(fù)載率與能效的關(guān)系

電機(jī)負(fù)載率就是實(shí)際負(fù)載功率比額定功率，電動機(jī)銘牌上的功率就是電機(jī)的額定功率。一直以來大家普遍認(rèn)為，超大型電機(jī)尤其是電機(jī)負(fù)載率小于50%的超大型電機(jī)，能效不高，應(yīng)該立即更換為負(fù)載與負(fù)載合適匹配的電機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)和高效節(jié)能電機(jī)的效率通常在滿負(fù)載率的75%左右達(dá)到峰值，而在效率50%以下的負(fù)載點(diǎn)則相對較低。目前普遍運(yùn)行的電機(jī)中，大功率電機(jī)具有較高的全負(fù)荷效率值和部分負(fù)荷效率值，小型的電機(jī)在50%負(fù)荷點(diǎn)以下的效率下降速度更快。下圖為電機(jī)的運(yùn)行效率與負(fù)載率之間的關(guān)系。

　　

 

 

我們在選擇電機(jī)功率匹配選擇時(shí)，通常根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的功率來選擇。依據(jù)電機(jī)功率與轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式：T=9550P/n

式中：

P—功率，kW；

n—電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min；

T—轉(zhuǎn)矩，Nm。

 

電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一定要大于工作機(jī)械所需要的轉(zhuǎn)矩，一般需要一個(gè)安全系數(shù)。如果電機(jī)功率選得過小．就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電機(jī)長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞．甚至電機(jī)被燒毀。反之，如果電機(jī)功率選得過大．就會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象．其輸出機(jī)械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利。而且還會造成電能浪費(fèi)。依據(jù)電機(jī)的工作制，選擇匹配新電動機(jī)時(shí)：

 

1、恒定負(fù)載連續(xù)工作方式（S1工作制），如果知道負(fù)載的功率（即生產(chǎn)機(jī)械軸上的功率）P（kW）可按下式計(jì)算所需電機(jī)的功率P（kW）：

 

P=P1/n1n2

 

式中：n1為生產(chǎn)機(jī)械的效率；

n2為效率；即機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳動效率。

 

按上式求出的功率不一定與產(chǎn)品功率相同。因此，所選電機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于計(jì)算所得的功率。

 

2、短時(shí)工作額定的方式（S2工作制），在恒定負(fù)載下按給定的時(shí)間運(yùn)行，該時(shí)間不足以使電機(jī)達(dá)到熱穩(wěn)定，隨之即斷能停轉(zhuǎn)足夠時(shí)間，使電機(jī)再度冷卻到與冷卻介質(zhì)溫度之差在2K以內(nèi)。這種方式下應(yīng)選擇短時(shí)工作定額的電機(jī)，這種電機(jī)最大啟動轉(zhuǎn)矩大，體積重量小，價(jià)格低。

 

3、斷續(xù)工作的方式（S3工作制），對于斷續(xù)工作定額的電機(jī)，其功率的選擇、要根據(jù)負(fù)載持續(xù)率的大小，選用專門用于斷續(xù)運(yùn)行方式的電機(jī)。

 

智能電機(jī)負(fù)載率的計(jì)算方法

 

智能電機(jī)是工業(yè)驅(qū)動控制領(lǐng)域與大數(shù)據(jù)平臺發(fā)展融合而產(chǎn)生的新型電機(jī)系統(tǒng)，它集成了電機(jī)的運(yùn)動、診斷、保護(hù)、控制、通訊等功能，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的自我診斷、自我保護(hù)、自我調(diào)速、遠(yuǎn)程控制等功能。隨著我國裝備制造業(yè)向高、精、尖方向發(fā)展及工業(yè)化、信息化兩化融合，智能電機(jī)的發(fā)展將成為必然的趨勢。智能電機(jī)通過數(shù)據(jù)采集終端采集電機(jī)實(shí)時(shí)的電流、電壓、功率因數(shù)等信號后，通過下面三部確定電機(jī)運(yùn)行的負(fù)載率：

1、確定電機(jī)的實(shí)時(shí)輸入功率

 

 

 

2、確定額定輸入功率

 

 

 

3、確定負(fù)載率

 

 

　　

智能電機(jī)負(fù)載率能效匹配原則

 

1、電機(jī)實(shí)際工作的負(fù)載率長期運(yùn)行在75%左右，則表明所選電機(jī)的功率合適，能效匹配度好。

 

2、電機(jī)實(shí)際工作的負(fù)載率在小于70%長期運(yùn)行，則表明電機(jī)的功率選得過大（即大馬拉小車）應(yīng)調(diào)換功率較小的電動機(jī)。

 

3、電機(jī)實(shí)際工作的負(fù)載率長期運(yùn)行在100%以上．則表明電動機(jī)的功率選得過小（即小馬拉大車），應(yīng)調(diào)換功率較大的電機(jī)。

　　

 

 

智能電機(jī)負(fù)載率匹配意義

 

智能電機(jī)通過大數(shù)據(jù)平臺可以對電機(jī)運(yùn)行的負(fù)載率進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并存儲分析，通過表格、曲線等方式靈活便利的給出工廠內(nèi)現(xiàn)有電機(jī)的負(fù)載率匹配情況，如圖所示，為某工廠水泵電機(jī)24小時(shí)電機(jī)運(yùn)行負(fù)載率變化圖。同時(shí)智能電機(jī)后臺管理系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)的手段，可以給出電機(jī)的負(fù)載率匹配報(bào)告，將運(yùn)行電機(jī)中負(fù)載率過低和過高的電機(jī)甄別出來，以更換功率匹配的高效能電機(jī)，從而達(dá)到資源配置優(yōu)化，節(jié)能降耗的目的。