磁懸浮電機節(jié)能降本技術(shù)研究

陳梓銘

摘 要：隨著我國電機行業(yè)的快速發(fā)展，磁懸浮電機也受到了越來越多的關(guān)注。但是由于我國磁懸浮電機技術(shù)發(fā)展時間較短，部分企業(yè)的磁懸浮電機運行效率較低，造成了大量的資源浪費。對此，本文從磁懸浮電機節(jié)能降本的角度出發(fā)，分析了磁懸浮電機節(jié)能的原理，同時從多個方面提出了磁懸浮電機節(jié)能的方法。期望通過本文的研究，能夠為我國企業(yè)機電節(jié)能降本提供借鑒的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：磁懸浮電機；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

中國是能源相對缺乏的國家，目前，各種設(shè)施的節(jié)能降本是每一個生產(chǎn)型企業(yè)的重要課題。對于磁懸浮電機方面而言，由于我國技術(shù)較為薄弱，檢測生產(chǎn)成本的方法落后，缺乏相應(yīng)的管理手段，以及節(jié)能降本意識不強等其他原因。導(dǎo)致了電機功耗大以及運行效率較低的問題。在這種情況下，充分的開發(fā)磁懸浮電機節(jié)能降本的潛能從而找到一個有效的降本點，對于我國磁懸浮電機行業(yè)的發(fā)展而言是重中之重。

2 磁懸浮電機節(jié)能降本的相關(guān)因素分析

電機的效率能夠通過電流效率曲線反映出來，一般而言，其特性隨電流的變化而變化。對此，我們通過對Y系列電機的分析，可以得知不同類型的電動機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。電動機的效率S關(guān)系式如下所示：

式中，S為電機運行總效率；

P1為電機輸出總功率；

P2為電機輸入總功率；

P3為電機的各負載類型消耗總額。

當電機的總輸出功率P1=0時，電機總效率也為0，隨著電流增加，電機的工作效率會不斷增加，但是增加幅度會有明顯的下降，直到最大值。在電機的負載P3值增加較為緩慢時，效率曲線會保持較快的增長速度，但是隨著負載值的增加，S也會相應(yīng)降低，造成曲線的上升速度下降。綜上所述，進行磁懸浮電機節(jié)能降本的技術(shù)最有效的方法就是從降低電機的負載消耗方面入手。

3 磁懸浮電機節(jié)能降本技術(shù)分析

3.1 電機類型的選擇

根據(jù)磁懸浮電機節(jié)能降本的需求，需要以效率較高電機來進行電力的提供，從而降低所選電機的浮力，避免出現(xiàn)“大材小用”的情況，讓電機的實際負載率維持在75%左右。例如，我國設(shè)計的Y型以及Z型磁懸浮電動機相對于老式系列的JO電機具有更高的效率。一般來說，普通電機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型電機高出了超過1%的效率，Z型電機的平均效率在其他條件相同的情況下比Y系列電機還要高出3%。為了減少銅和鐵在電機運行過程中的損耗，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，還可以改進設(shè)計結(jié)構(gòu)和制造工藝來減少雜散的損失。雖然在短期內(nèi)會增加30%左右的電機制造成本，但是從長期運行和高負載率的情況下進行考慮，進行這種前期的投資是較為劃算的。由于轉(zhuǎn)子效率的差異，鼠籠電機優(yōu)于直線電機；由于功率因數(shù)的不同，高速電機優(yōu)于低速電機；當電壓等級不同時，高壓電機優(yōu)于低壓電機。

3.2 “無功補償”方法的運用

磁懸浮電動機的功率因數(shù)與負載呈反比關(guān)系，在額定負載數(shù)值提高時，負載功率因數(shù)數(shù)值就會下降，其數(shù)值通常在0.2～0.85之間。在磁懸浮電動機在運行過程中，會從電網(wǎng)中吸收大量的感應(yīng)無功功率，從而使功率因數(shù)降低，造成系統(tǒng)效率降低的情況。這種時候，可以對電機進行相應(yīng)的調(diào)整。最為常見的方法就是無功補償，在保證磁懸浮電機能夠正常運行的情況下，提高電流線路的效率數(shù)值，減少電阻來降低變壓器的消耗。目前，無功補償方法主要有以下幾種：

（1）進行電容器的相互并聯(lián)。將于電機的出口端并連接到電容器上。在電容器沒有得到電流補償前將電流滯后，在接入電容器得到補償后，輸出端適當?shù)碾娙菘梢栽黾哟艖腋‰妱訖C的功率因數(shù)。由于電機的端電壓沒有發(fā)生變化，不會對電機的正常運行造成影響，電容器本身消耗的功率可以忽略不計。（2）大容量繞線轉(zhuǎn)子磁懸浮電動機可同步運行。（3）安裝功率因數(shù)靜態(tài)補償器，主要由交流濾波器和感應(yīng)無功設(shè)備組成，容量可連續(xù)調(diào)節(jié)。改進電網(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)過程離不開電機的使用，包括水泵、風扇以及傳熱等多種設(shè)備。但是這些設(shè)備在實際運行的過程中并不會24小時的處于滿負荷運作狀態(tài)，與之相反，受到多方面因素的影響，這些設(shè)備的電機往往只需要以50%左右的額定功率進行使用就完全能夠滿足正常運作的需求了。但是在企業(yè)改變生產(chǎn)目標時，一般不會對設(shè)備恩電機的功率進行更改，只是通過改變節(jié)流控制的方法。這樣不僅浪費了大量的電力資源，同時也讓電機的使用年限大大降低。對此，我們可以通過調(diào)整所需軸功率，發(fā)揮變頻節(jié)能的效果。通過變頻技術(shù)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的公式如下所示：

式中，S為電機的轉(zhuǎn)速；

f為電機的頻率；

n為轉(zhuǎn)速差；

p為電機極對數(shù)。

通過公式我們可以看出，要想提高電機的轉(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，只用過改變電源的頻率，根據(jù)電機實際輸出量來改變輸出功率，來達到提高電機轉(zhuǎn)速的效果。

對于風機和水泵而言，從流體力學的相關(guān)理論上來看，風量和轉(zhuǎn)速在一種情況下呈正比關(guān)系，風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。當所需的風量減小并且風扇速度降低時，功率的旋轉(zhuǎn)速度會呈現(xiàn)出三次方的速率降低。當所需風量下降到70%以下時，電機轉(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)運行點從A變?yōu)樾碌倪\行點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。通過實踐統(tǒng)計，風機和水泵轉(zhuǎn)速控制可節(jié)約30%左右。因此，當磁懸浮電動機應(yīng)用于風扇和拖曳等負載變化時，如果采用頻率的方法控制來調(diào)節(jié)電機功率，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通電時間的比例，雖然在一定時間內(nèi)電機停止使用會減少電能資源的消耗，但是隨著電機不斷在停止和起動之間切換，也會加大電機的電能消耗，沒有辦法達到變頻節(jié)能的效果。

3.4 通過新型材料增加銅線截面積

（下轉(zhuǎn)第142頁）

（上接第190頁）

對于帶有浸漬絕緣瀝青云母的高壓電機，在進行定子線圈的檢修過程中，可以使用環(huán)氧玻璃粉云母帶（B級帶）絕緣來實現(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，銅線的截面面積會有一定的增加。一般來說，在進行電機進行絕緣后，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的溫升也降低，還能夠降低功率損耗。對于在技術(shù)不成熟之前生產(chǎn)的低壓電動機來說，當定子線圈在檢修過程中可以重新燒制，以此來保證槽內(nèi)的絕緣層厚度下降。在其它因素不發(fā)生變化的前提下，通過加粗導(dǎo)線的方法能夠讓電機的運行效率提高3%左右。這個提升率對于常年運行的磁懸浮電機的節(jié)能降本效果來說是非常可觀的。

4 結(jié)束語

進行磁懸浮電機技能降本的研究十分有意義，它不僅能夠節(jié)約社會資源，同時還是我國電機行業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要標志。在進行磁懸浮電機節(jié)能降本的過程中，企業(yè)需要從多個角度出發(fā)，運用多種方法，從源頭上、方法上、技術(shù)上以及材料上對磁懸浮電機的運行進行剖析。只有這樣才能夠提高磁懸浮電機節(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)濟效益，為我國經(jīng)濟的快速發(fā)展創(chuàng)造出良好的內(nèi)外部環(huán)境。

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